NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 29, No. 4, 2011…517
회·원·칼·럼
지진이 동반하는
‘화학적 천재지변’ 의 대비책은?
- 일본 후쿠시마 원전 폭발과 처리과정을 기반으로 -
김 영 호
Y.H.KIM Eng. & Mfg. Consultant 대표 전남대학교 화학공학과 객원교수 [email protected]
최근 3월 11일 일본 도쿄 북동쪽 373km, 센다이 동 쪽 130km 해상의 지하 24.4km에서 발생한 규모 9.0 강진은 일본 동쪽에 있는 태평양 지각판이 서쪽으로 이동하면서 일어났다고 한다.
이번 일본열도에 발생한 대지진은 파고 약 10m 높 이의 쓰나미(지진해일)를 불러 왔을 뿐만 아니라, 1시 간 만에 일본 동북부 일대를 초토화시켰고, 또한 도호 쿠지역 후쿠시마현에 있는 후쿠시마 원자력 발전소에 직접적인 타격을 입혔다.
더욱이, 이 대지진은 기반산업, 즉 제철소, 정유공장 등의 화재, 폭발을 불러왔을 뿐만 아니라, 원전폭발로 방사성물질을 확산시키는 최악의 결과를 초래했다.
이는 화학적 천재지변을 불러왔으며 일본열도는 말 할 것도 없고, 주위 인근지역 및 지구 5대양을 오염시 키고 있다.
이웃하고 있는 일본열도는 이동하는 4개의 지각판 이 만나는 곳에 놓여있다.
즉, 서쪽의 유라시아판, 동쪽의 태평양판, 북쪽의 북 미판, 그리고 남쪽의 필리핀판이 바로 그 환태평양 지 진대인 것이다.
이러한 자연적 지리적 여건에서 우리나라는 지진과
쓰나미로부터 더 이상 안전지대라고 말할 수 없게 되 었다.
실제 지진이 발생한 곳은 이 4개의 지각판 중 태평 양판과 북미판이 맞닿는 지역이 아니라 북미판 내부 라고 한다. 태평양 판이 아래로 밀고 내려가면서 발생 한 충격 에너지가 북미판 내부의 약한 부위, 즉 단층 에 영향을 미처 일어난 것이라 한다.
이와 같이 지각판이 움직이고, 판과 판 사이에서 지 속적으로 에너지가 발생하며, 이미 균열이 나 있는 취 약지역인 단층으로 이 에너지들이 분출하게 되면, 우 리나라 인근 지역에서 지진은 계속 발생하게 될 것이 다. 우리나라는 환태평양 지진대에 접근해 있고, 주변 국가에서는 대규모 지진이 빈번히 발생하고 있을 뿐 만 아니라, 우리나라의 지진발생 빈도수도 지속적으 로 증가하고 있다.
우리나라는 기상관측 이래 1978년부터 2007년 사이 10대 지진들을 살펴보면 규모 4.7에서 5.3을 보이고 있다.
여기서 우리들은 일본에서 발생한 이번 대지진이 몰고 온 화학적 천재지변으로부터 일본전문가들이 자 국의 피해를 극소화하기 위해서, 대처하는 과정에서
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나타난 문제점들을 좀 더 구체적이고 실천적 차원에 서 살펴볼 필요가 있다.
Basic design concept and consideration에 비추 어 볼 때, 비정상적 설계공정을 선택, 운전해 왔다.
참고로, 화학공학 분야의 process safety 측면과 basic engineering of process system의 양쪽 측면에 기초하여, 이들 process인“비등형 경수로 (boiling water reactor)”를 조명, 검토해 보면, 아래의 예에 서 보는 바와 같이 basic design에 공정개념상 이해 못할 공정들을 원자로 기본설계에 총체적으로 반영 한 사실들을 알게 된다.
그 예로서,
첫째, 이번 사고의 상황대처를 만족시키지 못한 가장 큰 근본 원인은 경험에 비추어, 전기계통과 냉 각수계통의 설계 및 평소 집중관리에 소홀한 것으로 판단한다.
발전소라면 그 발전소가 수명이 다되어 scrap(해 체)될 때까지 심장역할을 해야 할 utility system 중 에 전기계통과 냉각수계통은 최우선하여 신(神)의 영역에 도달할 정도로 완벽하게 설계돼 있어야 할 뿐 아니라, 예방정비에도 결점이 없도록 관리에 철 저를 기했어야 한다.
그런데, 이번 사고는 이 두 가지 계통에 허점을 보 인 것이 세계적 규모의 원전 사고의 재앙을 부르게 된 근본 원인이 된다.
아무리 전기를 발전하는 원자력 발전소라 할지라 도, 비상발전기(emergency generator)를 stand-by 와 함께 여러 기를 자연재해에 대비하여 가장 안전 한 위치에 설치해 두고, 주기적으로 발전계통을 시 험 test해 보며 집중 관리를 해왔어야 했다.
그리고 냉각수 계통의 핵심인 동력원도 motor- driven과 steam-driven으로 stand-by와 함께 여러 기를 자연재해에 대비하여 가장 안전한 위치에 설치 하고, 주기적으로 교체 운전하며, 나머지들도 필요
시에 즉각 시간지체 없이 가동되도록 집중 예방정비 관리를 해왔어야 했다.
이와 같은 기본설계 및 관리 소홀로 집약되는 문 제들로 인하여 제2의 사고들이 연쇄적으로 뒤를 잇 게 된 것이다.
따라서 위와 같은 근거로 이번 사고를 인재 (human error, 人災)라 할 수 있다.
이 얼마나 안타까운 일이며, 누가 이번 사고에 책 임을 지고, 설령 누가 책임을 진다고 해도 죽어간 영 령들이나 또 방사능 피폭으로 죽어갈 사람들에게 무 엇으로 생명 대가를 위로해 줄 수 있겠는가?
둘째, motor로 구동되는 제어봉 control system이 원자로 밑부분에 장착되도록 설계돼 있음으로, 최악 조건의 정전시 제어봉 control을 할 수 없게 되어 있고, 셋째, 원자로 노심 상단부에서 증기(steam)가 발 생하기 때문에, 이 증기를 직접 발전기 터빈으로 보 내는 공정설계이기에, 원자로 내에서 공정사고가 발 생할 때는 발전 시스템 전 지역을 방사능 물질로 오 염시키는 결과를 초래하게 되고,
넷째, 폐연료봉 저장수조가 원자로 윗부분에 밀접 한 위치에 설치되도록 설계돼 있으므로, 각 공정문 제발생시에 원자로와 폐연료봉 저장수조가 공정위 험 요소들을 서로 주고 받을 수 있어, 사고의 범위를 증폭시킬 수 있게 설계돼 있고,
다섯째, 지진 및 쓰나미에 대비한 내진설계 및 기기 장치들의 위치선정, 기준설정의 과학철학사고의 결여,
여섯째, 방사성물질 오염폐수를 바다로 무단 방류 하여 지구 전 해양을 오염시키는 비윤리적 행위,
일곱째, 폐수를 무단 방류하면서 인근 국가에 통 보하지 않는 비윤리적 행위,
여덟째, 최악의 상황이 전개될 때를 대비하여 일 본 전문가들이 각 분야의 전문가들과 융합하며, 조 화를 이뤄 이들 상황에 따른 scenario study의 결과 를 철저히 응용설계에 반영하지 못한 점 등
NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 29, No. 4, 2011…519 지진이 동반하는‘화학적 천재지변’의 대비책은?
이와 같이 아주 단순하고 기초적인 process system engineering 및 윤리적, 철학적 측면에서의 관리소홀 의 총체적 결함들이 화학적 천재지변의 피해 확산을 불러 온 결과라는 것을 우리들은 눈여겨 보아야 한다.
이번 일본열도 대지진에서처럼 원자력발전소가 지 진, 쓰나미로로 파손되고, 인재(人災)로 인하여 우리 나라에서도 발생한다면, 일본에서와 같이 각 대단위 공업단지나 원자력 발전소 등에서 연쇄적으로 독가스 나 폭발성 가스, 그리고 방사성물질이 유출되는 화학 적 천재지변으로 이어져, 대재앙을 부를 것은 자명한 일이다. 따라서, 국가는 국가존립의 위기 상황에 돌입 될 수도 있게 될 것이다.
이 같은 대재앙으로부터 대기 중으로 확산되는 독가 스, 폭발성가스, 방사성 물질, 그리고 수질을 지속적으 로 오염시키는 독극물 및 발암물질 등으로 인하여 대량 인명손실은 말할 것도 없고 동·식물계의 피해 및 파괴 로 입을 국가적 손실은 그 누구도 책임질 수 없는 상황 에 이르게 되며, 그 피해규모는 상상을 초월하게 된다.
이에 따라 국가의 각 해당부처에서는 상기 상황의 화학적 천재지변으로부터 입게 될 이들 손실을 최소 화하기 위해서 아래 해당사항들에 대하여 긴급히 대 비책을 강구하고 실행에 옮겨야겠다.
첫째, 위험시설 기기장치 비상정지 예방 및 인력 관 리이다.
1) Utility 계통 및 위험시설, 그리고 독극물 중화시설 등과 같은 시설에 소속되어 있는 회전기기장치들 이 자연재해 등으로부터 비정상 정지되지 않도록 예방하기 위해서 고성능의 비상발전기를 stand-by 와 함께 여러 기를 갖추도록 한다.
2) 이에 더하여 cooling water system도 자연재해 및 그 어떤 조건에서도 원활히 가동될 수 있도록 엄격 한 설계조건에 따른 기기장치를 선택하여 설치하 도록 한다. 그리고 이들 system들에 대하여는 일 정 주기로 점검, 시험 가동을 하여 비상시에 대비
토록 한다.
3) 비상 시에 인재(人災)로 인한 돌이킬 수 없는 제 2,3사고가 연쇄적으로 발생하지 않도록 기술 인력 교육관리에 최우선을 둔다.
둘째, 지진대비이다.
1) 일본 대지진에서 나타난 설계결함들을 우리나라 원자력발전 및 대단위 공장들의 설계개념과 규격 에 비추어 응용 보완하도록 하고,
2) 기존의 대단위 공업단지내의 공장과 원자력 발전 소에 대하여는 utility system과 각 회전기기 장치 류와 공정시설의 취약상태를 정밀 진단하여 선진 국 수준의 내진설계기준으로 강화 보강해서 미약 한 진동으로부터도 이들 회전기기장치들이 비상가 동정지 되거나 붕괴되지 않도록 한다.
3) 공업용수 저장시설은 각 단지 내 공장들이 비상시 에 최소한 3일 이상 사용할 수 있는 저장시설을 갖 추도록 하고 비상시에 대비하여 각 해당 저장시설 들을 공동 사용할 수 있도록 단지간 공동배관설비 류를 갖추도록 하며,
4) 위험성이 높은 공장들은 비상시에 비상가동 정지 를 현재보다 더 빨리 할 수 있도록 비상조업정지 회로시스템을 개발하도록 한다.
5) 그리고 공정상 독극물 재고가 공정에 머물지 않도 록 공정시설을 개조한다.
셋째, 쓰나미 대비이다.
우리나라 해안선에 건설된 중화학공장 단지들은 그 토대 높이가 sea level 기준하여 대략 5m로, 쓰나미에 아주 취약한 낮은 지역에 위치하고 있다.
이를 감안하여,
1) 자연재해 쓰나미의 예고에 따른 대비책으로 해안선 바닷물 높이의 이상 증가와 낮아짐을 경고할 수 있 도록 곳곳에 경고 시스템장치를 설치하고,
2) 해안선 및 해안가 물밑바닥의 진동 및 흔들림을 탐 지할 수 있는 탐지 경고 시스템을 요소 요소에 설
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치한다.
3) 해안가의 물 높이에 따른 수압변화의 이상유무를 감지할 수 있는 수압변화 감지 경고 시스템을 요소 에 설치한다.
4) 또한 해안가에서 발생하는 파도소리의 이상한 노 호소리 감지 시스템을 요소에 설치한다.
5) 그리고 더욱 중요한 것은 해안가 높은 곳에 해안 지진 및 쓰나미 감지 및 통보 센터를 바닷가 요소 에 설치하여 상기 탐지 내용들을 각 공업단지와 발 전소에 실시간 온라인 전파로 긴급 통보할 수 있게 하여, 그들로 하여금 긴장하며 미리 위기상황에 대 처하도록 정보망을 구축한다.
따라서, 상기 내용들을 시급히 검토 보완해 나가는 것이 화학적 천재지변의 자연재해 예방 및 인재(人 災) 대비책이 되고, 이들 재해로부터 국민과 사회, 국 가를 보호할 수 있는 길이 된다. 아울러 자연재해/인 재로부터 인명손실과 환경오염 및 파괴를 최소화 할 수 있어 인류에 공헌할 수 있는 길이 된다.
이와 같은 화학적 천재지변에 대비하여 무엇들을 어떻게 응용설계에 반영하며, 미리 준비해 나가야 할 지를 우리 관계전문가들은 서로 그들의 이론과 개념, 그리고 전문적 기술들을 서로 융합하며 머리를 맞대 고 철저한 대비책을 강구해 나가야 한다.
시간이 흐르면서 이 최악 상태의 근본 원인들을 찾 아 해결점을 제시하지 않을 뿐만 아니라, 이들 문제점 들로부터 교훈조차도 찾지 않고 방치하며 망각해 간 다면, 이는 전문가들이 취해야 할 도리가 아니라는 것 을 명심하자.
이들을 위해서는 정부관계 전문연구기관과 학계로부 터 철학적 윤리적 마인드를 가진 학자와 전문 기술자들 로 하여금 융합하도록 하고, 공동 안전진단추진체를 긴 급 구성/가동하는 등, 지진 및 쓰나미 대비 안전진단과 대책을 긴급히 실행에 옮길 수 있도록 해야겠다.
아무리 다수의 지진학자들이 우리나라는 지진대에 서 안전하게 해방되어 있다고 말한다 하더라도 그것 은 대자연을 상대로 한 가설에 지나지 않는다.
즉, 과학의 기본은 가설이고, 그 가설이 검증된다 하더라도 그것은 여전히 가설에 불과하다. 아무리 창 의적으로 가설을 완벽히 만들어 내고, 그러한 가설에 서 개별적 사례를 설명하여 그 진가를 밝히고, 그리고 추가되는 개별적 사례에서 그 가설을 더욱 지지해 가 장 그럴듯한 가설의 타당성을 찾았다 하더라도 그것 들은 어디까지나 그때까지의 가설에 불과하다.
인간은 신의 영역에 도달되거나, 이 영역에 들어 갈 수 없기 때문에 가설 속에 맴돌게 되며, 가장 완벽히 그럴듯한 가설검증을 위해 접근해 갈 뿐이다.
여기서 우리나라는 지진에서 안전하다는 그 가설을 액면가로 믿고, 결과로서 나타날 그 대재앙에 대비하 여 대처를 소홀히 한다면, 각 분야의 전문가들은 인류 에 공헌하기는커녕, 전문가라는 명목 하에 인류안전 에 엄청난 피해를 불러 올 장본인이 될 것이라는 사실 을 명심해야겠다.
마무리하면서 특히 강조할 점은 화학공학 분야의 process safety 측면과 basic engineering of process system의 양쪽 측면에서 성장한 이론과 축적된 기술 들은, 모든 분야의 공학응용설계에 골격이 된다는 점 을 감안하여 학문간 융합에 적극 참여하도록 함이 바 람직하겠다. 뿐만 아니라, 각 분야의 international symposium, forum 등에도 적극 참석하여 제반 의견 을 제시할 필요가 있겠다.
그들 분야의 기본설계에서 발생할 수 있는 인재(人 災)를 미리 예방하여 학문간 공헌할 수 있는 계기를 부여하는 데에 그 목적을 두고자 한다.
*이 자료는 교육과학기술부 산하, 한국과학기술정보 연구원(KISTI) ReSEAT Program 지원사업에 의하 여 김영호 전문연구위원이 연구한 내용입니다.