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Jun 07, 2024

과학이 희토류 원소 재활용을 더 쉽게 만드는 방법

하드 디스크 드라이브와 같은 기존 하이테크 제품의 희토류 원소를 재활용하면 이러한 귀중한 금속에 대한 수요를 충족하는 데 도움이 될 수 있습니다. JORG GREUEL/PHOTODISC/GETTY IMAGES PLUS 작성자: Erin Wayman

하드 디스크 드라이브와 같은 기존 하이테크 제품의 희토류 원소를 재활용하면 이러한 귀중한 금속에 대한 수요를 충족하는 데 도움이 될 수 있습니다.

JORG GREUEL/포토디스크/GETTY IMAGES PLUS

에린 웨이먼

2023년 1월 20일 오전 8시

우리 현대인의 삶은 희토류 원소에 의존하고 있으며 머지않아 증가하는 수요를 충족시키기에 희토류 원소가 부족할 수도 있습니다.

특별한 특성으로 인해 이 17가지 금속 원소는 컴퓨터 화면, 휴대폰 및 기타 전자 제품, 소형 형광 램프, 의료 영상 기계, 레이저, 광섬유, 안료, 연마 분말, 산업용 촉매 등 그 목록이 계속 늘어나는 데 중요한 성분입니다. (SN 온라인: 23. 1. 16). 특히 희토류는 세계를 저탄소 또는 제로 탄소 미래로 이끄는 데 필요한 전기 자동차 및 재생 에너지 기술의 고출력 자석과 충전용 배터리의 필수적인 부분입니다.

2021년에 세계는 280,000톤의 희토류를 채굴했습니다. 이는 1950년대 중반 채굴된 양의 약 32배입니다. 그리고 수요는 계속 증가할 것입니다. 전문가들은 2040년까지 현재보다 최대 7배나 많은 희토류가 필요할 것으로 추정합니다.

그 식욕을 만족시키는 것은 쉽지 않을 것이다. 희토류 원소는 농축된 매장지에서는 발견되지 않습니다. 광부들은 막대한 양의 광석을 채굴하고 희토류를 농축하기 위한 물리적, 화학적 공정을 거쳐 분리해야 합니다. 변환은 에너지 집약적이고 지저분하며 독성 화학 물질이 필요하고 종종 안전하게 폐기해야 하는 소량의 방사성 폐기물을 생성합니다. 또 다른 우려 사항은 접근성입니다. 중국은 채굴과 가공 모두에서 거의 독점권을 갖고 있습니다. 미국에는 활성 광산이 단 하나뿐입니다(SN Online: 1/1/23).

희토류가 수행하는 대부분의 작업에는 좋은 대체물이 없습니다. 따라서 미래의 수요를 충족하고 공급을 관리하는 주체를 다양화하고 희토류 회수를 "친환경"으로 만들기 위해 연구자들은 기존 채굴에 대한 대안을 찾고 있습니다.

제안에는 석탄 폐기물에서 금속을 추출하는 것부터 달 채굴과 같은 기발한 아이디어까지 모든 것이 포함됩니다. 그러나 즉각적인 타격을 줄 가능성이 가장 높은 접근 방식은 재활용입니다. "재활용은 매우 중요하고 중심적인 역할을 할 것입니다."라고 아이오와주 에임스 국립 연구소(Ames National Laboratory)와 에너지부의 핵심 재료 연구소(Critical Materials Institute)의 재료 과학자인 Ikenna Nlebedim은 말합니다. “그렇다고 우리가 중요한 재료 문제에서 벗어나 재활용을 하겠다는 말은 아닙니다.”

그러나 예를 들어 희토류 자석 시장에서는 지금으로부터 약 10년이 지나면 재활용을 통해 희토류 수요의 4분의 1을 충족할 수 있을 것으로 추정됩니다. “정말 엄청난 일이죠.”라고 그는 말합니다.

그러나 오래된 노트북에 들어 있는 희토류를 빈 탄산음료 캔에 들어 있는 알루미늄만큼 정기적으로 재활용하려면 기술적, 경제적, 물류적 장애물을 극복해야 합니다.

재활용은 더 많은 희토류를 얻을 수 있는 확실한 방법인 것 같습니다. 철, 구리, 알루미늄, 니켈, 주석 등 기타 금속의 15~70%를 재활용하는 것이 미국과 유럽의 표준 관행입니다. 그러나 오늘날 오래된 제품에 포함된 희토류 원소 중 약 1%만이 재활용된다고 라스베거스 네바다 대학교의 경제 지질학자인 Simon Jowitt는 말합니다.

“구리 배선은 더 많은 구리 배선으로 재활용될 수 있습니다. 강철은 더 많은 강철로 재활용될 수 있습니다.”라고 그는 말합니다. 그러나 많은 희토류 제품은 “본질적으로 재활용 가능성이 매우 낮습니다.”

이 계획은 귀중한 희토류 금속을 제공하고 석탄 채굴의 더러운 유산을 정화하는 데 도움이 될 것입니다.

희토류는 터치 스크린 및 유사한 제품에서 다른 금속과 혼합되는 경우가 많아 제거가 어렵습니다. 어떤 면에서는 버려진 물건에서 희토류를 재활용하는 것은 광석에서 희토류를 추출하여 서로 분리하는 과제와 유사합니다. 전통적인 희토류 재활용 방법 역시 염산과 같은 유해 화학물질과 많은 열을 필요로 하므로 많은 에너지가 필요합니다. 환경에 미치는 영향 외에도, 희토류 생산량이 적기 때문에 복구 비용은 그 노력에 비해 가치가 없을 수도 있습니다. 예를 들어, 하드 디스크 드라이브에는 단지 몇 그램만 포함될 수 있습니다. 일부 제품은 밀리그램만 제공합니다.