[환경] 미래의 자원, 원재료를 재활용한다 지구환경

 전 세계 원재료 사용량은 연간 700만톤

 자원 유한성 고려해 원재료 재활용 필요

 

전 세계에서는 원재료 약 700만톤을 매년 사용하고 있다. 이는 1970년 말에 사용하던 양의 2배에 해당한다. 지구에 존재하는 원재료는 유한하다. 따라서 앞으로 새로운 제품을 제조하는데 사용할 재료를 충분하게 얻을 수 있으려면  원재료를 재활용을 할 필요가 있다.
 프라운호퍼 연구원들은 미래의 경제적인 자원 회전을 위해 첨단 “분자적인 분류(Molecular Sorting)” 프로젝트를 수행하고 있다. 연구원들은 이 결과를 5월5~9일에 독일 뮌헨에서 열리는 ‘IFAT 무역쇼’에서 전시할 예정이다.
 독일 연방환경부에 의하면 독일인은 1인당 매일 약 200㎏의 원재료를 사용한다. 이는 세계 1위 수준으로, 환경에 손상을 줄 뿐만 아니라 독일 경제력에도 위협이 된다. 원재료가 부족한 국가로서 독일은 포괄적인 자원 절약을 해야 한다. 따라서 새롭고 효율적인 리사이클링 방법이야말로 원재료 수입을 대체할 수 있는 유일한 방법이다.
 프라운호퍼 실험실의 전문가들은 계속적인 리사이클링과 순환 제조방법에 대한 중요한 원칙을 만들었다. 전문가들은 귀금속, 희귀금속, 유리, 나무, 콘크리트 및 인의 재활용을 보여줄 새로운 방법들을 IFAT에서 선보일 예정이다.
 “분리공정은 초기에는 필요한 가장 작은 수준에서 일어난다. 즉, 우리는 분자 혹은 원자 수준까지 내려가게 된다”고 프라운호퍼 실험실 화학기술 ICT의 교수인 Jorg Woidasky는 설명한다.
 

pi22_molecularsorting_g.jpg » 프라운호퍼 연구자들은 오래된 유리로부터 귀중한 무색 유리를 추출하는 공정을 수행하고 있다.

 

하나의 예는 미생물용출 공정으로 이 공정은 독일 슈투트가르트에 있는 프라운호퍼 실험실 계면 공학 및 바이오테크놀로지 IGB에서 개발되고 상업화를 위해 준비되어 있다. 비록 작은 양이라고 할지라도 귀금속 혹은 희유금속이 이 기술에 의해 회수될 수 있다. 연구원들은 광물, 연소 슬래그 혹은 수용성 염 속에 있는 금속염들과 포화된 나무조각 내에 있는 불용성 금속화합물을 전환하기 위해 마이크로유기물을 사용한다. 용해된 금속들은 결과적으로 특별한 고분자를 사용하여 화학적으로 결합시킬 수 있고 따라서 선택적으로 용액으로부터 제거할 수 있으며 금속은 3단계로 분리되게 된다. 프라운호퍼 실험실 실리케이트 연구 ISC의 전문가들은 오래된 유리로부터 귀중한 무색 유리를 추출하는 공정을 수행하고 있다.
 물-백색 유리는 최고의 광학 투명성을 가지며 따라서 태양광, 광섬유 전선 및 디스플레이에 사용될 수 있다. 만약 철과 같은 불순물들이 유리 내에 있으면 투명도가 떨어진다. “태양광 전지 부분에서의 성장은 매우 크기 때문에 예를 들면, 철이 없는 천연 원재료 자원이나 ‘사용된’ 태양광 모듈로부터 재활용 재료들은 앞으로 수십 년 내에 매우 투명한 유리판의 수요를 충분하게 만족시키지 못하게 된다”고 ISC의 유르겐 마인하르트 박사는 말한다. 기존의 유리판은 원재료의 대체 재료가 될 수 있다. 그러나 유리의 철 함량이 너무 높기 때문에 연구원들은 철 원자들은 약 섭씨 1500도로 가열된 액체 유리에서 직접 제거하는 공정을 개발하고 있다.
 독일에서 목재의 재활용은 아직 초보단계로서 현재까지 연간 폐기된 목재 약 8백만톤의 33%만이 재사용되고 있다. 이렇게 재활용 비율이 낮은 이유 중 하나는 나무 조각에 대한 독일의 규제에 의한 것이다. 할로겐을 포함하는 유기 물질들로 코팅된 재료 혹은 나무 보호제로 처리된 목재는 매우 엄격한 환경의 경우를 제외하고는 다시 사용될 수 없다. 분자 수준에서 분리할 수 있는 새로운 기술들은 나무 조각 규제 내에 포함되어 있는 어려운 주의사항 없이 이 문제를 도와줄 수 있을 것으로 예측된다. 보다 많은 나무 조각들을 재활용할 수 있기 위해 포함되어 있는 해로운 물질들의 정보를 알아야 한다. 이를 위해 프라운호퍼 나무연구 실험실 및 빌헬름 클라우디츠 연구소는 근적외선 스펙트럼, x-선 형광분석 및 철 이동 스펙트럼과 같은 다양한 공정들을 이용하고 있다. 일단 해로운 물질들이 인지되면 또한 제거될 수 있다.

 건물의 자갈 수백 만 톤이 매년 축적되고 있지만 이들 콘크리트를 재활용하기 위한 공정은 아직 개발되지 않았다. 프라운호퍼 실험실 빌딩 물리학 IBP 콘크리트 그룹의 연구자들은 아주 짧은 광 볼트 과정을 콘크리트에 적용하는 “전기역학 분별” 기술을 개발하고 있다. 연구원들은 콘크리트를 자갈, 시멘트와 같은 작은 개별 구성물로 나누는 데 성공하였다. 이는 오래된 콘크리트를 재활용하는 중요한 첫 번째 단계이다.
 그러나 귀한 재료들은 고체 폐기물에서만 추출되는 것이 아니라 쓰레기 소각에서 나오는 연기에도 원재료가 포함되어 있다. 이들을 추출하기 위해 독일 드레스덴에 있는 프라운호퍼 실험실 세라믹 기술 및 시스템 IKTS의 연구원들은 특별한 세라믹 필터를 개발하고 있다. 이 필터는 섭씨 850도를 넘는 온도에서 나오는 배기가스 내의 게르마늄, 아연, 인과 같은 특이 물질들을 분리하고 회수하는 데 사용된다.
 그러나 이러한 방법들은 빠르게 성장하는 시장 환경에서 과연 의미가 있는 것일까? 분자 분리 프로젝트 파트너들은 이들에 대한 연구를 하고 있는데 결론은 의미가 있다는 것이다. 원자 수준에서 재활용은 아마도 미래에 경제적으로 실현가능할 것이다. 만약 정치적으로 지원이 안된다 할지라도 경제적으로도 독립적인 비즈니스 모델이 될 수 있다.
 
출처
http://mirian.kisti.re.kr/futuremonitor/view.jsp?record_no=6804&cont_cd=GN 
KISTI 미리안 2014-05-05     
원문
http://www.fraunhofer.de/en/press/research-news/2014/april/recycling-next-generation.html

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