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음식물 쓰레기로 나노 신소재 ‘그래핀’을 만들고, 버려지는 페트병을 재활용해 물속 항생물질을 제거하는 ‘흡착소재’를 개발하고, 곰팡이를 이용해 폐배터리에서 ‘리튬’과 ‘코발트’ 등 금속을 분리할 수 있다는 사실 알고 계셨나요? 오늘은 쓰레기를 가장 친환경적으로 재활용해 고가의 소재를 만드는 놀라운 기술에 대해 소개 드리겠습니다. 



음식물 쓰레기로 꿈의 신소재 #그래핀 생산

 

▲플래시 그래핀을 개발한 라이스 대학 연구팀(출처: sciencetimes)


그래핀(graphene)은 강철보다 200배 강하고, 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하는 물질로 초고속 반도체, 휘는 디스플레이, 웨어러블 기기 등을 만들 수 있어 미래 신소재로 각광받는 물질입니다.


▲반응로에서 번쩍 일어나는 플래시가 그래핀을 만들어내는 모습(출처: sciencetimes)


최근 미국 라이스 대학(Rice University) 과학자들이 탄소를 함유한 모든 종류의 재료를 원료로 그래핀을 만드는 ‘플래시 줄 가열(flash Joule heating)’ 기술을 개발했는데요. 이 기술을 사용해 탄소 함유 물질을 약 3000 켈빈(2730°C)으로 가열하면 약 10밀리초라는 짧은 시간에 쓰레기가 그래핀으로 변하고, 나머지 비탄소 요소는 유용한 기체로 날아가게 됩니다. 


이 기술은 바나나껍질, 석탄, 음식물 쓰레기, 석탄, 목재 조각 등 사용되는 원료가 무궁무진하다는 장점이 있는데요. 여기에 플라스틱도 극히 적은 비용으로 고가의 그래핀을 만들 수 있다고 합니다. 



버려진 페트병, #항생물질 흡착소재로 재활용

 


플라스틱 쓰레기는 환경오염의 주범으로 손꼽히는데요. 버려진 페트병을 활용해 물속에 있는 항생물질을 제거하는 고효율 흡착소재가 개발돼 주목받고 있습니다. 항생물질은 전염병 예방과 치료를 위해 사용되지만, 물을 통해 섭취하게 되면 사람과 동물에게 독이 될 수 있습니다. 

 

다공성 탄소복합소재 개발 모식도(출처: KIST)


지난 3월 한국과학기술연구원(KIST) 연구진은 버려진 페트병을 활용해 고순도의 유기 리간드를 추출하고, 이 물질을 흡착 소재로 합성했습니다. 유기 리간드는 금속-유기 구조체(MOF) 합성에 활용되는 물질인데요, 그 동안 비용이 많이 들어 대량 생산이 어려웠습니다. 


연구진은 알칼리 가수 분해 공정을 통해 버려진 페트병에서 테레프탈산 물질을 추출했는데요. 테레프탈산을 활용해 물속의 항생물질을 제거하는 다공성 탄소복합소재를 개발했고, 탄소복합소재에 철을 기반으로 한 금속-유기 구조체를 덧붙였습니다. 실험결과 약 90분 동안 항생물질을 100% 제거하는데 성공했습니다. 



폐배터리에서 #리튬, 코발트 추출

 


스마트폰, 태블릿 PC, 자동차 등에 사용되는 충전용 배터리는 여러 번 충전이 가능하지만 언젠가는 수명이 다하면 버려져야 하는데요. 매립 또는 소각되는 폐충전지는 환경을 오염시키는 요인이 됩니다. 그런데 곰팡이로 버려지는 폐충전지에서 ‘코발트’와 ‘리튬’을 추출하는 친환경적인 재활용 기술이 연구되고 있다고 합니다. 

 

충전용 배터리에서 코발트와 리튬을 회수할 수 있는 곰팡이류(출처: Aldo Lobos)


미국 플로리다대학의 제프리 커닝햄(Jeffrey A. Cunningham) 교수는 폐배터리에서 리튬과 코발트 등 금속을 분리하기 위해 고온 또는 강한 화학물질 대신 자연에서 발견되는 유기체인 ‘곰팡이’를 이용하는 방법을 개발하고 있는데요. 충전지를 분해한 후 이를 분쇄해 펄프형태로 만들어 곰팡이에 노출시키면, 곰팡이가 생성하는 유기산인 수산(oxalic acid)과 구연산(citric acid)을 사용해 폐충전지의 극에서 전체 리튬의 85%, 전체 코발트의 48%를 추출할 수 있습니다. 하지만 곰팡이에 노출된 후 코발트와 리튬은 액체 산성 매체로 남아 있어 액체로부터 어떻게 두 금속을 분리할 것인지는 아직 연구 중입니다.  


이처럼 쓰레기장에서 매립되거나 소각되었던 음식물 쓰레기와 폐페트병, 폐배터리가 과학자들의 연구를 통해 가치있는 소재로 다시 재탄생하고 있습니다. 앞으로도 쓰레기 문제 해결은 물론 환경까지 생각한 착한 기술이 많이 개발되어 상용화 되었으면 합니다. 한화솔루션도 착한 기술 개발을 위한 연구활동을 지속적으로 진행하고 있으니 많은 관심 부탁드립니다.



 

 

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Posted by 한화솔루션/케미칼

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