26년간 레이저 가공 시스템 개발…원전해체 기술개발 주도
수중구조물 레이저 절단시스템 핵심기술 과제 연구책임 맡아
수명을 다한 원자력발전소는 제염, 절단, 폐기물처리, 부지복원의 순서로 해체 작업을 진행한다.
이중에서 수중에 있는 원자로를 절단하는 것은 고난도 기술을 요구한다. 지금까지는 기계식, 산소절단, 플라스마 방식으로 했다. 그러나 이 방식은 2차폐기물이 많이 발생하고 시간이 오래 걸린다. 그래서 대두된 방식이 수중 레이저 절단방식이다. 아직 해체 선진국에서도 성공하지 못했다. 만약에 이것을 성공하게 된다면 시일단축, 안전성, 경제성 3마리 토끼를 잡게될뿐만 아니라 한국은 절단 분야 세계 최고의 자리에 오르게 된다. 이 분야에선 한국기계연구원(원장 박천홍, 이하 기계연) 부산기계기술연구센터(이하 부산센터)가 인력, 장비, 기술 측면에서 가장 앞서고 있으며 그 중심에 서정 박사(레이저기술산업화연구단 책임연구원)가 있다. 서정 박사는 1992년 포스텍에서 기계공학 박사 취득 후 기계연에 입사, 26년간 레이저 가공기술 및 시스템 기술 개발을 하고 있다. 현재는 부산센터 레이저연구단 책임연구원으로 원전해체 기술개발을 주도하고 있다.
◆원전해체 절단기술에 집중하고 있다. 그 이유는= 지난해 레이저 가공기술 산업화지원센터 구축사업이 완료돼 2단계 고도화 사업으로 원전 및 수중구조물 해체를 위한 레이저 핵심응용기술 개발 사업을 추진했다. 센터 사업으로 보유한 20kW 파이버 레이저는 국내 최대 출력이고 16kW 및 8kW 디스크 레이저와 함께 원전 및 수중구조물 절단 기술 개발에 활용될 수 있다. 원자로 핵심부분(RVI)은 수중에 있고, 수중에 폐기된 선박 등의 대형구조물 해체, 해양플랜트 해체, 긴급구난, 수중 선박 및 잠수함 긴급수리 등을 위해 수중레이저 절단기술이 필요했기 때문이다. 기계연의 지난해 주요사업으로 수중구조물 레이저 절단시스템 핵심기술개발과제 연구책임을 맡아 수행했고 이 과제는 올해부터는 대전에 있는 광응용기계연구실과 부산센터의 협동과제 ‘안전한 원전해체를 위한 레이저 제염 및 수중 레이저 절단기술 개발(2018~ 2024)’로 확대됐다. 광응용기계연구실은 레이저 제염, 부산센터는 레이저 절단을 담당하고 있다. 1993년 기계연 입사 때에는 2kW, 4kW급 이산화탄소(CO2) 레이저가 있었다. 지금에 비하면 초라하지만 당시에는 최첨단이었고 이때부터 국내에 레이저용접, 레이저 절단 연구가 시작됐다. 당시 레이저 절단기술 및 장비 개발은 강판(두께 10mm이하) 절단을 위한 것이었다. 레이저 절단 시스템 분야 국내 최대 기업인 ㈜HK와도 협력했다, 현재 HK는 우리와 함께 원전해체용 레이저 절단기술 개발에 협력하고 있다.
◆원전해체 절단 분야의 국내 수준과 레이저 절단의 장점은= 원전해체 절단분야의 연구는 주로 한국원자력연구원, 두산중공업, 한전KPS에서 진행해 오고 있다. 두산중공업은 원자로 압력용기(RV) 절단기술, 한전KPS는 내부구조물(RVI) 절단기술을 개발하고 있다. 특히, RVI는 수중에 위치하므로 수중절단가술이 요구되며 여러 절단기술중에서 수중 레이저 절단기술이 장점을 가진다. 절단시 발생하는 2차폐기물 저감, 대기로 방출되는 오염물질 저감기술로 대두되고 있으나 아직 미확보기술로 분류된다. 현재 레이저연구단에서는 대기 중에서 100mm 두께 스테인레스강의 레이저 절단기술을 확보하고 이를 기초로 해서 수중 레이저 절단시스템을 구축 중이다. 원자력연구원에서는 수중 0.2m에서 두께 50mm 스테인레스강 레이저 절단기술을 확보했다. 레이저연구단에서는 수중 1m에서 100mm 두께 스테인레스강의 레이저 절단기술을 확보하고자 연구개발 중이다. 레이저 절단장비는 고출력이 될수록 고가이므로 초기 투자비가 높으나 원격 절단 기술로써 제어가 쉽고 가격이 저렴해지고 있어 전망이 밝다. 또 원격해체시스템 가상운전기술 개발도 진행하고 있는데 고가의 장비 없이 가상운전시스템을 활용해 절단 훈련 및 시나리오 개발을 통해 최적의 절단시스템 개발이 가능하다.
◆ 원전해체의 전망과 부산·울산 지역에 미치는 영향은= 국내 시장만 고려해서는 안된다. 지금 중소기업에서는 원전해체 시장이 대기업 중심이고 당초 예상보다 적을 뿐만 아니라 중소기업의 역할에 의구심이 생기고 관심이 적어지는 느낌이다. 해외 원전 해체 시장이 매우 크므로 선진국과의 경쟁을 위해 기술 개발이 중요하다. 특히, 레이저 절단, 제염 기술은 아직 선진국에서도 미확보기술이므로 도전해 볼 필요가 있다. 또한, 폐기물 운반을 위한 용기(cask) 제작, 해체 장비 개발, 용융 및 재활용 기술 등은 기존의 부산 울산 주력산업인 금속, 기계, 조선기자재, 해양플랜트 산업과도 연계되어 있어 동남권 미래 신사업으로 발전할 수 있다. 또한, 수중 구조물, 해양플랜트 해체산업으로 연계된다면 그 시너지 효과는 클 것으로 기대한다. 원전해체연구소를 중심으로 원전해체융복합산업단지가 구축된다면 핵심기업과 연구기관, 대학 등이 집중된 인프라를 확보하게 돼 세계 최고의 원전해체 플랫폼으로 발전할 것으로 기대한다.
