KIGAM 한국지질자원연구원

한국지질자원연구원 도시광산연구팀은 이름 그대로 도시광산에서 유용금속을 추출·농축·정제해 금속과 화합물을 제조하는 업무를 담당하는 부서다. 도시광산이란 폐가전제품과 산업폐기물 등에 축적된 금속자원을 일련의 재활용 과정을 거쳐 다시 자원화 할 수 있는 금속으로 추출하는 것으로, 이 과정을 통할 경우 철과 비철금속, 귀금속, 희소금속 등을 얻을 수 있다.

도시광산의 개념이 대두된 것은 지난 1980년대 후반 일본 도호쿠대학 난조 미치오 교수에 의해서다. 지구에 매장된 자원 중 석유나 석탄은 한 번 사용하고 나면 사라져 버리지만 금속은 사용 이후에도 폐기물 속에 그대로 남아 있어 언제든 재활용 할 수 있다는 개념을 제시하면서 관심을 받게 됐다. 이러한 주장과 맞물려 1990년 이후부터 현재까지 세계 각국의 불안정한 금융위기와 정세가 지속되면서 희소금속 확보를 위한 도시광산 개발은 전 세계적으로 중요한 산업으로 자리매김 하고 있다.

도시광산의 매력은 자원을 재활용함으로써 환경을 보호할 수 있다는 점과 더불어 희소금속의 해외 의존도를 낮추고 안정적인 금속 수급이 가능하다는 데 있다. 또한 현재 세계 정세가 해외 희소금속 광산을 둘러싼 각국의 권익 경쟁이 매우 치열하다는 점에서 앞으로 도시광산산업을 활성화하기 위한 노력은 더욱 가중될 것으로 점쳐지고 있다. 도시광산을 자원으로 재활용하기 위해서는 ‘폐전자제품 수거, 해체, 분쇄, 선별, 제련, 정련, 완제품’ 이라는 일련의 단계를 거치게 된다. 폐휴대폰이나 폐컴퓨터 등으로부터 전자회로기판을 분류하거나

분쇄해 금속을 걸러낸 후 최종 추출에 이르게 되는 것이다.

특히 이를 위해 필요한 기술로는 시료성분 표준화 기술과 파쇄·분쇄 기술, 건식·습식 제련기술, 미생물침출기술, 전해기술, 흡착·막분리·용매추출 등 분리정제 기술 등이 있는데 다양한 물리·화학적 처리를 통해 도시광석으로부터 산업원료소재 회수를 진행한다.

도시광산연구팀의 신도연 박사는 미생물을 이용해 금속을 추출하는 공정에 관여하고 있다.도시광산으로부터 금속을 추출하기 위해 사용하는 다양한 기술 중 신 박사는 미생물을 이용해 유용금속을 회수하는 기술을 연구하고 있는 것이다.

“제가 진행하는 연구는 미생물을 이용해 친환경적으로 금속을 침출하는 기술입니다. 보통 폐전자제품에서 금속을 침출한다고 하면 화학적으로 녹이는 방법을 생각하는데요, 미생물을 이용하는 것은 화학적 방법이 아니기 때문에 보다 환경친화적이라고 할 수 있죠.” 특히 미생물은 생산된 독성 물질을 스스로 분해해 처리할 수 있다는 점에서 새로운 개념의 친환경 ‘만능 광부’ 라고 할 수 있다.

“도시광산에서 귀금속을 얻어내는 것은 직접 광산에 가는 것보다 경제적으로 효과적입니다. 특히 여기에 미생물을 적용할 경우 친환경적이라는 장점도 있죠. 미생물을 이용해 도시광산에서 귀금속을 얻는 과정을 살펴보자면, 먼저 미생물을 배양한 수조에 인쇄회로기판(PCB)을 넣어 귀금속만 선택적으로 녹입니다. 귀금속 종류에 따라 미생물을 선택해 녹이고자 하는 귀금속을 선택적으로 녹일 수 있어요.”

이처럼 미생물을 이용해 금속을 추출하는 기술은 ‘바이오리칭(bio-leaching)’ 으로 불리기도 한다. 이는 우라늄 혹은 구리 광산에서 활용되는 방법으로 미생물을 이용하는 것은 금속회수율을 높이고 환경오염을 줄이며 금속 가공공정에서 발생하는 환경문제를 사전에 차단시켜준다는 점에서 매우 유용하다. 또한 DNA 분석을 통해 공정 효율 증진이 가능하다는 점 역시 미생물을 이용한 금속 추출기술이 갖는 장점이다. 

“광산미생물 군집분석을 통해 금속침출에 참여하는 미생물의 우점도 및 종류를 분석할 수 있고 이를 통해 공정제어가 가능합니다. 더불어 미생물의 기능성 유전자를 탐색하고 조작을 함으로써 특정 반응을 극대화 할 수 있어요.”

도시광산연구팀이 보다 활발한 연구를 진행할 수 있는 것은 금속 침출과 배양을 돕는 다양한 최첨단 장비가 있기 때문이다. 폐전자제품과 폐가전제품으로부터 금속을 얻기 위해서는 고온고압침출장비(autoclave)와 무균실험대(clean bench), 열중량분석기(TGA) 등이 필요하다. “고온고압침출장비는 일반적인 조건에서 침출시키기 어려운 금속이나 농축된 정광을 고온·고압 조건으로 침출하는 장비입니다. ‘고압반응솥’ 이라고도 부르기도 하죠. 이 장비는 고온·고압의 상태에서 증기를 쐬어 줌으로서 멸균과 침출을 시도해요. 무균실험대는 미생물을 무균 조건으로 실험하고 배양하는 장비를 말합니다. 엄격한 무균조작이 요구될 때 이용하는데 오염된 공기는 침입하지 않기 때문에 위험도가 높은 물질을 다룰 때 사용하면 됩니다.”

신도연 박사는 “현재 국내에는 유용금속이 다량 함유된 폐휴대폰이 연간 1,000만 대 이상 발생되고 있다”며 “또한 가정에서 2,000~4,500만 대 이상 보관된 폐휴대폰으로부터 유용금속을 회수할 경우 대량 150~370억 원 정도의 경제적 가치가 분석된다”며 도시광산의 미래가능성에 대해 이야기 했다.

“우리 연구팀이 개발하고 있는 도시광석 재자원화 공정에 의해 도시광산산업의 활성화가 가능해질 것으로 기대하고 있어요. 연구가 진행되면 전량 수입에 의존하던 전략금속 역시 보다 손쉬운 방법으로 확보가 가능케 되겠죠. 도시광산의 경제적 가치는 폐휴대폰과 폐자동차 만을 추산했을 때에도 연간 650억 원으로 가늠되고 있어요. 부가가치가 어마어마하다는 것이죠. 이외에도 국내산업의 경쟁력을 강화시키고 새로운 고용창출을 가능케 한다는 점에서 창조경제 기치에 걸맞은 연구분야라고 할 수 있습니다.”

신도연 박사는 앞으로 전략광물을 지속적으로 확보할 수 있도록 수급 안정화를 꾀하는 데 연구 목표를 두고 있다고 이야기 했다. 현재 국내에서 자원은 점점 저품위화 되고 있으며 우리나라는 자원 매장량이 매우 한정된 자원빈국인 만큼 이에 대한 경쟁력 강화가 매우 중요한 화두로 제기될 것이라는 게 신 박사의 의견이다. 전문장비를 활용한 도시광산연구팀의 연구는 자원빈국인 국내 상황을 서서히 자원외교에 유리한 입지로 만들어주고 있다. 21세기 도시광산의 연금술사로 불리는 도시광산연구. 새로운 금맥을 찾아가는 이들의 시도는 밝은 청사진으로 우리에게 성큼 다가오고 있다.