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- 새로 개발된 모델을 사용해 61개 중요 금속의 수명 주기, 내용 수명 및 손실 분석
- 금속 원료의 상당 부분이 추출 과정에서 손실돼
- 코발트 50%, 인듐 70%, 중요한 첨단 원료 70%. 게르마늄, 갈륨, 하프늄 또는 스칸듐과 같은 재료는 약 95%가 추출과정에서 손실
- 특수 금속의 대부분이 늦어도 25년 후에 "소진"

하이테크 금속이 가장 빨리 사라진다.
중요한 기술에 사용되는 금속의 서비스 수명은 특히 짧다.

연구에 따르면 가장 시급히 필요한 첨단 금속은 수명이 가장 짧고 재활용률이 가장 낮다. 이에 따라 코발트, 인듐, 희토류 등 희소금속 원료는 몇 년 동안만 사용하다가 폐기처분된다. 이러한 금속의 상당 부분은 채광 중 과부하 상태에서 손실된다. 연구원들에 따르면 이러한 기술 원료의 희소성을 고려할 때 이것은 변경되어야 한다. 

▲ 금속의 수명 주기에서 대부분의 원자재가 어디에서 손실될까? 사용 수명은 얼마나 될까?

금속 없이는 아무 것도 작동하지 않는다. 금속 원료는 건물, 기술 장치, 그리고 무엇보다도 전자 및 에너지의 하이테크 응용 분야에 없어서는 안 될 필수 요소이지만 희소하다.

EU는 30여 종의 금속과 광물을 주요 원료로 분류하고 있으며, 이들 중 공급이 희박해 확보해야 한다. 예측에 따르면 리튬, 인듐, 코발트 및 일부 희토류 금속에 대한 수요가 곧 글로벌 공급을 초과할 수 있으며 이는 중요한 기술 부문에 심각한 결과를 초래할 수 있다.

61개 금속의 수명 주기 연구

금속 원료의 수명 주기를 자세히 살펴보는 것은 더욱 중요하다. 금속은 일반적으로 얼마나 오래 사용될까? 그리고 귀중한 원료가 사용되지 않고 손실되는 곳과 과정은 무엇일까? 보르도 대학(University of Bordeaux)의 알렉상드르 샤르팡티에 폰슬레(Alexandre Charpentier Poncelet)와 그의 동료들은 최근 이것을 더 자세히 조사했다. 이를 위해 새로 개발된 모델을 사용해 61개 중요 금속의 수명 주기, 내용 수명 및 손실을 분석했다.

▲ 모든 란탄족(방사성 프로메튬 제외)을 한 눈에.Source: de:Image:Lanthanoide.jpg.

조사된 61개의 금속에는 철과 니켈, 크롬, 바나듐과 같은 철강 생산에 사용되는 합금 금속이 포함된다. 두 번째 그룹은 알루미늄, 티타늄, 구리 또는 납과 같은 비철금속으로 구성된다. 세 번째 그룹에는 금, 은, 백금, 팔라듐과 같은 귀금속이 포함되며 네 번째 그룹에는 리튬, 희토류 금속 및 많은 중금속과 같은 첨단 원료가 포함된다.

손실은 시작과 끝에서 가장 높아

평가 결과 금속 원료의 상당 부분이 추출 과정에서 손실되는 것으로 나타났다. 희토류 금속의 경우 이러한 손실이 수명 주기 전체 손실의 3분의 1을 차지하며 코발트의 경우 50%, 인듐 70%, 중요한 첨단 원료 70%이다. 게르마늄, 갈륨, 하프늄 또는 스칸듐과 같은 재료는 약 95%이다. 이러한 요소의 대부분은 처음부터 광석에서 추출되지 않는다.

Poncelet과 그의 동료들은 "추출 및 생산에서 가장 강력한 손실을 보이는 15가지 금속 중 13가지가 EU에서 중요하다고 간주되는 금속 상품이라는 것은 놀라운 일이다"며 "이것은 과부하에서 이러한 금속을 추출하기 위해 더 많은 노력이 필요함을 시사한다"라고 말했다. 반면에 대부분의 금속의 가공 및 사용 단계는 손실이 훨씬 적다. 거의 완전히 변환된 응용 프로그램 및 제품.
팀이 결정한 바와 같이 서비스 수명이 끝난 후 상황은 다시 다르다. 희토류, 인듐 또는 게르마늄과 같은 탐나는 첨단 금속의 재활용률은 지금까지 1% 미만이었다. 철과 금, 은 등 귀금속의 경우 최소 25~50%가 회수된다.

첨단 금속의 사용 수명은 1년에 불과

분석 결과는 다른 것을 보여준다. 무엇보다도 희소한 하이테크 금속은 수명이 가장 짧다. 평균적으로 원광석을 채굴해 폐기물로 처리하는 데 약 12년이 걸린다. 갈륨, 셀레늄, 스칸듐 또는 게르마늄의 경우 수명은 약 1년이다. 이에 비해 금, 철 및 강철 합금 금속은 상대적으로 내구성이 있다. 평균적으로 150년 동안 잘 사용된다. 구리, 니켈 또는 은은 여전히 ​​50년 동안 지속된다.

첨단 금속의 경우, 이는 이러한 특수 금속의 대부분이 늦어도 25년 후에 "소진"된다는 것을 의미한다. 따라서 이러한 귀중한 원료의 상당 부분은 짧은 시간 후에 회복할 수 없을 정도로 손실된다. 공동 저자인 바이로이트 대학의 크리스토프 헬빅은 "따라서 금속의 유효 수명을 연장하고 심각한 손실 없이 폐쇄된 경제 주기를 위해 노력하는 것이 세계 인구의 긴급한 관심사"라고 말했다.

이것은 원자재 공급 확보와 환경 모두에 중요하다. 시간이 지남에 따라 경제 주기에서 더 많은 금속이 손실될수록 공급을 조달하기 위해 더 많은 채굴이 필요하며 이는 기후와 환경을 손상시킨다.
참고 : Nature Sustainability, 2022; doi: 10.1038/s41893-022-00895-8

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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