日, 폐수·폐유서 희토류 캔다…핵연료 재처리 응용해 기술 개발 성공

[이데일리 방성훈 기자] 일본이 공장에서 나오는 폐수와 폐유에서 희토류를 뽑아내는 기술을 개발했다. 원자력 분야에서 쌓아온 사용후 핵연료 재처리 기술을 응용한 결과다.

지난 2월 일본 도쿄에서 약 2000㎞ 떨어진 미나미토리시마 앞바다에서 심해 굴착선 '지큐'가 끌어올린 시료를 한 남성이 살펴보고 있다. 일본은 해저 자원 개발과 별개로 산업 폐액에서 희토류를 회수하는 기술 개발에도 나섰다. (사진=AFP)

26일 니혼게이자이(닛케이)신문에 따르면 일본원자력연구개발기구(JAEA) 등은 물과 기름에 섞여 있는 희토류를 추출해 회수하는 기술을 개발했다. 앞으로 기업과 손잡고 산업 폐액에 실제로 적용할 수 있는지 검증할 계획이다. 폐기물 속에 묻힌 금속을 캐낸다는 뜻의 ‘도시광산’을 희토류로 넓히겠다는 구상이다.

기술의 핵심은 특정 금속에만 달라붙는 화학 구조를 지닌 흡착제다. 금속과 결합하는 부분은 ‘팔’(관능기)이라고 불리는데, 목표로 하는 원소에 맞춰 이 부분을 바꿔 끼울 수 있다. 폐액에 흡착제를 넣으면 팔이 희토류를 붙잡고, 희토류를 붙든 흡착제는 아래로 가라앉아 한 층을 이룬다. 이 층만 걷어내면 희토류를 회수할 수 있다.

가장 큰 특징은 물뿐 아니라 기름에서도 작동한다는 점이다. 그동안은 물과 기름이 뒤섞인 복잡한 폐액에서 희토류만 골라내기가 어려웠다. 이번 흡착제는 두 액체가 섞여 있어도 목표한 금속을 붙잡을 수 있다. 용도에 따라 구슬 모양 등으로 가공하면 회수 대상을 더 넓힐 수 있다.

연구팀은 실험에서 발광다이오드(LED)와 액정 디스플레이의 형광체 등에 쓰이는 희토류인 유로퓸을 물과 기름이 섞인 용액에서 뽑아냈다. 강한 산성 용액을 쓴 실험에서는 흡착제에 붙은 유로퓸을 떼어내 회수하고 흡착제를 다시 쓸 수 있다는 점도 확인했다.

열쇠는 원자력 분야의 사용후 핵연료 재처리 기술이었다. 원자력 시설에서는 강한 산과 유기 용매, 금속이 뒤섞인 방사성 폐액을 다룬다. JAEA는 이런 폐액에서 우라늄과 플루토늄 같은 방사성 물질을 걸러내는 기술을 개발해왔고, 이번에 그 노하우를 산업 폐액에 옮겨 적용했다.

아라이 요이치 JAEA 매니저는 “그동안 어려웠던 산업 폐액에서도 희토류를 회수할 수 있는 가능성이 열렸다”고 말했다.

산업 폐액에는 희토류를 비롯한 쓸모 있는 금속이 들어 있다. 폐기되기 전에 이를 회수하면 자원 재활용으로 이어진다. JAEA는 화학 플랜트나 반도체 공장에서 나오는 폐액과 폐유에 특히 유용한 희토류가 담겨 있다고 보고 있다. 구슬 모양 흡착제는 기존 폐액 처리 설비에 끼워 넣기 쉬워, 공정을 크게 바꾸지 않고도 회수가 가능할 것으로 기대된다.

관건은 규모를 키우는 일이다. 실험에 쓴 흡착제는 1그램(g) 정도에 그쳤다. 효율적인 합성법을 찾아야 하고, 원소마다 달라붙는 성질이 다른 점을 활용한 분리·정제 기술도 더 다듬어야 한다.

비용은 앞으로 따져볼 예정이다. 아라이 매니저는 “시장 수요를 조사하고 새로운 흡착제를 설계해 10년 정도 안에 실용화하고 싶다”고 말했다.

희토류는 전기차와 전자기기에 없어서는 안 되는 자원이다. 중국의 수출 규제 등으로 안정적인 조달의 중요성이 커졌지만, 캘 수 있는 장소와 매장량이 한정돼 있어 재활용 시도가 활발하다. 시장조사업체 글로벌인포메이션에 따르면 세계 희토류 재활용 시장은 2031년까지 11억달러(약 1조5219억원) 규모로 커질 전망이다.

해외에서도 관련 개발이 잇따르고 있다. 미국 미시시피대는 자석을 이용해 폐액에서 희토류를 회수하는 기술을 개발했다. 일본에서는 미나미토리시마 앞바다 해저에 쌓인, 희토류가 든 것으로 알려진 진흙을 개발하는 작업이 진행되고 있다.

닛케이는 안정적인 희토류 확보를 위해서는 자원 개발뿐 아니라 재활용을 포함한 공급원 다변화가 중요해지고 있다고 짚었다.