원자력 발전 폐기물을 다목적 화합물로 변환해 새로운 원자재와 함께 중요한 원자재 화학 물질을 만드는 데 사용될 수 있다.

열화 우라늄(DU, 또는 폐기 우라늄)은 원자력을 생성하는 데 사용되는 공정의 방사성 부산물이다. 열화 우라늄은 원자력 발전에 사용되는 우라늄235(235U)의 함유량이 천연 상태(0.7%) 우라늄보다 낮다. DU는 방사능을 차단하는 값비싼 시설에 저장되거나 논란이 많은 열화 우라늄탄 등 장갑 관통 미사일을 제조하는 데 사용된다. 열화 우라늄탄은 폭발과 연소 과정에서 발생하는 방사능 먼지가 논란이 된다. U-238 방사능 먼지는 반감기가 45억 년이다.

미국 화학학회지(Journal of the ACS)에 게재된 논문에서 영국 서섹스대(University of Sussex) 고프 클로크(Geoff Cloke) 교수, 리차드 레이필드(Richard Layfield) 교수 및 니콜라오스 토레스((Nikolaos Tsoureas) 박사는 실제로 DU가 생각보다 더 유용 할 수 있다고 밝혔다.

연구진은 폐기 우라늄을 함유한 촉매를 사용해 에틸렌(플라스틱을 만드는 데 사용하는 알켄)을 에탄(에탄을 포함해 여러 다른 화합물을 생산하는 데 사용하는 알케인)으로 변환할 수 있었다. 그들의 연구는 DU의 막대한 저장 부담을 줄이고 더 복잡한 알켄의 변형으로 이어질 수 있다.

알켄(alkene)을 알케인(alkane)으로 변환하는 능력은 중요한 화학 반응으로, 간단한 분자를 수소화 오일 및 석유 화학 물질과 같은 귀중한 필수 화학 물질로 업그레이드해 에너지 원으로 사용할 수 있음을 의미한다.

레이필드 교수는 “이를 위해 열화 우라늄을 사용할 수 있다는 사실은 그것이 실제로 매우 유용할 것이므로 두려워 할 필요가 없다는 증거”라고 말했다.

서섹스대 연구팀은 프랑스 툴루즈대(Université de Toulouse) 독일 베를린의 훔볼트대(Humboldt-Universität zu Berlin) 연구자들과 협력해 폐기 우라늄을 기반으로 한 유기 금속 분자가 에틸렌의 탄소-탄소 이중 결합에 수소 분자를 추가하는 것을 촉매할 수 있음을 발견했다.

credit: Journal of the ACS.

에탄 제조를 위한 반응성의 핵심은 우라늄이 전자를 에틸렌에 주입하고 수소를 첨가할 때 우라늄이 활성화되도록 돕는 펜탈렌(pentalene)으로 알려진 2개의 융합 오각형 탄소 고리다.

*reference

Ethene Activation and Catalytic Hydrogenation by a Low-Valent Uranium Pentalene Complex