"도시 속 광산" - 잊혀진 자원
매년 수백만 톤의 전자 폐기물(e-waste), 오래된 엔진, 산업 장비가 폐기되면서 귀중한 희토류 원소도 대량으로 배출됩니다. 이러한 "도시" 자원은 주로 세 가지 주요 유형의 폐기물에 집중되어 있습니다.
중고 NdFeB 영구 자석: 이는 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr), 디스프로슘(Dy) 함량이 매우 높은 희토류 "광석층"입니다. 컴퓨터 하드 드라이브, 전기 자동차 모터, 풍력 터빈, 에어컨, 스피커 등 여러 기기에 사용됩니다. 향후 10년 안에 전 세계 희토류 자석 재활용 시장 규모가 수십억 달러에 달할 것으로 추산됩니다.
폐램프에서 추출한 형광 분말: 형광 분말(인광체)이 들어 있는 오래된 컴팩트 형광 램프와 형광등은 이트륨(Y), 유로퓸(Eu), 테르븀(Tb)과 같은 값비싼 중희토류 원소의 중요한 공급원입니다.
폐촉매: 석유화학 정제 산업의 유동층 분해(FCC) 촉매에는 상당량의 란탄(La)과 세륨(Ce)이 포함되어 있습니다.
이러한 공급원에서 희토류 원소를 회수하면 경관 파괴 및 방사능 오염과 같은 심각한 환경 문제를 일으키는 기존 채굴에 대한 의존도를 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 국가 경계 내에서 안정적이고 안전하며 예측 가능한 2차 공급을 창출할 수 있습니다.
사진: 전자 회로 기판에서 발생하는 폐기물의 출처(출처: en.reset.org).
희토류 재활용 기술의 획기적인 발전
희토류 재활용은 중요한 기술적 과제입니다. 그러나 최근 연구 성과의 획기적인 발전으로 대규모 상용화 가능성이 열렸습니다.
습식야금 - 주류: 가장 널리 연구되고 적용되는 방법입니다. 미국 에임스 연구소와 벨기에 루벤 대학교(KU Leuven University)의 과학자들은 NdFeB 자석 분말을 산에 용해한 후 용매 추출 기술을 사용하여 99.5% 이상의 순도를 가진 희토류 산화물을 회수하는 효율적인 습식야금 공정을 개발했습니다. 최근에는 선택성을 높이고 환경 영향을 줄이기 위해 구연산, 글루콘산과 같은 약한 유기산을 사용하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
새롭고 "더 친환경적인" 기술 - 미래 전망:
+ 직접 재활용: 유망한 접근법은 각 원소를 분리하지 않고 오래된 자석의 합금을 직접 재활용하는 것입니다. Urban Mining Company(미국)는 "Magnet-to-Magnet"이라는 공정을 상용화했습니다. 이 공정은 폐자석의 코팅을 제거한 후 분말로 분쇄하여 새로운 자석으로 재생산하는 것입니다. 이 공정은 광석에서 생산하는 방식에 비해 상당한 에너지와 비용을 절감합니다.
+ 이온성 액체 사용: 영국 벨파스트 퀸스 대학교 연구진은 여러 종류의 이온성 용매를 사용하여 폐형광 분말에서 희토류 산화물을 선택적으로 용해할 수 있음을 입증했습니다. 실험실 결과에 따르면 고순도 유로퓸 회수 효율은 90% 이상에 달할 수 있습니다. 이온성 용매의 가격은 여전히 높지만, 재사용 가능성과 환경 친화성은 큰 장점입니다.
+ 바이오리칭: 이는 새롭지만 잠재력이 있는 연구 분야입니다. 미국 아이다호 대학교의 과학자들은 글루코노 박터(Gluconobacter) 박테리아가 열처리된 자석에서 희토류 원소를 용해하는 데 도움이 되는 글루콘산을 생성할 수 있다는 것을 발견했습니다. 실험실 결과에 따르면 네오디뮴의 최대 70%를 회수할 수 있습니다. 이 공정은 느리고 효율이 낮지만, 최소한의 에너지를 사용하고 독성 화학 물질을 생성하지 않아 완전히 지속 가능한 방향으로 나아갈 수 있습니다.
사진: 희토류 자석 재활용(출처: https://eco-recycle.co.uk/).
베트남의 현재 상황, 과제 및 로드맵
베트남의 경우 희토류 "도시 광산"은 거의 완전히 방치된 분야입니다. 현재 전자 폐기물과 희토류를 함유한 산업 폐기물을 수거, 분류 및 처리하는 체계적인 시스템이 구축되어 있지 않습니다. 재활용 활동(있다 하더라도)은 주로 수작업으로 소규모로 진행되며, 구리, 알루미늄, 철과 같은 일반적인 금속을 회수하는 데 그치고 있습니다. 반면 귀중한 희토류 원소는 손실되어 환경으로 배출됩니다.
하지만 이는 베트남이 현대적이고 지속 가능한 희토류 재활용 산업을 처음부터 구축할 수 있는 기회입니다. 이를 위해서는 구체적인 단계가 포함된 명확한 로드맵이 필요합니다.
정책 체계 및 수거 시스템 구축: 정부는 수명이 다한 희토류 제품의 수거를 장려하고 의무화하는 정책을 수립해야 합니다. 전자 폐기물과 산업 폐기물의 수거 및 분류를 위한 효과적인 전국적 시스템을 구축하는 것이 필수적입니다.
R&D에 대한 강력한 투자: 연구 기관과 대학에 자원을 우선적으로 할당하는 전략적 재료 재활용에 대한 국가적 과학 기술 프로그램이 필요합니다.
+ 기본 재활용 기술 연구 및 숙달: 베트남의 특정 폐기물 유형에 적합한 습식야금 공정 최적화에 집중합니다. 습식야금 및 1차 광석 추출에 대한 기존 경험을 바탕으로, 희토류기술연구소와 같은 기관은 이 기술에 신속하게 접근하고 숙달할 수 있습니다.
+ 신기술 연구, 지름길 택하기: 이온 용매 활용, 수생물학 등 첨단 연구 방향에 자원을 배정하세요. 이러한 연구들은 장기적인 연구이지만, 지금 시작하면 베트남이 기술 발전에서 뒤처지지 않는 데 도움이 될 것입니다.
시범 처리 및 재활용 시설(파일럿 플랜트) 건설: 긍정적인 연구개발 결과가 나온 후에는 산업적 규모로 구축하기 전에 기술을 검증하고 경제적 효율성을 평가하며 공정을 완성하기 위해 시범 재활용 플랜트 건설에 투자해야 합니다.
국제 협력 강화: 주요 국가의 정책 수립, 수거 시스템 구축, 첨단 재활용 기술 이전 경험으로부터 배웁니다.
희토류 재활용 산업 발전은 경제적, 환경적 해결책일 뿐만 아니라 자원 안보 문제이기도 합니다. 베트남은 중고 기술 제품을 "채굴"함으로써 안정적인 2차 희토류 공급을 확보하고, 외부 요인에 대한 의존도를 줄이며, 순환적이고 친환경적이며 지속 가능한 경제 구축에 기여할 수 있습니다.
출처: https://mst.gov.vn/khai-thac-do-thi-dat-hiem-tu-phe-thai-cong-nghe-den-nguon-tai-nguyen-chien-luoc-197250731091535427.htm
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