아크릴 실뭉치로 희토류를 회수한다

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구단 최재우 박사팀이 폐기된 영구자석 속 네오디뮴(Nd)과 디스프로슘(Dy) 등 희토류 금속을 회수할 수 있는 소재를 개발했다. 이 소재는 이미 널리 활용되는 아크릴 섬유를 기반으로 금속-유기 구조체 결합해 실뭉치처럼 생긴 나노 구조 섬유다. 이 나노섬유는 영구자석을 녹인 용액에서 희토류를 흡착해 회수하게 된다.

이 섬유는 기존 흡착물질보다 최대 4.3배 이상 많은 희토류를 달라붙게 만들어 회수할 수 있다.

이 소재를 이용해 95% 이상 수입에 의존하는 핵심광물을 재활용할 수 있게 됐다.

연구진은 20일 "이 소재가 국내에서 이미 널리 활용되는 아크릴 섬유를 기반으로 만들어 경제성과 생산성 측면에서도 우수하다"며, "이 소재가 폐액 내에서 희토류를 쉽게 흡착하면서도 회수가 쉬워 산업적 활용도가 아주 클 것"이라고 전망했다.

실험 결과, 이 나노 섬유는 1g당 네오디뮴을 468.60㎎, 디스프로슘을 435.13㎎이 달라붙어 세계 최고 수준의 성능을 기록했다. 이는 기존 흡착 소재보다 매우 높은 수치이며, 간단한 형태의 반응기에 적용할 수 있기에 회수 과정의 에너지 효율 또한 크게 개선될 수 있다. 이전에 보고된 희토류 흡착제는 네오디뮴 126.7㎎, 디스프로슘 99.9㎎으로 각각 3.7배와 4.3배 많이 회수할 수 있다.

또한, 이 소재는 흡착 반응기의 종류에 관계없이 쉽게 적용할 수 있으며, 섬유형태 소재의 특성상 원하는 형태로 성형이 가능해 반응기 내부의 압력 강하를 상당히 줄여 회수 에너지 효율을 획기적으로 높일 수 있다. 이 소재의 희토류 회수 능력, 적용 용이성, 가공성, 재활용 가능성 등은 비용 효율적인 희토류 회수를 실현하는 실용적인 방법을 제시할 수 있다.

연구진은 이 소재가 폐 영구자석 뿐만아니라 광산 배수 등 희토류 금속이 포함된 다양한 산업 폐수에서도 효과적으로 희토류를 회수할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히, 겉 모양이나 성질을 바꾸는게 쉬워 다양한 산업 폐수에 대한 적용 가능성이 높아, 희귀 금속 자원 확보를 위한 기술적 대안으로 자리잡을 전망이다.

최재우 박사는 "이번에 개발한 고효율 희토류 금속 회수 소재는 기존의 입상 흡착 소재를 대체할 수 있는 기술로, 성능, 생산성, 경제성, 적용성 측면에서 뛰어난 결과를 보여 디지털 인프라 폐기물 광물 추출 생태계를 활성화 시키고, 자원순환을 통한 산업적 적용 가능성이 매우 크다"고 설명했다. 또한 정영균 박사는 "향후 산업 폐수에서 희토류를 포함한 다양한 유용 자원을 선택적으로 회수할 수 있는 기술로 확장하여 탄소 중립과 희토류 관련 전 후방 산업에 기여할 수 있을 것"이라고 강조했다.

한편, 연구진은 새로 개발한 소재를 국제 학술지 '어드밴스드 파이버 머티리얼즈(Advanced Fiber Materials)' 최신호에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자