실은 자원인 폐기물
석탄재, 적니, 광산 폐석은 보통 저장해야 할 문제로 여겨진다. 그러나 이들은 세계가 원하는 물질, 즉 실리카, 희토류 원소 및 기타 핵심 광물을 함유하고 있다.
한 추정에 따르면 미국 석탄재 매립지에 1,100만 톤의 희토류 원소가 갇혀 있으며, 가치는 약 84억 달러에 달한다. 이는 미국의 현재 국내 원광 매장량의 거의 8배다. 희토류 원소는 자석, 전자제품, 배터리, 방위 장비에 들어가며, 미국은 사용하는 대부분을 수입한다.
생명체에서 화학을 빌리다
우스터 폴리테크닉 연구소가 이끄는 연구팀이 이 광물을 더 깨끗하게 추출하는 방법을 시험하기 위해 미국 국립과학재단으로부터 330만 달러를 받았다. 5년에 걸친 이 연구는 밍장 타오가 이끌며, 캐릭 에글스턴과 옌 왕이 공동 연구책임자를 맡고, 다른 4개 대학의 연구자들이 참여한다.
아이디어는 자연에서 왔다. 규조류, 해면, 일부 식물은 생물학적 분자와 유기 골격을 이용해 온화한 온도에서 혹독한 화학 없이 복잡한 실리카 구조를 만든다. 연구팀은 이 행동을 모방해 오늘날의 제련 및 침출 방식보다 훨씬 적은 에너지로 실리카가 풍부한 폐기물을 분해하려 한다.
연구는 생물규산화, 생물 기반 야금, 그리고 규산염 물질을 용해하고 재구성하는 반응 경로를 다룰 것이다. 계산 모델링과 인공지능이 생체분자를 설계하고 그 행동을 예측하는 데 사용될 것이다.
폐기물 더미에서 제품으로
계획은 희토류 원소를 방출하는 것만이 아니다. 연구자들은 각 폐기물 흐름을 최대한 많이 활용해 남은 실리카를 유리, 세라믹, 실리콘 소재 같은 시장성 있는 제품으로 전환하려 한다.
규모화에 성공한다면, 이 접근법은 새로운 채굴에 대한 의존을 줄이고 소재 생산의 환경 발자국을 낮추며 핵심 광물의 국내 공급을 강화할 수 있다. 연구팀은 또한 이 공정이 산업에 경제적으로 타당한지도 연구할 것이다.
야금 슬래그와 콘크리트 잔해도 원료 목록에 포함되어 있어, 이 방법이 석탄 발전소만이 아니라 다양한 산업 폐기물에 걸쳐 시도될 수 있음을 의미한다. 학생들은 WPI의 몰입형 연구 프로그램을 통해 참여할 것이다.
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