깊은 시추공이 핵폐기물 문제를 해결할 수 있을까요?

하워드 리 - 2023년 2월 27일 오전 11:45 UTC

계획된 모든 사용후핵연료 영구 처분장의 공통점은 모두 지하 광산이라는 것입니다.

다른 광산과 마찬가지로 핵폐기물을 위한 채굴 저장소는 공학의 복잡한 업적입니다. 발파나 보링 머신으로 굴착해야 하고, 암석 지지대를 사용해 터널을 안정적으로 유지해야 하며, 지하수를 처리하고 사람과 기계가 안전하게 지낼 수 있도록 환기, 씰, 펌프가 있어야 합니다. 그러나 광산과 달리 저장소는 방사성 폐기물 용기를 운반하고 매장해야 하며, 터널이 수 천년 동안 용기를 안전하게 유지할 수 있도록 엄격한 표준에 따라 설계되어야 합니다.

이러한 단점의 대부분을 없애는 대체 아이디어가 있습니다. 바로 깊은 시추공에 폐기하는 것입니다. 하지만 그것이 실현 가능하고 안전할 수 있을까요?

얼핏 보면 깊은 시추공 처리가 전적으로 가능해 보입니다.

미국 에너지부는 프로세스 경험을 얻기 위해 4~5km(2.5~3마일)의 수직 시추공을 시추할 계획이었지만 이 프로젝트는 2017년에 취소되었습니다. 이 시추공은 채굴된 저장소보다 약 10배 더 깊었을 것입니다. 그러나 그러한 깊이는 석유 및 가스 시추공의 경우 드문 일이 아닙니다.

정부만이 이러한 접근 방식에 관심을 갖고 있는 것은 아닙니다. 2016년에 설립되어 캘리포니아에 본사를 두고 있는 회사인 Deep Isolation은 전 세계 어디에서나 심해 시추공의 핵폐기물 처리 서비스를 상용 서비스로 제공하는 것을 목표로 하고 있습니다. Deep Isolation의 지질학자인 John Midgley는 "지질학에 따라 시추공을 설계할 수 있습니다."라고 말했습니다. 이 회사의 설계는 깊은 수직 시추공부터 수평 처리 구역이 있는 더 얕은 J자형 구멍까지 다양할 수 있습니다. 다시 말하지만, 석유 및 가스 산업이 먼저 미국에서만 수평 섹션으로 약 160,000개의 시추공을 시추했습니다.

"그렇게 깊은 석유 및 가스 유정이 많이 있으므로 암석이 얼마나 단단한지, 드릴 비트가 얼마나 자주 마모되는지 등이 문제가 될 것입니다. 그러나 일반적으로… [깊이]가 제시되지는 않는다고 생각합니다. 핵폐기물과 CO2의 지층처리 전문가인 일리노이 대학의 셰릴린 윌리엄스-스트라우드(Sherilyn Williams-Stroud)는 "추가적인 문제는 없다"고 말했다.

지하 표면의 한 지점에서 여러 개의 처리 구멍을 뚫고 펼칠 수 있기 때문에 비용과 환경에 미치는 영향을 최소화할 수 있으며 광산보다 제거하고 버려야 할 암석이 훨씬 적습니다. 따라서 이론적으로 모든 원자력 발전소에는 자체 처리 시추공이 있어 사용후 연료를 전국으로 운송할 필요가 없습니다.

깊은 시추공은 캐니스터가 끝에서 끝까지 배치되고 주변 암석에 의해 냉각되기 때문에 채굴된 저장소보다 더 뜨거운 폐기물을 수용할 수 있어야 합니다. 이는 사용후 연료가 현재처럼 발전소의 냉각수조에서 소비될 필요가 없다는 것을 의미합니다. 지지자들은 또한 깊은 시추공이 더 적은 공간을 차지하고 훨씬 더 깊으며 사람이 거주하지 않기 때문에 현장 지질학에 대한 조사가 훨씬 덜 필요하고 훨씬 간단해져서 더 많은 시간과 비용을 절약할 수 있다고 주장합니다.

또한 시추공은 폐기물을 더 빨리 수용할 수 있어야 합니다. Deep Isolation의 COO인 Rod Baltzer는 "우리는 두 달도 채 안 되어 첫 번째 시추공을 완료할 수 있었습니다."라고 말했습니다. 이는 채굴된 저장소를 개발하는 데 10~20년이 필요한 것과는 극명한 대조를 이룹니다. Baltzer는 또한 Deep Isolation의 초기 계산에 따르면 회사가 "채굴 저장소 비용의 절반 미만"으로 핵 폐기물을 처리할 수 있다고 말했습니다.

보너스로, 이 방법은 일부 핵무기 폐기물을 처리하는 데 특히 매력적입니다. 4km 시추공 바닥에 무기급 플루토늄을 넣는 것은 접근 가능한 채굴 저장소에 넣는 것보다 본질적으로 더 안전하며, 세슘-137과 스트론튬-90을 포함하는 극도로 방사성이고 열을 발생시키는 "핸포드 캡슐"은 단일 석유 산업 표준 시추공에서 모두 처리될 수 있습니다.

그러나 깊은 시추공을 매력적으로 만드는 동일한 특성으로 인해 실용성도 제한됩니다.