폐기물을 가치 있는 자원으로 변환하는 것은 과학이 아닌 연금술의 일종으로 보일 수 있습니다. 그러나 ETH 취리히 연구진은 일반적인 전자 폐기물에서 금 덩어리를 효율적이고 지속 가능한 방법으로 추출하는 방법을 선보였습니다. 이번 포스팅에서는 IEEE Spectrum에 소개된 폐기된 전자제품에서 금을 추출하는 기술에 대해 적어보고자 합니다.
그들의 과정은 두 가지 폐기물을 활용합니다. 금은 치즈 제조의 부산물 인 유당으로부터 유래한 단백질 아밀로이드 나노섬유체 (AF) 에어로겔을 사용하여 전자 폐기물에서 추출됩니다. 이 에어로겔은 금 스펀지 역할을 하여, 연구진은 20개의 버려진 컴퓨터 모더보드에서 거의 순수한 22K 금 덩어리를 거의 반 그램에 달하는 무게로 추출할 수 있었습니다.
“우리는 단백질 스펀지가 금에 대한 매우 높은 흡수 용량을 갖고 있다는 것을 알고 있었지만, 우리는 다른 금속에 비해 그 정도가 크다는 것에 대해 기쁜 놀라움을 느꼈습니다,”라고 말하는 것은 ETH 취리히의 교수 라파엘 메찬가입니다. “금의 순도가 매우 높았음을 발견한 것은 물론 환영받는 놀라움이었습니다.”
폐기물에서 금으로
전자 폐기물에서 금을 추출하는 것은 당연한 이유로 바람직합니다: 금은 가치가 있습니다. 가격은 다양하지만, 현재 시점에서 22K 금은 대략 1그램당 미국 달러로 약 60달러의 가치가 있습니다. 그러나 그 금을 추출하려면 전자 폐기물에서 발견되는 다른 많은 금속과 물질들과 분리할 수 있는 공정이 필요합니다.
Mezzenga 교수와 그의 동료 연구자들은 단백질 아밀로이드 나노섬유체를 사용하여 납, 팔라듐, 수은과 같은 중금속으로 오염된 물을 정화하는 이전 연구에서 영감을 받았습니다. 금 또한 이 단백질에 흡수될 수 있습니다.
“과거에 우리는 이미 이 매우 동일한 단백질을 사용하여 중금속, 비소, 방사성 화합물 등으로 오염된 물을 정화했습니다,”라고 Mezzenga 교수가 말했습니다. “그래서 우리는 이 [AF] 에어로겔을 준비하고 이제 전자 폐기물에서 금을 추출할 수 있는지 살펴보기로 결정했습니다.”
연구 결과는 연구자들의 기대를 뛰어넘는 성공을 거뒀습니다. 금은 예상대로 흡수되었지만, 다른 금속은 매우 소량만 흡수되어 연구자들이 순도가 높은 금 덩어리를 추출할 수 있었습니다. 그들은 생산된 금의 가치를 추출 비용의 거의 50배로 추정했습니다.
근처 체육관에서 유당 분말 양을 구매하고 오래된 모더보드 위에 뿌리기 전에 잠시 기다리세요. 이 과정은 모더보드를 청소하고 캐패시터 및 플라스틱 케이싱과 같은 불필요한 부품을 제거하는 것으로 시작됩니다. 그런 다음, 모더보드는 조각으로 부숴지고 고도로 산성인 아쿠아 레기아 욕조에 용해되며, 여기에는 먼지가 제거되도록 여과됩니다. AF 에어로겔은 이 모더보드 수프에 넣어지고, 그런 다음 건조되어 연소되고, 보랙스와 혼합되어 녹아들고, 마지막으로 냉각되어 유용한 금 덩어리가 형성됩니다.
이것은 복잡해 보일 수 있지만, Mezzenga 교수는 적절한 훈련과 장비가 있다면 간단하다고 말하며, DIY 황금 탐사자들의 흥미를 보면서 가벼운 유머를 전했습니다.
“나는 세계 각지에서 자신의 부엌이나 지하실에서 이를 하려는 사람들로부터 계속해서 요청을 받고 있습니다. 기술은 상대적으로 간단하기 때문입니다,”라고 Mezzenga 교수가 말했습니다. “어떤 환경에서든 그냥 할 수 있는 것은 아닙니다. 그러나 특정한 환경에서는 전혀 문제없이 할 수 있습니다.”
두 폐기물을 한번에 처리하기
이 과정의 간단함은 활성 탄소 입자와 같은 다른 방법을 통해 이미 금을 추출할 수 있는 것과 중요합니다. 활성 탄소는 목재나 석탄과 같은 탄소 함량이 높은 물질에서 생산됩니다. 불필요하고 위험한 물질을 흡수하는 데 자주 사용되지만, 활성 탄소의 지속 가능성과 금 추출 효율은 개선의 여지가 있습니다.
연구자들은 전자 폐기물에서 1그램의 금을 회수하기 위해서는 15.15그램의 활성 탄소가 필요한 것과 달리, 동일한 결과를 얻기 위해서는 AF 에어로겔이 5.26그램만 필요하다는 사실을 발견했습니다. 이는 금 추출의 탄소 발자국을 대략 25퍼센트 줄입니다.
에어로겔을 유래시키기 위해 사용된 유당이 그 자체로는 특별히 원하는 제품이 아니라는 점이 도움이 됩니다. “이 제품은 거의 사용되지 않습니다. 대부분은 동물 사료로 사용되거나 일부분은 식품에 다시 통합됩니다. 하지만 사실은 단백질의 많은 부분이 낭비됩니다,”라고 Mezzenga 교수가 말했습니다.
하지만, 이 연구는 여기서 끝나는 것은 아닙니다. 이 과정은 활성 탄소와 비교했을 때 이점이 있지만, 여전히 그 환경적 영향은 중요하지 않으며, 그 중 상당 부분은 유당 사용으로 인한 것입니다. 유당은 유제품 산업의 부산물로, 유제품 생산에 따른 온실 가스 배출과 관련이 있습니다. 연구자들은 식물 기반 자원에서 단백질 스펀지를 만들었으며, 이것은 훨씬 환경 친화적일 것이지만, 아직 금 흡수 능력을 시험하지 않았습니다.
이 과정은 금 외의 금속에 대해서도 유용할 것으로 예상됩니다. 백금과 팔라듐과 같은 다른 중금속도 전자 폐기물에서 자주 발견됩니다. 이 과정을 이러한 금속들을 추출할 수 있도록 적용할 수 있으며, 이를 통해 보다 다양한 전자 폐기물을 효율적으로 처리할 수 있을 것으로 기대됩니다.
“원료에 따라 특정 희토류 금속을 처리할 수 있을 것입니다. 이 과정은 어떠한 중금속이나 금속의 흡수가 가능하기 때문에…우리는 백금, 팔라듐, 은, 그리고 특이한 희토류 금속을 추출할 수 있을 것이라고 확신합니다,”라고 Mezzenga 교수가 말했습니다.
마무리
이번 포스팅에서는 전자 폐기물에서 금을 추출하는 혁신적인 방법에 대해 논의했습니다. 이 연구는 단백질 기반 나노섬유를 활용하여 활성 탄소와 비교하여 환경적으로 효율적인 금 추출 방법을 제시했습니다. 그러나 이 과정의 환경 영향은 아직 무시할 수 없는 수준이며, 이에 대한 대안으로 식물 기반 자원에서 유래한 단백질 스펀지의 가능성이 제시되었습니다. 또한 이 방법은 금 외의 다른 금속에 대해서도 유용할 것으로 기대됩니다. 앞으로의 연구와 개발을 통해 더욱 지속 가능하고 효율적인 전자 폐기물 처리 방법을 발전시킬 수 있을 것으로 기대됩니다.