Project & Issue  물 분야 창의형 융합연구사업


“하천·댐 등 수자원, 방사능 오염에 취약
  KICT, 방사성 물질 흡착제·제염 기술 개발”

평상시 하천 수질정화·비상시 방사성 오염물질 제거하는 이중 시스템 모드 적용
오염물질 하천 유입시 지천에서 확산 방지하고 잔여 물질은 부댐에서 농도 저감 


▲ 지난 6월 1일 서울 중구 소재 밀레니엄 힐튼호텔에서 미래창조과학부와 한국경제신문이 공동 주최한 ‘스트롱코리아포럼(Strong Korea Forum) 2017’에서 김영석 한국건설기술연구원 방사능 물안보 연구단장이 ‘융합 연구와 지식재산 사업화 전략’에 대한 창의형 융합연구사업인 ‘하천·댐의 방사능 노출 초동대응 물안보 기술개발’ 과제에 대해 주제발표를 하고 있다.

지난해 9월 경주에서 발생한 지진은 우리나라가 더 이상 지진으로부터 안전하지 않다는 것을 보여주었다. 특히 고리·월성 등 원자력 발전소가 파괴될 경우 한반도에 가져올 대재앙에 대한 위기감을 불러일으켰다.
 
국내뿐만 아니라 대외적인 상황에 대해 예의주시할 필요도 있다. 일본은 지난 2011년 쓰나미에 의한 후쿠시마 원전 사고로 2016년 3월 기준 총 1천368명이 사망했고, 피해복구에 총 220조 원이라는 천문학적인 예산이 들었다. 나아가 사고의 피해 여파로 현재까지도 제대로 된 복구를 이루지 못하고 있다. 중국의 경우 2030년까지 원자력발전소를 신규 건설하여 총 110기의 원전을 가동하는 세계 1위의 원전 보유국이 될 것으로 전망되며, 사고 발생 시 한반도에 미칠 영향은 매우 클 것으로 예상된다.

이처럼 대내외적으로 방사능 노출 위험이 점차 증가할 것으로 전망됨에 따라 국내 수자원에 대한 보호방안의 필요성이 강력히 제기되고 있다. 우리나라의 수자원은 약 98%가 하천표류수로, 대기 오염물질이 유입될 가능성이 큰 편이다. 그럼에도 불구하고 방사능 노출 위험으로부터 하천·댐 등 수계를 보호하려는 정부의 노력은 여전히 전무한 실정이다. 

이러한 가운데 대한민국을 과학기술 강국으로 도약시킨다는 목표로 2002년부터 개최되어 온 ‘스트롱코리아포럼(Strong Korea Forum) 2017’이 미래창조과학부와 한국경제신문의 공동 주최 및 기초과학연구원·한국과학기술기획평가원·한국지식재산전략원의 주관으로 지난 6월 1일 서울 중구 소재 밀레니엄 힐튼호텔에서 열렸다.

올해로 16주년을 맞은 이번 행사는 ‘4차 산업혁명은 기초과학부터’라는 주제로 윤영찬 청와대 국민소통수석비서관, 최재유 미래창조과학부 제2차관, 버나드 샬레 다쏘시스템 회장, 박태현 한국과학창의재단 이사장, 권태신 전국경제인연합회 상근부회장, 박중흠 삼성엔지니어링 사장, 손동연 두산인프라코어 사장을 비롯해 정부 고위 관계자와 기업·금융계 최고경영자, 과학기술계 산·학·연 리더와 학생 등 1천500여 명이 참석한 가운데 열렸다.

4차 산업혁명 시대를 돌파할 해법을 모색하기 위해 자리에 참석한 전문가들은 4차 산업혁명에 필요한 기초과학 연구가 무엇인지, 이공계 인재를 효과적으로 육성하기 위해 어떤 방법이 있는지 등에 대해 함께 논의했다.

특히 이날 김영석 한국건설기술연구원(KICT) 방사능 물안보 연구단장은 ‘융합 연구와 지식재산 사업화 전략’에 대한 창의형 융합연구사업인 ‘방사능 노출 초동대응 물안보 기술개발’ 과제에 대해 주제발표를 했다. 기술의 경계가 사라지는 4차 산업혁명 시대에서 특허 등 지식재산권의 중요성이 증대됨에 따라 지식재산(IP)과 연구개발(R&D)을 연계한 사업화 전략을 소개하여 많은 주목을 받았다. 이날 김영석 단장이 발표한 ‘방사능 노출 초동대응 물안보 기술개발’ 내용을 소개한다.

▲ 김 영 석
한국건설기술연구원 연구위원
방사능 물안보 연구단장
KICT, 원천기술 개발 연구 수행

한국건설기술연구원은 건설·국토관리 분야의 원천기술 개발과 성과 확산을 통해 건설산업의 발전과 국민 삶의 질 향상, 국가 경제·사회 발전에 기여하고자 각종 연구개발(R&D), 정책 수립 및 기술 지원, 품질 인증 및 시험업무 등을 담당하고 있다.

개관한 지 올해 약 34년을 맞는 한국건설기술연구원은 2015년 말 기준 연구·기술·행정·기능직 포함 총 729명의 연구원이 연구 활동을 수행하고 있으며, △민간 수탁 △국가 R&D △정부 수탁 △정부 출연금 등 연간 1천억 원 정도의 예산을 확보하고 있다.

한국건설기술연구원 본원은 현재 경기도 일산에 위치해 있으며 경기도 화성(화재안전연구소), 경상북도 안동(하천실험센터), 경기도 연천(SOC 실증연구센터) 등에 세 개의 분원을 두고 있다.

대형 재난 우려 중 방사능 재해 1위

한국건설기술연구원에서 한국갤럽을 통해 향후 우리나라에 큰 위협이 될 재난의 종류와 관련하여 설문조사를 진행한 결과, 응답자 중 약 25.9%가 ‘방사능 재해’라고 답했다. 이어 약 25.4%의 응답자가 사이버 테러라고 답했으며 △가뭄(12.7%) △지진(12.1%) △싱크홀(5.6%) △태풍(4.9%) △홍수(4.3%) 등이 뒤를 이었다.

 
방사성 오염물질의 하천으로의 유입경로는 크게 3가지로 나뉜다. 첫 번째는 국내에서 발생하는 원자력 발전소 사고이다. 지난 2016년 말에 개봉되어 원자력발전소에 대한 경각심을 불러일으킨 영화 ‘판도라’가 다룬 내용이 그것이다.

두 번째는 외부 유입이다. 중국 동해안에서 가동되고 있는 원자력 발전소 사고 시 유입될 낙진이 대표적인 사례이다. 마지막으로는 테러에 의해 또는 북한지역으로부터 직접 유입되는 것이다. 즉 자체적인 원전 사고, 중국에서 편서풍을 타고 날아오는 방사능 낙진(落塵), 테러 등에 의해 직접적으로 투입되는 경우가 있다.

지난 5월 기준 국내 원자력발전소는 총 32개로 이 중 가동이 이뤄지고 있는 발전소는 21개, 건설·계획 단계에 있는 발전소는 11개이다. 대외적으로는 일본의 경우 69개소(가동 54개소, 건설·계획 15개), 중국의 경우 228개소(가동 13개소, 건설·계획 215개소) 등으로, 한반도는 원전 사고로부터 안전지대가 아니다.

전 세계적으로 원자로는 약 450∼500개 정도로, 지금까지 크게 발생한 사고로는 미국 스리마일섬 원전사고, 소련 체르노빌 원전사고, 일본 후쿠시마 원전사고 등 3건이 있다.

방사성 물질 수계 유입시 대책 필요

무엇보다 미필적 고의에 의한 방사성  물질을 포함한 대중보건 위해물의  수계 유입이 우려되는 가운데, 국내 원수관리는 상당히 취약한 형편이다. 우리나라는 수자원의 약 98% 정도가 하천표류수로, 대부분의 물이 공기에 노출되어 있어 오염물질 유입에 무방비 상태로 방치되고 있다는 결정적인 취약점을 갖고 있다. 관련 연구에 따르면, 방사능 낙진이 전반적으로 수계로 유입될 시 국내 연간 취수량의 약 97.8%가 직접적으로 오염된다.

 
이처럼 방사성 물질이 물에 유입될 경우 오염물질을 검출·제거하여 확산 피해를 방지하고자 한국건설기술연구원은 ‘방사능 노출 초동대응 물안보 기술개발’ 연구과제에 착수했다.

한국건설기술연구원과 한국기초과학지원연구원, 한국원자력연구원이 공동으로 수행하고 있으며 5년 동안 총 100억 원의 연구비를 지원 받는다. 연구는 △수중 방사능 검측 △수중 방사성 물질 유입 시 제염기술 개발 △수중 방사능 확산 예측△방사능 물안보 전반에 대한 초동 대응 플랫폼 구축 및 상황판 운영 등 총 4가지 파트로 구분된다. 또한 연구진은 연구개발(R&D)과 더불어 지식재산권(Intellectual Property, IP)을 연계할 수 있도록 ‘IP-R&D’ 융합연구과제를 함께 수행하고 있다.

원래 이 과제는 1∼2차년도에 요소 기술을 개발하고, 3차년도에 프로세스를 최적화하여 4∼5차년도에는 현장에 적용할 수 있도록 테스트베드(TB)를 운영하는 순으로 구상되었으나, IP-R&D 전략 수립 전문가들의 자문 협조를 받아 1차년도에 IP-R&D 전략 수립 절차를 추가, 새로운 기술로드맵(TRM)이 작성되어 예상보다 더 넓은 범위의 IP를 창출할 수 있었다.

 
방사능 흡착제·제염기술 개발

연구팀은 우선 요소기술 개발의 일환으로 방사능 흡착제와 제염기술을 개발하고 있다. 방사성 물질 중 ‘세슘-137(137Cs)’은 물에 용해되며 30년의 반감기를 가진 매우 위험한 물질이다. 팔당댐의 유효 담수량은 약 2억5천만㎥ 정도인데, 세슘-137이 10g만 유입되어도 팔당댐의 물은 먹는물 수질기준을 훨씬 초과하여 더 이상 취수원으로 사용할 수 없게 된다.

본격적인 기술개발에 앞서 연구팀이 세슘-137의 제염의 일반적인 경향을 분석한 결과, 지금까지 흡착에 사용된 흡착제는 주로 천연 제올라이트(zeolite), 프러시안 블루(prussian blue), 일라이트(illite) 등이었다. 제올라이트는 흡착성이 뛰어난 물질로 알려져 있기는 하나 탈착 현상이 발생하고, 프러시안 블루는 폐쇄형에 주로 이용된다는 한계가 있다. 일라이트는 경제적 효율에 비해 방사능 흡착제 연구가 미흡한 실정이다.

또 제염과 관련된 특허·논문 분석 내용을 검색한 결과, 주요 특허로 분류된 48건 중 일본이 18건, 중국이 9건, 우리나라가 4건으로 집계됐다. 이에 IP-R&D 전문가들과 공동으로 이번 과제와 관련성이 있는 키워드를 중심으로 검색식을 작성하여 논문 1천467건, 특허 2천526건을 발견했다. 이후 1천467건의 논문 중 153건을 유효논문으로, 2천526건의 특허 중 48건을 주요 특허로 분류했다.

기술 분석 통한 IP 포트폴리오 구축

연구팀은 연구내용과 조금이라도 관련된 기존의 IP에 대해서는 제염제와 제염기술에 대해 각 카테고리(category)별로 분류하고 주요 내용을 정리하고 있다. 분야별 해당 연구팀에서는 이러한 내용을 세밀하게 분석했으며, 주요 이슈를 기반으로 IP-포트폴리오(IP-Portfolio)를 구축했다.

이를 바탕으로 한 신규 IP 창출전략 수립 단계에서 기존에 있는 특허 내용과 특허 현황을 분석하고, 연구팀이 아이디어를 추가한 신규 IP 창출 목록을 만들었다. 아울러 사업화를 고려한 IP-R&D 전략 보완 단계에서는 방사능 제염제의 단계별 현장적용 위치와 현장 적용 시 예상되는 문제점을 사전에 예측하여 시행착오를 최소화하고자 단계별 방사능 처리기술과 제염제 투입지점 등을 모식도로 도식화했다.

 
우선 방사능 흡착제와 제염기술은 방사성 오염물질이 하천에 유입될 경우 최초로 지천에서 흡착제를 투입하여 그 농도를 줄이고 확산을 방지하는 것을 목표로 한다. 잔여 방사성 물질이 본댐으로 유입되기 직전에 부댐(secondary dam)에서 한 번 더 농도를 줄여준다.

두 단계에서도 제거되지 않은 방사성 물질은 대규모 물그릇인 댐으로 유입되는데, 방사성 물질이 일단 본댐으로 유입되면 기술적으로 전체 댐의 물을 정화할 수 있는 방법은 없다. 따라서 이 단계부터는 본댐의 물을 정화하는 대신 일부 사용하는 용수에 대해서만 최종 제염작업을 수행하게 된다. 정수장의 경우 취수탑 인근에 제염제가 장착된 차수막을 설치할 수 있다.

 
평상시·유사시 듀얼 모드 시스템 적용

이때 특허 전문가들로부터 중요한 아이디어를 얻었다. 바로 방사성 물질 유입에 따른 초동 대응을 위한 시설들은 1년 365일 연속 사용하는 것이 아니고 비상시에만 사용하므로 비(非)유사시에는 시설물들이 작동하지 않는다는 것이다. 즉 방사능 사고 확률을 고려할 때, 평상시 생산적인 운영이 있어야 사업화에 유리하다는 것이다.

이에 IP-R&D 전략팀에서는 이런 점을 획기적으로 개선하고자 ‘파워 어낼러시스(POWER Analysis)’와 ‘트리즈(Triz)’ 기법을 통해 이 시설들을 상시 사용할 수 있는 방법을 제시했다. 평상시에는 하천 수질관리를 수행하고 비상시에는 바로 스위치(switch)해서 방사능 사고 대응 기술로 사용하는 듀얼 모드 시스템(2-mode system)을 적용하는 것이다.

 
이로써 평상시에는 상수원 보호 및 수질관리를 할 수 있는 장치로 지류지천에 설치되는 ‘수처리 장치’와 추가적인 수질관리를 위해 부댐 이전에 설치되는 ‘물순환 장치’를 활용하며, 비상시에는 바로 모드가 변경되어 용존성 또는 입자성 방사능을 처리하는 시스템으로 작동된다.

이처럼 효과적인 IP-R&D 전략 수립을 위해 연구팀은 지난 1년간 IP-R&D 전략 수립 전문가와 공동으로 IP 목록을 만들었다. 총 18개의 IP를 도출하여 이 중 9개는 이미 특허출원을 완료했으며, 나머지 9개는 내용을 보완 중에 있다. 이미 출원된 9건의 주요 특허 중 3개는 원천특허로 분류되고 있다.

 
연구결과에 대한 공동 소유화 추진

여기서 강조하고 싶은 점은 IP-R&D 전략팀 전문가들의 협조를 얻어 연구팀의 특허 고민을 키우고 그 깊이를 더했다는 것이다. 특허의 영토는 연구자들만 참여했을 때보다 전문가들을 영입하여 협력했을 때 훨씬 더 커진다고 판단된다. 앞으로는 이와 같은 성과를 어떻게 활용할 것인지가 중요하다. IP-R&D 전략은 단순한 IP 생성에만 그치는 것이 아니라 과제의 사업화에도 결정적인 도움을 줄 수 있다.

사업화를 위해서는 우선 기술 거래가 이뤄져야 하므로 연구팀에서는 주요 기술 16가지에 대해 기술의 원리·내용·완성도·시장성 등에 대한 모니터링을 하고 있다. 이를 바탕으로 각각 기술카드를 만들어 세부기술의 핵심성과를 관리한 결과, 현재 다수의 기업에서 기술 구매 제의를 받고 있다.

아울러 대형 과제를 수행함에 있어 과제를 효과적으로 성공시키기 위한 방법 중 하나는 연구자들에게 연구 의욕을 고취시키는 것이다. 이에 특허 개발팀의 사기 저하가 없는 범위에서 나머지 공동 연구팀에게도 혜택이 돌아갈 수 있도록 ‘특허 공동출원 협약’을 체결, 연구 결과물에 대한 공동 소유화를 추진하여 현재까지 상당히 좋은 반응을 보이고 있다.

융합 연구과제에 IP-R&D 적용 건의

결론적으로 연구팀은 IP-R&D 전략을 통해 첫째, IP 포트폴리오를 구축하고 이를 토대로 R&D 로드맵을 보완할 수 있었다. 두 번째, 파워 어낼러시스, 트리즈 등 발명 창출 방법론을 이용하여 보다 체계적이고 가치 있는 IP를 확보할 수 있었다. 마지막으로 IP-R&D를 통해 만들어진 IP는 사업화에 크게 기여함은 물론 그 활용을 극대화시킬 수 있었다. 또 융합기술의 IP 확보로 세부 개발기술의 가치를 높일 수 있었다.

향후 IP-R&D 전략사업 활용에 있어 대형·융합 연구과제에 IP-R&D를 필수적으로 적용할 것을 건의하고 싶다. 그동안 국가에서 많은 노력과 인내로 국책 연구사업을 수행하고 있으나 사실 아직까지 인풋(input) 대비 아웃풋(output)이 미미한 것이 사실이다. IP-R&D는 국내에서는 아직 보급단계인 연구기법이나, 연구 초기에 연구과제의 로드맵을 보완하고 신규 아이디어 창출을 지원해 주고 있다.

다만 IP-R&D의 취지에 맞게 연구과제 전(全)주기에 걸쳐 진행할 필요가 있다. 연구과제는 연구진행 상황에 따라 내용이 변경될 수 있는 여지가 충분히 있으며, 이 과정에서 새로운 아이디어들이 창출되기 때문이다.
과제의 기획부터 종료까지 지식재산 전문가들이 연구자들을 지원해 준다면 정부의 과학기술 발전을 위한 투자에 조금이나마 보답할 수 있는 내실 있는 결과가 만들어질 것이라고 판단된다. 

[『워터저널』 2017년 7월호에 게재]

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