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기사입력 : 2024.10.14 12:12
환경부 소속 국립생물자원관은 전기차 등에 사용된 폐배터리의 핵심광물*을 친환경적인 방법으로 환원할 수 있는 미생물 3종을 경상북도의 한 폐광산에서 지난해에 발견하고 이들 미생물의 금속자원 추출 및 분리 가능성을 최근 확인했다고 밝혔다.
* 특정 국가들에 의존도가 높아 공급망 손실 위험이 존재할 수 있어 국가적으로 관리하는 광물(지질자원연구원, 2020)
국립생물자원관은 전북대 안준모·황국화 교수 연구진 및 군산대 이효정 교수 연구진과 함께 리튬이온배터리 양(+)극의 재료로 사용되는 양극활물질*을 미생물이 활성화된 용액에서 24시간 동안 침출한 결과, 핵심광물인 리튬, 니켈, 망간 및 코발트가 95% 이상 분리되는 것을 확인했다.
* 리튬이온배터리의 성능을 결정짓는 물질로 재활용이 최근 늘고 있음
이번 연구에 사용된 미생물 3종은 △애시디싸이오바실러스(Acidithiobacillus) 속에 속하는 2종과 △페로액시디바실러스(Ferroacidibacillus) 속에 속하는 1종이다.
‘바이오침출’이란 독성이 있는 무기산 대신, 미생물을 이용해 금속자원의 유용성분을 추출하는 생물학적인 기술로 공정상 위험성이 낮고 환경오염을 저감할 수 있는 환경친화적인 방법이다.
< 양극활물질 NCM 111 대상 침출실험 결과 >
(a) Blank (미생물 미접종 상태의 pH 1.8 맞춘 배양액) 조건에서 24시간 내 금속 침출률이 Li (리튬) 40%, Co (코발트), Mn (망간), Ni (니켈) 약 33%를 확인하였다.
(b) 미생물 KCTC 4516 균주를 접종한 조건에서는 금속 침출률이 24시간 이내 Li, Mn 약 65%, Ni, Co 약 90%를 달성하였다.
(c∼e) 한편, 본 연구팀에서 확보한 균주 3종의 경우, 기존 KCTC 4516 균주 대비 1시간 이내에, 금속 침출률 90%를 달성하였으며, 24시간 이내에 95% 이상의 침출률을 확보하였다. 특히, 이 중 9P1 균주는 1시간 이내에 Li, Ni, Mn, Co 침출률 98%를 달성하였다.
* 용어 설명
○ 바이오침출(Bioleaching) : 미생물 대사를 광석(ores)으로부터 직간접적으로 금속을 침출시켜 추출하는 방법으로, 산화-환원(oxidation-reduction)반응에 의해 금속 2+이온을 3+이온으로 산화시켜 침출시키거나, 미생물 작용에 의해 황을 산화시켜 황산의 생성으로 산-가수분해에 의해 이온 형태로 금속을 유리하는 방법 및 미생물이 직접 금속황화물의 산화를 유도시켜 금속을 추출하는 방법.
○ 애시디싸이오바실러스(Acidithiobacillus) : 주로 pH가 낮은 산성환경에 존재하는 그람음성균으로, 전자공여체로 황, 사티온산염, 그리고 제 1 철(Fe2+)을 사용하는 절대 독립영양생물로 알려져 있음. 철을 산화하는 기능 때문에 환경 공학과 미생물 습식제련(Biohydrometallurgy) 분야에서 모든 호산성 세균 중에서 가장 널리 연구되고 있음.
○ 습식제련(Hydrometallurgy) : 1차금속자원(광물) 및 2차금속자원(금속을 포함한 폐자원)으로부터, 화학물질을 이용하여, 금속 제품을 회수하는 기술. 1차적으로 화학물질을 이용하여 금속을 수용액 상태의 이온형태로 회수하는 침출(Leaching) 기술로 시작함. 이후, 불순물 금속이온으로부터 분리 및 목적금속 이온의 고농도로 정제 하기 위한 분리/정제(Purification & Concentration) 기술이 적용됨. 최종적으로는 고순도 금속 제품을 생산하기 위한 제품화 공정을 포함.
○ 양극활물질(Cathodic materials) : 리튬이온배터리의 양극의 재료로 이용되며, 배터리의 성능을 결정짓는 물질. 양극활물질 내 리튬을 포함하여, 구성되는 금속의 종류에 따라 배터리의 성능, 안정성, 수명, 출력 등이 결정. 최근에는 양극활물질 내 유가 금속의 희소성 및 자원 편재성으로 인해 양극활물질을 포함한 폐리튬이온 배터리의 재활용이 확산되고 있음.
국립생물자원관은 이번 연구 결과를 ‘바이오침출(Bioleaching)’과 관련된 특허로 이달 안에 출원하고 실증화를 위한 후속 연구를 수행할 예정이다.
* 출처 : 환경부
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