구리 산업의 오염 물질을 줄이려는 스타트업
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구리 수요가 급증하면서 구리 제련 공정으로 인한 환경오염도 함께 증가하고 있다. 스타트업 스틸브라이트(Still Bright)의 창립자들은 구리를 더 나은 방식으로, 더 깨끗하게 생산할 방법을 제안하고자 한다. 스틸브라이트는 배터리 화학 기술을 기반으로 수성 반응을 통해 구리를 정제하는 공정을 사용한다. 이 공정은 기존의 구리 제련 방식보다 환경에 미치는 악영향을 줄일 수 있다. 이 기술은 또한 구리 공급망에 가중되고 있는 부담을 완화하는 데도 도움이 될 것으로 기대된다. 스틸브라이트의 랜디 앨런(Randy Allen) 공동 창립자
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구리 수요가 급증하면서 구리 제련 공정으로 인한 환경오염도 함께 증가하고 있다. 스타트업 스틸브라이트(Still Bright)의 창립자들은 구리를 더 나은 방식으로, 더 깨끗하게 생산할 방법을 제안하고자 한다. 스틸브라이트는 배터리 화학 기술을 기반으로 수성 반응을 통해 구리를 정제하는 공정을 사용한다. 이 공정은 기존의 구리 제련 방식보다 환경에 미치는 악영향을 줄일 수 있다. 이 기술은 또한 구리 공급망에 가중되고 있는 부담을 완화하는 데도 도움이 될 것으로 기대된다. 스틸브라이트의 랜디 앨런(Randy Allen) 공동 창립자 겸 CEO는 “우리는 눈앞에 다가오고 있는 구리 공급 위기를 해결하는 데 진심을 다하고 있다”고 밝혔다. 오늘날 구리는 전기 배선부터 조리기구에 이르기까지 모든 곳에 사용되는 핵심 원료다. 태양광 패널과 전기차 같은 청정에너지 기술이 발전하면서 구리 수요는 더욱 증가하고 있다. 전 세계 구리 수요는 2040년까지 현재 대비 약 40% 증가할 것으로 예상된다. 구리 수요가 급증하면서 광석을 정제해 순수한 구리로 제련하는 채굴 과정이 기후와 환경에 미치는 영향도 증가하고 있다. 또한 구리 공급망이 특정 지역에 집중되는 현상에 대한 우려도 커지고 있다. 구리는 전 세계에서 채굴되며, 과거에 많은 구리 광산에는 채굴한 광석을 처리하기 위한 제련소가 현장에 있었다. (제련소에서는 고온에서 농축된 구리 광석을 태워 순수한 구리 금속을 얻는다.) 그러나 현재는 많은 광산에서 구리 정광을 제련 산업이 집중된 아시아, 특히 중국의 제련소로 운송하고 있다. 제련 산업이 중국에 집중된 이유는 제련 과정에 많은 에너지와 화학 물질이 소비되며, 그 과정에서 대기 질을 해칠 수 있는 유황이 함유된 배출가스가 발생되기 때문이다. 사이먼 조윗(Simon Jowitt) 네바다 대학교 리노 캠퍼스 교수 겸 네바다 광산지질국 국장은 이에 대해 “환경적, 사회적 문제를 다른 지역에 떠넘긴 셈”이라고 지적했다
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. 조윗 교수는 “제련소에서 발생하는 배출가스에서 오염 물질을 제거할 수 있다”면서 제련소로 인한 환경오염이 과거보다 훨씬 줄었다고 말했다. 그러나 전반적으로 환경 보호에 대한 제련 산업의 평판은 좋지 않은 편이다. 따라서 미국처럼 구리 매장량이 풍부하고 운영 중인 광산이 많은 국가조차도 구리 함량이 30% 정도인 구리 정광을 중국이나 다른 국가로 수출해 제련하는 경우가 대부분이다. (현재 미국에서 가동 중인 광석 제련소는 단 두 곳뿐이다.) 스틸브라이트는 제련소에서 사용하는 고온 야금 공정을 피하고, 바나듐 흐름전지(vanadium flow batteries)라는 장치에서 아이디어를 얻은 화학적 접근법을 활용한다. 스틸브라이트의 반응기에서 바나듐은 구리 정광 내 구리 화합물과 반응한다. 그러면 구리 금속은 고체 상태로 남게 되고, 불순물의 상당 부분은 액체층으로 이동한다. 전체 과정은 30분에서 90분 정도 소요된다. 반응 후에 70% 정도가 구리로 이루어진 고체 부분은 광산업에서 이미 확립된 용매 추출과 전해 채취 공정에 투입된다. 그러면 순도 99% 이상의 구리를 생산할 수 있다. 수성 반응 기반의 화학 기술을 활용해 구리를 제련하려는 시도는 이번이 처음이 아니다. 현재 일부 구리 광석은 산을 이용해 처리되며, 칠레에 본사를 둔 스타트업 세이보(Ceibo) 또한 전통적으로 제련되는 구리에 해당 공정을 적용하려 하고 있다. 여기서 차이점은 스틸브라이트가 바나듐을 선택했다는 점이다. 스틸브라이트의 존 바드너(Jon Vardner) 공동 창립자는 구리 반응과 바나듐 흐름전지에 관해 연구하던 중 구리 추출 반응과 바나듐을 재활용할 수 있는 전기 충전 단계를 결합하는 아이디어를 떠올렸다. STILL BRIGHT 제공 바나듐이 구리와 반응한 후 액체 혼합물을 전해조에 넣으면 전기를 이용해 바나듐을 다시 구리와 반응할 수 있는 형태로 전환할 수 있다.
정리
이는 기본적으로 바나듐 흐름전지를 충전하는 과정과 동일하다. 구리를 정제하는 다른 화학 공정은 구리를 용액으로 전환해 반응을 빠르게 진행시키며 모든 구리가 반응하도록 하기 위해 고온이나 극산성 조건이 필요하지만, 스틸브라이트의 공정은 상온에서 진행할 수 있다. 스틸브라이트가 제시한 방법의 장점 중 하나는 구리 정제로 인한 오염을 줄인다는 점이다. 기존 제련법은 물질을 1,200℃ 이상으로 가열해 유황이 함유된 가스가 생성되며 이 가스가 대기 중으로 배출된다. 그러나 스틸브라이트의 공정에서는 부산물로 황화수소 가스가 생성된다. 앨런 CEO는 황화수소 가스가 위험하기는 하지만 효과적으로 포집해 유용한 제품으로 전환할 수 있다고 말했다. 또 다른 잠재적 오염원은 정제 공정 후 남는 황화광물이다. 황화광물은 공기와 물에 노출되면 황산을 형성할 수 있다(이를 산성광산배수라고 하며 광산 폐기물에서 흔히 발견된다). 스틸브라이트의 공정에서도 황화광물이 생성되지만, 회사는 이를 철저히 추적하여 지하수로 유출되지 않도록 할 계획이다. 스틸브라이트는 현재 미국 뉴저지에 위치한 실험실에서 공정을 시험 중이며, 연간 약 2톤의 구리를 생산할 수 있는 시범 시설을 콜로라도에 건설하기 위해 설계하고 있다. 다음 단계는 연간 500톤 생산 규모의 시범용 반응기가 될 것이며, 앨런 CEO에 따르면 2027년 또는 2028년에 광산 현장에서 해당 반응기를 가동할 예정이다. 스틸브라이트는 이러한 규모 확대 과정에 투입하기 위해 1,870만 달러(약 270억 원) 규모의 시드 단계 투자를 유치했다. 네바다 대학교의 조윗 교수는 “규모를 확대했을 때 어떻게 되는지가 이 기술의 가치를 증명할 중요한 시험대가 될 것이며 이를 통해 일반적으로 보수적인 성향인 광산 업계가 이 기술을 도입할지 여부를 가늠할 수 있게 될 것”이라고 말했다. 그러면서 “산업 규모에서 어떤 결과가 나오는지 지켜봐야 한다”며 “그 전까지는 사람들이 이 기술을 도입하는 데 다소 주저할 수도 있다”고 덧붙였다. The post 구리 산업의 오염 물질을 줄이려는 스타트업 appeared first on MIT 테크놀로지 리뷰 | MIT Technology Review Korea.
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