이제 와서 묻기 어려운 「희토류 원소(레어어스)」(5/5)
==정말 그렇게 ‘희귀’한 원소일까? 희토류 원소의 기본을 해설==
환경 부담이 적은 희토류 원소의 채굴·재활용 방법 모색
그렇다면 희토류 원소 사용으로 인한 환경 부담을 줄이려면 어떻게 해야 할까요? 예를 들어, 광산에서 광석을 캐는 대신 다른 자원에서 희토류 원소를 추출하는 방법이 제안되고 있습니다.
환경 부담이 적은 레어어스 채굴법
희토류 원소를 추출하는 새로운 자원으로 주목받는 것이 화력발전소 등에서 석탄을 태운 뒤 발생하는 재인 ‘플라이애시(fly ash)’입니다. 플라이애시는 시멘트에 섞는 등의 용도가 있지만, 그럼에도 폐기물로 남는 문제가 있습니다.
물론 석탄 자체는 희토류 추출과는 별개의 환경 문제와 연관되어 있지만, 그럼에도 플라이애시에서 희토류 원소를 추출할 수 있다면 상대적으로 환경 부담은 줄어들 것입니다.
2020년대의 여러 연구에서는 플라이애시에 약한 산을 가해 희토류 원소를 효율적으로 추출하는 방법이 검토되고 있습니다.
예를 들어, 제조 과정에서 환경 부담이 적은 산인 구연산이나 옥살산을 사용하고, 추출 후 남은 폐기물을 다공성 흡착재로 사용되는 제올라이트(zeolite, 비석)의 합성에 활용해 일석이조를 노리는 연구가 있습니다.
또 다른 연구에서는 희토류 원소의 용매로 이온성 액체를 사용하는 시도가 있습니다. 산은 한 번 반응하면 성질을 잃지만, 이온성 액체는 단순히 희토류 원소를 녹이는 역할을 하기 때문에, 이온성 액체에서 희토류 원소를 회수한 뒤 다시 추출 공정으로 재활용할 수 있습니다.
또한 전자제품 폐기물에서 희토류 원소를 추출·재활용하는 ‘도시 광산’ 개념도 있습니다. 그러나 전자 폐기물에 포함된 희토류 원소는 극미량이며, 단순한 방법으로는 광석·광물에서의 추출과 크게 다르지 않은 화학 처리가 필요해 근본적인 해결책이 되지 못하고 있습니다. 이 때문에 화학적 추출 방법, 특히 전자 폐기물에서 분리되어 용액에 녹아 있는 희토류 원소를 회수하는 방법이 과제가 되고 있습니다.
이 회수 문제를 해결하는 방법 중 하나로, 세균 유래 효소를 사용하는 발상이 있습니다. 이 효소는 2018년에 발견되어 ‘란모듈린(Lanmodulin)’이라 명명되었습니다. 란모듈린은 란타노이드와 매우 잘 결합하며, 다른 금속 원소가 섞여 있더라도 그들에 비해 1억 배나 결합력이 높은 뛰어난 선택성을 지니고 있습니다.
세균을 이용하는 방법은 배양이 간단하고 윤리적 문제도 적다는 장점이 있으며, 유전자 조작을 통한 맞춤 설계가 쉽다는 장점도 있습니다. 란모듈린 연구에서는 아주 미세한 아미노산 서열의 변경만으로도 란타노이드와의 결합력을 더욱 높이거나, 특정 원소와 더 잘 결합하도록 하는 성질을 부여할 수 있다는 점이 점차 밝혀지고 있습니다.
이 부분은 아직 연구가 진행 중이며 최적해는 탐색 단계에 있지만, 장기적으로는 이러한 지식이 활용될 것으로 보입니다.
마지막으로 조금 독특한 희토류 원소 회수 방법을 소개하겠습니다.
그것은 ‘달걀껍질’을 이용하는 방법입니다. 달걀은 어느 문화권에서나 빠질 수 없는 식재료이지만, 연간 약 1,000만 톤의 달걀껍질이 발생하며, 그 대부분이 매립된다고 알려져 있습니다.
2024년 연구에서는 란타노이드 용액에 달걀껍질을 넣고 165℃ 이상의 고온에서 가열하면, 불과 며칠 만에 란타노이드의 탄산염(홍삼석이나 수산화 바스트네사이트에 해당)이 생성된다는 사실이 밝혀졌습니다. 이 방법은 고온을 가하지 않으면 반응이 진행되지 않고, 란타노이드에 대한 선택성이 없다는 단점이 있지만, 막대한 양의 달걀껍질이라는 폐기물을 처리할 수 있다는 점에서 주목할 만합니다.
* 자료출처=ITmedia
* 글=아야이로 리리(彩恵りり)
* 일본어원문=いまさら聞けない「希土類元素」（レアアース）実はそんなに“レア”じゃない元素 の基本を解 説
* 출처=https://www.itmedia.co.jp› news › articles › news034
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