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2024-11-22 (금)

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[신소재 신기술(39)] 식염수로 폐전자제품서 희토류 광물 회수

미국 에너지부 산하 태평양 북서부 국립연구소(Pacific Northwest National Laboratory) 연구원들은 폐전자제품에서 망간, 마그네슘, 디스프로슘, 네오디뮴 등 주요 희토류를 선택적으로 회수하는 방법을 개발했다고 마이닝닷컴이 전했다. 연구팀은 간단한 혼합염 수용액과 금속 특성에 대한 지식을 활용하여 연속 흐름 반응로(챔버)에서 이러한 미네랄을 분리할 수 있었다. 두 개의 보완 연구 기사에 자세히 설명되어 있고 시애틀에서 열린 2024 재료 연구 학회(MRS) 춘계 회의에서 발표된 이 방법은 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 흐르는 화학 반응 챔버에 배치되었을 때 서로 다른 금속의 거동을 기반으로 합니다. 연구팀은 금속이 시간이 지남에 따라 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 금속을 분리하고 정제했습니다. 이 방법은 2024년 시애틀에서 열린 재료 연구 학회(MRS) 봄 회의 발표와 함께 두 편의 연구 논문에 상세히 설명되어 있으며, 두 개의 서로 다른 액체가 지속적으로 함께 연속 흐름 반응로(챔버)에서 다른 금속들의 행동을 기반으로 한다. 연구팀은 금속들이 서로 다른 속도로 고체를 형성하는 경향을 이용하여 광물을 분리 및 정제했다. 이 그룹은 2024년 2월에 처음으로 두 가지 필수 희토류 원소인 네오디뮴과 디스프로슘을 혼합 액체에서 성공적으로 분리했다고 보고했다. 기존 분리 방법에 일반적으로 필요한 30시간에 비해 4시간 만에 반응 챔버에서 두 개의 분리되고 정제된 고체가 형성되었다. 두 가지 중요한 광물은 무엇보다도 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈에서 발견되는 영구 자석을 제조하는 데 사용된다. 지금까지 매우 유사한 특성을 가진 이러한 요소를 분리하는 것은 어려운 일이었다. 전자 폐기물에서 이를 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 주요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 이 두 가지 중요 광물은 컴퓨터 하드 드라이브와 풍력 터빈 등에 사용되는 영구 자석 제조에 사용된다. 지금까지는 성질이 매우 유사한 이러한 원소들을 분리하는 것은 어려운 과제였다. 전자 폐기물에서 이들을 경제적으로 회수할 수 있는 능력은 이러한 중요 광물의 새로운 시장과 공급원을 열 수 있다. 마그네슘 공급원인 광산 폐기물과 염수 전자 폐기물에서 광물을 회수하는 것이 이 분리 기술의 유일한 응용 분야는 아니다. 연구팀은 바닷물은 물론 광산 폐기물과 염호 염수로부터 마그네슘을 회수하는 방법을 연구하고 있다. 수석 연구원 친푸 왕(Qingpu Wang)은 보도자료에서 “다음으로 더 많은 양의 제품을 효율적으로 회수하기 위해 원자로 설계를 수정하고 있다”고 말했다. 왕과 그의 동료 엘리아스 나쿠지(Elias Nakouzi)는 보완 기술을 사용해 용해된 리튬 이온 배터리 폐기물을 모방한 용액에서 거의 순수한 망간(>96%)을 회수할 수 있음을 보여주었다. 배터리용 망간은 전 세계적으로 소수의 회사에서 생산되며 주로 음극 또는 배터리의 음극 또는 음극에 사용된다. 본 연구에서 연구팀은 젤 기반 시스템을 사용하여 샘플 내 금속의 다양한 이동 및 반응 속도를 기반으로 물질을 분리했다. 나쿠지는 "이 프로세스의 장점은 간단하다는 것이다"라고 말했다. 그는 "고비용 또는 특수 재료에 의존하는 대신 우리는 이온 거동의 기본 원리를 다시 생각했다. 그리고 거기에서 영감을 얻었다"라고 설명했다. 연구팀은 연구 범위를 확대하고 중요 미네랄과 희토류 원소의 안정적인 국내 공급망을 제공하기 위해 환경 친화적인 새로운 분리 기술을 개발하는 PNNL의 새로운 이니셔티브인 '비평형 수송 구동 분리(NETS, Non-Equilibrium Transport Driven Separations)'를 통해 프로세스를 확장시킬 예정이다. 나쿠지는 "이 접근 방식은 복합적인 공급 흐름과 다양한 화학 성질로부터의 화학 분리와 관련하여 폭넓게 적용될 것으로 예상되며, 이는 더욱 지속 가능한 재료 추출 및 처리를 가능하게 할 것으로 기대한다"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-29
[신소재 신기술(8)]치즈 부산물로 폐전자제품에서 금 캐내기…획기적인 친환경 기술 개발

스위스 연방공과대학(ETH Zurich) 연구팀은 치즈 제조공정 부산물로 폐전자제품에서 금을 추출하는 획기적인 친환경 기술을 개발했다. 지난 4일(현지시간) 과학 기술 전문매체 퓨처리즘에 따르면 스위스 연구팀은 식품 산업 부산물을 기반으로 하는 지속 가능한 방법으로 전자 쓰레기에서 귀금속을 추출하는 새로운 방법을 고안했다. 이 방법은 경제적으로도 매우 효과적이다. 연구팀은 단 1달러의 투자로 50달러 가치의 금을 생산할 수 있다고 추산했다. 특히 주목할 만한 점은 이 과정이 매우 친환경적이라는 것이다. 연구팀은 치즈 제조 과정에서 생성되는 단백질이 풍부한 부산물로 만들어진 단백질 섬유 스폰지가 폐전자제품에서 금을 추출하는 데 유용하게 사용될 수 있다는 사실을 발견했다. 공동 저자이자 ETH 취리히의 라파엘레 메진가(Raffaele Mezzenga) 교수는 성명에서 "제가 가장 좋아하는 사실은 식품 산업 부산물을 사용해서 전자 쓰레기에서 금을 얻었다는 것"이라면서 "이보다 더 지속 가능한 것은 없다"고 말했다. 연구팀은 저널 '어드밴스트 머티리얼스(Advanced Materials)'에 발표된 새로운 논문에서 20개의 오래된 컴퓨터 마더보드(motherboard, CPU와 주기억장치 및 주변 장치 접속을 위한 소켓을 탑재한 기판으로 메인보드라고도 함)에서 450mg(밀리그램)의 22캐럿(91.67%의 순금) 금 덩어리를 회수할 수 있었다고 밝혔다. 이를 위해 연구팀은 산성 조건과 고온에서 유청 단백질을 변성시켜 단백질 나노섬유 슬러리(slurry)를 만들었다. 그런 다음 이 젤을 건조시켜 스폰지를 제작했다. 20개의 마더보드의 금속 부품을 용해하고 용액에서 이온화한 후 스폰지를 용액에 넣어 금 이온을 끌어당겼다. 연구팀은 스펀지를 가열하여 수집된 이온을 조각낸 다음 작은 금덩어리로 녹여냈다. 이 450밀리그램 덩어리는 91% 금과 9% 구리로 구성됐다. 이 금은 현재 온스당 가격으로는 약 33달러에 해당한다. 연구팀에 따르면, 이 기술의 에너지 비용이 회수 가능한 금의 가치에 비해 매우 낮은, 50분의 1에 불과하다고 한다. 공정을 대규모로 확장할 경우 상당한 경제적 이익을 가져올 수 있다. 현재 연구진은 변형 가능한 스펀지를 제작하기 위해 다른 단백질이 풍부한 부산물도 탐색중이다. 세계보건기구(WHO)에 따르면, 전자 폐기물은 전 세계에서 가장 빠르게 증가하는 고형 폐기물 중 하나로, 매년 수백만 대의 전자 기기가 폐기되고 있다. 이러한 폐기물은 적절히 처리되지 않을 경우 환경은 물론 인간 건강에도 해로울 수 있다. ETH 취리히 대학 연구팀의 활용 사례처럼 전자 폐기물 재활용을 촉진하는 것은 환경 보호와 자원 회수 측면에서 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
- 포커스온
2024-03-06