[지금은 과학] 값어치 치솟는 희토류, 폐기물에서 추출할 수 있을까

[아이뉴스24 정종오 기자] 철강 폐기물에서 희토류를 추출할 수 있는 단백질 흡착제가 개발됐다. 연구팀은 실용화를 위한 추가 연구에 나섰다.

열과 전기가 잘 통하는 특성을 가진 희토류는 전기‧전자‧촉매‧광학‧초전도체 등 다양한 산업 분야에 활용된다. 최근 값어치가 치솟고 있다. 생산이 제한적이다. 희토류를 폐기물인 철강 슬래그에서 선택적으로 회수할 수 있는 단백질 흡착제가 나왔다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 권인찬 교수(GIST) 연구팀이 희토류를 선택적으로 강하게 결합하는 것으로 보고된 단백질과 온도 조절을 통해 재사용이 가능한 것으로 보고된 단백질을 융합해 용매 사용 없이 희토류를 회수할 수 있는 단백질 흡착제를 개발했다고 19일 발표했다.

최근 희토류를 산업폐기물에서 회수해 생산 부족 문제를 해결하려는 연구들이 진행돼 왔다. 기존의 기술로는 사용한 흡착제나 용매가 환경오염의 원인이 되는 한계가 존재했다.

산업폐기물 내 희토류는 아주 조금 존재하고 마그네슘, 구리 등 희토류가 아닌 원소들(비희토류)이 많이 포함돼 있어 희토류만을 선택적으로 회수하는 것이 어려웠다.

연구팀은 희토류에 선택적 결합과 탈착이 가능한 단백질과 온도에 따라 졸-젤(Sol-Gel) 상변이가 되는 단백질을 융합해 희토류만을 선택적으로 회수 가능하고 용매 사용 없이 반복 사용이 가능한 단백질 흡착제를 내놓았다. 개발된 단백질 흡착제는 자연적으로 분해돼 환경오염의 문제도 최소화 할 수 있다.

지구에 상대적으로 많이 분포하는 13종의 희토류 원소와 과량의 비희토류 원소 혼합물에 개발한 단백질 흡착제를 적용, 실험실 조건에서 90% 이상의 희토류를 회수하고 비희토류는 거의 회수되지 않음을 확인했다. 선택적 회수가 가능하다는 것을 입증했다.

일정 횟수 반복 사용해도 희토류 회수 효율이 유지돼 흡착제의 활용 가능성을 확인했다. 산업폐기물인 철강 슬래그에 존재하는 15종의 희토류에 대해 80% 이상 회수하는 결과를 확인, 산업에서의 사용 가능성을 기대하고 있다.

다만 아직 상용화하기에는 이르다. 실제 응용되기 위해서는 단백질 흡착제 생산과 적용 규모 확대에 대한 더 많은 연구가 필요하다. 권인찬 지스트 교수는 “실용화를 위해서는 스케일업이 돼야 하고 컬럼에 넣어서 사용할 수 있도록 변형 등이 필요하다”고 말했다.

연구 성과(논문명: Repeated Recovery of Rare Earth Elements Using a Highly Selective and Thermo-Responsive Genetically Encoded Polypeptide )는 화학 분야 국제학술지‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 (Advanced Functional Materials)’ 12월 26일자 온라인에 실렸다.