섬유상 희토류 금속 회수 소재의 합성 모식도.[KIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 우리나라는 리튬, 니켈, 희토류 등 핵심광물의 95%를 수입에 의존하고 있다. 특히 희토류는 소량 첨가만으로도 물질을 화학·전기·자성·발광적 특성을 갖게 만드는 특징을 갖고 있어 최근 친환경 자동차 및 신재생에너지산업분야의 핵심소재로 그 사용량이 크게 증가하고 있다. 희귀 금속의 주요 생산국인 중국이 자원 무기화 전략을 통해 공급을 조절하고 있어, 국내 산업에 큰 부담으로 작용하고 있다.

한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구단 최재우 박사 연구팀이 네오디뮴(Nd)과 디스프로슘(Dy) 등 희토류 금속을 고효율로 회수할 수 있는 섬유상 회수 소재를 개발했다고 밝혔다. 이 신소재는 주로 전기차, 하이브리드차의 구동 모터, 풍력 발전, 로봇 및 항공우주 산업에서 필수적인 부품으로 사용되는 3세대 영구자석에 들어가는 희토류 금속(네오디뮴-철-붕소(Nd-Fe-B))을 회수하여 순환하는 소재로 희토류 공급과 산업적 안정성 문제를 해결하는 데 기여할 것으로 기대된다.

KIST 연구진은 효율적으로 희토류 금속을 회수하기 위해 금속-유기 구조체와 고분자 복합 섬유로 구성된 나노 구조 섬유 소재를 개발했다. 국내에서 이미 널리 활용되는 아크릴 섬유를 기반으로 제작되어 경제성과 생산성 측면에서도 우수하다. 연구진은 개발된 소재가 폐액 내에서 희토류를 쉽게 흡착하면서도 회수가 용이해 산업적 활용도가 아주 클 것으로 전망했다.

개발된 섬유 소재는 네오디뮴에 대해 468.60 mg/g, 디스프로슘에 대해 435.13 mg/g의 흡착 용량을 보여 세계 최고 수준의 성능을 기록했다. 이는 기존 흡착 소재보다 매우 높은 수치며, 간단한 형태의 반응기에 적용할 수 있기에 회수 과정의 에너지 효율 또한 크게 개선될 수 있다.

최재우 KIST 박사.[KIST 제공]

연구팀은 이 소재가 폐 영구자석뿐 아니라 광산 배수 등 희토류 금속이 포함된 다양한 산업 폐수에서도 효과적으로 희토류를 회수할 수 있을 것으로 기대하고 있다. 특히, 표면 개질이 용이해 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 연구의 의의를 설명했다.

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.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 파이버 머티리얼즈’ 최신호에 게재됐다.