서 론
독일 부지선정 절차
법적 근거
단계적 확보 절차
독일 부지선정 기준 및 적용 방법
부지선정 요건 및 기준
제외기준
최소기준
지구과학적 가중기준
부지선정 단계별 기준 적용방법
결 론
서 론
원자력발전소에서 발생하는 사용후핵연료는 원자력진흥위원회에서 방사성폐기물로 결정되면 고준위방사성폐기물로 정의된다. 이러한 방사성물질은 높은 방사능과 열을 방출함에 따라 인간 생활권으로부터 영구히 분리시켜야만 한다. 현재의 기술수준으로는 고준위방사성폐기물을 안정한 심부지질 환경에 영구적으로 처분하는 심층처분 방식이 가장 적합한 대안으로 권고하고 있다(IAEA, 2024).
우리나라에서도 2차례 공론화를 거쳐 심층처분 방식을 고준위방사성폐기물 관리 대안으로 공감대를 형성하였고 이를 비탕으로 2016년과 2021년 산업부에서는 핀란드식 심층처분 방식을 관리대안으로 우선 고려하고 있다. 또한 산업부는 핀란드식 심층처분시설 건설과 관련되는 부지확보를 민주적인 원칙에 따라 단계적으로 확보토록 절차화하고 있다. 총 13년에 걸쳐서 4단계로 부지확보 단계를 제안하고 있으며 부지선별(부적합지역 선별, 3년), 기본조사(5년), 심층조사(4년), 국민동의(1년) 등의 세부 단계로 수행된다. 각 세부단계별로 포괄적인 부지선정 사업 요건들도 제시되고 있으나(MOTIE, 2021), 세부적인 부지선정 요건과 기준 등은 제시되지 않은 상황이다.
스웨덴, 핀란드, 스위스, 독일 등은 심층처분 관련 부지선정을 완료하거나 추진 중에 있다. 이들 국가들은 부지선정 착수 이전에 부지선정에 대한 요건과 이를 평가하기 위한 세부 기준 들을 개발하고 이를 바탕으로 부지조사의 범위 및 조사정도, 부지평가 항목 등의 체계적인 부지조사 이행 프로그램을 개발하여 부지선정과 관련하여 시행착오를 최소화하고 대국민 수용성을 제고하였다.
본 논문에서는 독일 부지선정 요건, 기준 관련 주요 사항과 세부 부지단계별 부지선정 기준 적용 및 평가 접근방식을 분석하였다. 이를 토대로 국내 심층처분 부지확보 단계별 부지선정 기준 개발을 위한 기술적 기반을 제공하고자 한다.
독일 부지선정 절차
법적 근거
독일은 2016년 「방사성폐기물 처리분야의 조직구조 개편에 관한 법률」에 의거하여 고준위방사성폐기물 부지선정 책임을 가지는 독일연방환경부 산하에 BGE(Bundesgesellschaft für Endlagerung mbH)가 설립되었다. 2017년 고준위방사성폐기물 부지선정을 위한 부지선정법(StandAG)이 제정되고 2017년 9월 5일 BGE 주도로 부지선정이 착수되었다(BGE, 2020).
부지선정법에 의한 부지선정 원칙은 과학 기반, 투명성, 전문가 참여, BGE 자체 질문 및 경험 확보 등을 포함한다. 부지선정 목적은 독일에서 발생하는 고준위방사성폐기물에 대해 심층처분 방식으로 최상의 안전성을 갖춘 부지를 식별하는 것이다. 최상의 안전성을 갖춘 부지란 100만 년 동안 고준위방사성폐기물의 이온화 방사선 및 기타 유해한 영향으로부터 인류와 환경을 영구적으로 보호할 수 있는 부지로 정의할 수 있다. 또한 미래 세대에 대한 불합리한 부담과 의무를 배제하는 것도 포함되어 암염, 이암 및 결정질암에 대해 원칙적으로 고준위방사성폐기물 최종처분의 모암으로 고려할 수 있다.
또한, 선정될 부지의 최종 폐쇄는 심층처분, 즉 영구적인 격납을 위해 건설된 심층처분시설을 통해서 수행되며 심층처분시설 운영 기간 내 회수가능성과 폐쇄 후 500년 이내 가역가능성을 포함하고 있다(BGE, 2020).
단계적 확보 절차
부지선정법에 따라 부지선정 절차는 3단계로 구분된다(Fig. 1). 첫 번째 단계(Phased Ⅰ)는 유리한 지질학적 조건을 기대할 수 있는 하위지역을 식별하는 단계로서, 2개의 세부 단계(Step 1, Step 2)로 구성된다. Step 1 단계는 전국규모 기반에서 하위 영역을 식별하고 Step 2는 하위 영역 중에서 지표조사 지역을 식별하는 것이다. 두 번째 단계(Phased Ⅱ)는 지표 탐사, 사회‧경제 잠재성 조사, 지하 탐사를 위한 지역 제안 등을 수행한다. 세 번째 단계(Phased Ⅲ)는 심부조사, 환경영향평가, 최종 부지 비교 및 부지 제안 등이 수행된다(BGE, 2020). 2031년 최종 심층처분 부지를 선정할 계획이며, 현재 Step 2 단계 진입을 위한 규제기관 검토가 진행 중에 있다(Kim et al., 2023).
독일 부지선정 기준 및 적용 방법
부지선정 요건 및 기준
심층처분을 위한 최종 부지선정은 잠재적인 후보지역 간의 부지 비교를 통해 최종 부지를 제안하는 것으로, 부지의 선별 및 비교평가에 필요한 제외기준(부지선정법 22조), 최소기준(동법 23조), 지구화학적 가중기준(동법 24조) 등을 기반으로 평가되며 처분부지에 요구되는 전반적인 요건 및 기준을 각각 정의하고 있다(BGE, 2020).
제외기준
심층처분시설 부지 내에 적어도 아래의 제외기준 하나라도 해당영역에서 충족한다면 그 부지는 심층처분시설 잠재적인 부지에서 제외해야한다.
① 대규모 수직 이동
100만년의 증명 기간 동안 대규모 융기율이 연 평균 1 mm 이상으로 예상되는 지역은 심층처분시설로 적합하지 않음으로 명시한다. 연 평균 1 mm 이상인 지역은 심층처분시설 안전성과 관련해서 격리를 보장할 수 없기 때문이다. 독일 전국토의 융기율은 연 평균 1 mm 이하로 평가되어 제외기준에 전국토가 포함되지 않는다.
② 활성단층대
심층처분시스템 및 다중방벽 기능에 영향을 미칠 가능성이 있는 활성단층대가 심층처분시설 부지영역에 존재하는 경우로서, 지난 3,400만년 동안 높은 확률로 혹은 명백한 활동을 보이는 지각기원의 광범위한 교란 영역 혹은 상당한 변위의 단층과 같은 암석권의 균열을 말한다. 비지진성 혹은 비지구조적 활동, 즉 지구조 활동에서 도출할 수 없거나 지진 활동에 의한 것이 아니면서, 지각 변동 때문에 심층처분시설의 안전에 지각변동과 유사한 결과를 초래할 수 있는 활동 또한 활성 단층대로 고려하고 있다. 활성단층대 제외영역을 제시하기 위해서 깊이는 300 m 이상 단층에 대해 양쪽 폭으로 5,000 m의 면적을 고려하여 제외영역을 결정하였다.
③ 현재 또는 과거 채광활동의 영향
폐쇄후 심층처분시설에 부정적인 영향을 미칠수 있는 시추공 위치, 광산활동 등을 포함하며 시추공 제외 영역은 100 m 이상 깊이의 모든 시추공에 대해 반경 25 m로 제외 영역으로 식별하였으며 총 48,549개의 시추공을 고려하였다. 광상의 경우, 굴착 교란지대(제외영역) 면적은 지하 광산 길이를 기준으로 76.5° 각도로 넓혀 적용하여 결정하였다.
④ 지진
국지적 지진 위험은 지진 영역 1보다 더 큰 경우에 제외된다(Fig. 2). 다만 독일은 지진발생 확률이 낮아 영역 2 이상의 지진 활동은 경험하지 못한 상황이며, 5개 지역만이 지진 영역 1 이상 지역으로 평가되어 제외영역으로 결정하였다.
⑤ 화산활동
제4기 화산활동이 존재하거나 100만년 내 미래의 화산 활동이 예상되는 경우에 제외한다. 제외영역은 화산중심으로터 10 km 반경을 적용하였다.
⑥ 지하수 연령
유효 격납 구역(effective containment zone, ECZ) 또는 처분시설 구역으로 간주될 수 있는 암반체에서 젊은 지하수가 확인되는 경우이다. 젊은 지하수는 삼중수소 또는 탄소 14가 존재하면 제외하는 것으로 간주되며 300 m 이상 시추공에 검층이 수행되었고 앞의 시추공 제외영역과 상당수가 겹쳐져서 분포하고 있다. 따라서 본 부지조사 단계에서는 추가적인 제외영역이 발생하지 않는다.
제외기준을 적용할 경우 잠재적인 심층처분시설 부지 탐사의 결과(부지 현장조사)를 고려하지 않는다. 예비 안전성 평가는 이러한 결과에도 불구하고 안전한 격리의 증거가 보장될 수 있음을 입증해야 한다. 다만, 부득이한 경우 탐사는 ECZ에 필요한 정보를 획득할 수 없는 범위 내에서만 시행되고 무결성을 손상하지 않는 방식으로 계획 ‧ 수행되어야 한다.
최소기준
제외기준을 충족하지 않는 영역 중에서 모든 최소기준이 충족되는 경우에만 심층처분시설 부지로 적합하다(Fig. 3). 최소기준은 심층처분시설의 안전성에 최소의 요구사항을 제시하여 하위 영역을 식별하는 기준이다. 결정질암의 경우, ECZ에 대한 대체 개념이 가능하여 본질적으로 기술적 및 지반공학적 방벽을 기반으로 하는 심층처분시스템에 적합한 경우에는 최소기준 대신 기술적 및 지질 공학 방벽이 100만년 동안 방사성 핵종의 안전한 격리를 보장할 수 있다는 증거가 제공되어야 한다고 명시하고 있다.
Fig. 3.
Schematic diagram of data and knowledge input for the determination of minimum criteria (derived from BGE, 2020).
① 암석의 수리전도도
ECZ내 암석의 수리전도도는 10-10 m/s 미만이어야 한다. 직접적인 증거를 제공할 수 없는 경우는 ECZ내 암석 유형의 수리전도도가 10-10 m/s 미만으로 할당될 수 있다는 것을 입증할 필요가 있다. 또한 기준의 만족 여부는 심층처분시설 영역을 포함하고 있는 지층을 기반으로도 입증해야 한다.
② ECZ의 두께
ECZ을 포함하는 암반은 최소 100 m의 두께를 가져야 한다. 혹은 100 m 미만의 두께를 가진 결정질 암반의 경우, 낮은 수리전도도 및 모암과 공학적 방벽 간의 상호 작용을 통해 주변 암반에 대한 안전한 핵종 보유의 증거가 확인되어야 한다. 하나의 심층처분시스템 내에서 세분된 암석의 지질환경도 허용된다.
③ ECZ의 최소 깊이
ECZ 상부는 심도 300 m 이상이어야 한다. 증명 기간 동안 ECZ의 무결성을 손상시킬 수 있는 직간접적 효과를 가지는 외인성 과정(특히 강한 빙하 침식 등)이 예상되는 경우, ECZ의 표면은 영향의 최대 예상 깊이보다 더 깊어야 한다. ECZ가 암염돔 및 다이아퍼로 지정되는 경우, 암염돔 상부 퇴적물 두께는 300 m 이상이어야 한다. ECZ가 이암으로 지정될 경우, 무결성이 디컴팩션에 의해 손상될 가능성을 제거하기 위해 상부 퇴적물은 외인성 과정 발생 후에도 충분히 두꺼운 것으로 예상해야 한다.
④ 심층처분시설 지표 면적
ECZ는 심층처분시설 건설이 가능한 면적이 확보되어야 한다. 고준위방사성폐기물을 취급하는 이송 및 처분용기들의 회수, 처분터널 및 처분공 굴착후 생산되는 암반의 저장 영역이 포함하여야 한다.
⑤ 방벽 효과의 보존
특히 암석의 수리전도도, 두께 및 100만 년에 걸친 ECZ 확장에 대한 최소요건 준수에 대해 ECZ의 무결성에 의문을 제기하는 자료가 없어야 한다.
지구과학적 가중기준
지구과학적 가중치 기준은 심층처분시설 해당부지의 유리한 지질학적 상황을 평가하는 데 사용된다. 유리한 지질학적 상황은 모든 가중기준을 기반으로 평가하여 최종 결정된다(Fig. 4).
① ECZ 내 지하수 이동에 의한 방사성 물질의 이동 평가 기준
지하수 평균 선형 유속, 암석 유형별 특징적 수리전도도, 암석유형 별 유효 확산 계수, 공극율, 고화 강도 등으로 지하수 흐름, 지하수 공급, 확산율 등을 평가한다.
② 암석체 구성에 대한 평가 기준
방벽 두께, ECZ에 의한 심층처분시설 영역의 파쇄 정도, 필요한 ECZ에 대한 깊이, 주어진 심도에 대한 지표 면적, ECZ 내 수리특성 및 수두 등으로 방벽효과, 강건성, 처분영역의 면적 및 부피 등을 평가한다.
③ 공간적 특성 평가 기준
암석 유형 특성 및 변동성, 암석 유형별 공간적 분포 및 특성, 지질구조적 중첩 정도, 암반층 등으로 심층처분시설의 부지특성화 가능성을 평가한다.
④ 유리한 조건의 장기적 안정성 평가 기준
ECZ의 관측된 두께, 실제 또는 공간적 범위, 암석의 수리전도도 등으로 부지의 장기적인 안정성을 평가한다.
⑤ 유리한 지질공학적 특성에 대한 평가 기준
암석 변형 특성, 2차 불연속면 발생 특성 등으로 심층처분시설 건설에 대한 유리한 지반공학적 특성을 평가한다.
⑥ 누출 경로를 형성하는 경향성 평가 기준
균열대 닫힘 특성, 유체경로 형성 특성, 암석이방성 수리전도도 등으로 균열 회복특성, 유체경로 형성 경향, 수리전도도 변동 가능성 등을 평가한다.
⑦ 가스 형성 평가 기준
모암 내 지하수 상태 등으로 공학적방벽 간의 작용으로 가스 형성을 평가한다.
⑧ 온도 정합성 평가 기준
열에 대한 2차 투수율 및 팽창 특성, 광물 변질에 따른 모암 온도 안정성 여부 등으로 온도에 따른 심층처분시설 주변 암반 거동을 평가한다.
⑨ ECZ 내 보유 능력 평가 기준
방사성 핵종의 흡착 계수, 점토광물의 함량, 이온강도 등으로 ECZ 내 암석의 흡착 능력을 평가한다.
⑩ 수리화학적 조건 평가 기준
모암-ECZ 간의 지하수 화학 평형, 지하수 pH, 환원환경, 콜리이드 농도, 탄산염 농도 등으로 심층처분시설 부지내 지하수 화학특성을 평가한다.
⑪ 상부층에 의한 ECZ의 보호 평가 기준
지하수 구속을 위한 상부층 두께 및 분포, 침식을 막을 수 있는 상부층 두께 및 분포, 부지내 지사적 복잡성 등을 고려한 ECZ의 침식에 대한 영향을 평가한다.
부지선정 단계별 기준 적용방법
심층처분시설 부지확보를 위한 잠재적인 후보부지 선정은 제외기준, 최소 및 지구과학적 가중기준을 단계별로 적용하고 평가하여 최종 결정된다(BGE, 2020).
하위영역을 식별하는 Phased Ⅰ은 부지선정법 제22조(제외기준)에 따라 고준위방사성폐기물 심층처분시설로 적합하지 않은 지역을 먼저 제외하는 것이다. 제외기준은 대규모 수직 이동, 활성 단층대, 현재 또는 과거 채광 활동의 영향, 지진 활동, 화산 활동 및 젊은 지하수 연령이 포함된다. 부지선정법 제22조 제1항에 따라 잠재적인 하위영역 내의 조건이 제시된 제외기준들과 단 하나라도 부합하는 경우 해당 영역은 부적합영역으로 식별된다.
Phased Ⅱ는 부지선정법 제23조(최소기준)을 충족하는 영역을 결정하기 위한 부지에 대한 평가를 수행한다. 최소기준은 암석의 수리전도도, ECZ의 두께, ECZ의 최소 깊이(즉, 지표면과의 거리), 추정된 저장소의 최소 면적 및 방벽 효과의 보존을 포함한다. 앞서 제외 기준에 해당하지 않는 영역에 대하여 5개의 최소요건을 적용하여 만족 여부를 확인하고 하나라도 해당되면 부지선정 단계에서 포함될 수 없다.
Phased Ⅲ에서는 제외기준 및 최소기준을 모두 만족하는 영역에 한해서 유리한 지질학적 조건 및 고준위방사성폐기물 심층처분시설 부지로서의 적합성 측면에서 비교평가를 수행토록 지구과학적 가중기준을 적용하고 최종적으로 심층처분시설 부지를 제안한다. 비교평가에는 부지선정법 제24조(지구과학적 가중기준)에 기술된 기준을 적용하여 이미 식별된 부지들이 심층처분시설 부지의 안전성에 대해 유리한 지질학적 상황을 가지고 있다는 것을 확인하는 것이다. 유리한 지질학적 조건은 모든 가중기준을 참조하여 평가되며, 평가 척도는 “유리함”, “조건부 유리함” 또는 “덜 유리함”으로 구분되어 지구과학적 가중기준 등의 등급그룹에 기반하여 부지들이 최종적으로 분류된다. 부지선정법에서는 각 등급 그룹에 속한 기준에 대한 전반적인 평가 방안은 전담기관인 BGE의 재량에 맡긴다. 식별된 각 영역에 대한 가중기준 평가는 모든 세부 항목들의 결과를 평균하여 산출한다. 이는 유리한 전체 지질학적 상황을 입증하거나 제외하는 절차에 단일 기준을 적용하지 않고 심층처분시설 안전성 입증에 요구되는 다양한 요소들이 적용되고 있음을 지시한다.
결 론
본 연구는 독일의 심층처분 부지선정 요건 및 기준 개발 현황, 세부 단계별 기준 적용 범위를 분석하였다. 독일은 부지선정법을 기반으로 부지선정을 2017년에 착수하였다. 다만, 스웨덴, 핀란도, 스위스 등과는 달리 독일은 부지선정 요건, 기준 등의 사항들은 법률로 규정시켜 부지선정 절차를 공식화하였다. 단계적인 부지확보 절차에 따라 부지선별(제외기준), 기본조사(최소기준), 심층조사(지구과학적 가중기준) 등의 3단계로 부지선정 기준을 설정하고 있으며, 이에 따라 각 세부 부지선정 단계별로 기준을 적용하여 부지선정 절차에 대한 체계성을 확보하고 있다. 이를 기반으로 부지선정 단계별 조사 및 평가 범위, 주요 수행내용 등을 포함한 부지조사 이행 전략을 개발하여 부지조사의 시행착오를 최소화하고 더불어 부지조사 사업의 대국민 수용성을 제고하였다. 2020년 심층처분 부지선별을 위해 최소기준을 적용하여, 약 240,874 km2 면적(90개 하위지역)이 고준위방사성폐기물 심층처분을 위한 적절한 지질 조건으로 기대될 수 있는 영역을 제시하였다. 이 결과는 현재까지 독일에서 수행된 모든 지질자료 및 문헌적 연구성과를 바탕으로 고려된 것이지만 심층처분시설을 위치시키는 지역으로 확정 및 지시하는 것은 아니다. 이는 본격적인 부지조사 대상지역으로 선정될 수 있는 가능성만을 단지 지시한다. 따라서 90개 지역은 잠재적인 부지 지표조사를 위해 독일 규제기관(BASE, 2023)에서 현재 규제관점에서 검토를 수행 중에 있다.
본 연구결과는 향후 부지선정과 관련된 세부 부지선정 단계별 부지선정 요건, 기준, 설정에 기술적 기반자료로 활용이 가능하며, 고준위방사성폐기물 관련 부지조사 및 평가에 관심을 가지는 분들에게 이해도 증진을 위한 문헌정보로 활용될 수 있을 것으로 기대한다.
