핵심 금속 재활용 프로세스 간소화가 부족 현상과 환경 부담을 완화할 수 있다

금속 재활용의 중요성

Mineral resources are inherently limited, and their extraction is energy-consuming and environmentally destructive. The mining industry is a major consumer of fresh water, an emitter of greenhouse gases, causing deforestation and pollution that can last decades if not centuries.

이론적으로 금속은 순수한 원소로 구성되어 있기 때문에 가장 재활용이 용이한 재료이어야 합니다. 이는 플라스틱과 같은 복잡한 유기 분자와는 대조됩니다.

실제로는 상황이 크게 다릅니다. 금속 재활용은 종종 불완전하거나 에너지 소모가 많습니다. 특히 전자 부품의 경우, 희귀 금속, 카드뮴, 티타늄, 텅스텐 등과 같은 이국적인 원소들의 복합 혼합물이 원자 수준에서 섞여 있어 더욱 어렵습니다.

따라서, 미국 라이스 대학교와 중국 청화 대학교 연구진이 강렬한 전류를 이용한 완전히 새로운 금속 재활용 방법을 개발했다는 소식은 큰 의미가 있습니다. 이들의 연구 결과는 2024년 9월 25일^th에 Nature Chemical Engineering에 “전기열 염소화를 통한 금속 플래시 분리”라는 제목으로 발표되었습니다.

금속 재활용 방법

현재 금속 재활용

현재 금속 재활용은 주로 액체 수화학법, 즉 금속을 액체 또는 알칼리성 물에 용해시키는 방식에 의존합니다. 그러나 이 기술은 많은 물과 화학 물질을 소비하며, 문제적인 2차 폐기물 흐름을 발생시킵니다.

출처: MEAB

또 다른 옵션은 고온 금속학으로, 기본적으로 모든 혼합 금속을 녹인 뒤 물리적 특성(녹는점 등)에 따라 다시 정제합니다. 문제는 이 방법이 선택성이 부족해 결과가 여전히 다양한 금속의 혼합물일 수 있다는 점입니다. 또한 상당한 에너지 투입이 필요해 환경적 프로파일이 악화됩니다.

플래시 줄 전류 가열 (FJH)

플래시 줄 전류 가열은 연구팀 리더인 James M. Tour가 이전에 그래핀 합성 및 폐기물 처리에 사용한 경험이 있는 방법입니다.

출처: India Education Diary

FJH는 전류를 물질에 통과시켜 매우 높은 온도로 급속히 가열하는 방식입니다. 가열 속도가 물질을 다른 물질로 변환시킵니다.

그들은 이 방법이 금속 추출에 적용될 수 있음을 발견했습니다. 또한 다양한 전자 폐기물에 널리 적용될 수 있을 것으로 보입니다. 특히, 이 방법은 다음을 분리할 수 있음이 입증되었습니다:

• 콘덴서에서 탄탈럼.
• LED에서 갈륨.
• 사용된 태양광 필름에서 인듐.

이 방법은 물, 산 또는 기타 용매를 전혀 사용하지 않고 이러한 결과를 달성했으며, 결과적인 오염을 크게 감소시켰습니다. 많은 금속에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 반응 조건을 정밀하게 제어함으로써 최종 제품의 순도를 95%까지 달성했습니다. 전체적으로 수율은 만족스러운 85%였습니다.

따라서 모든 금속을 회수하지 못하더라도, 이 방법은 수화학이나 고온 금속학으로 처리해야 하는 폐기물의 비율을 크게 줄일 수 있습니다.

FJH의 미래 전망

범용 전자 재활용

이 방법은 현재 일부 전자 폐기물 유형에 대해서만 재활용 연구가 진행되었습니다. 배터리와 같이 보다 효율적이고 환경 친화적인 옵션이 절실히 필요한 다른 전자 제품에 대해 평가하려면 추가 연구가 필요합니다.

우리는 이 방법을 폐기물 흐름에서 다른 핵심 금속을 회수하기 위해 적용하려고 노력하고 있습니다.

Bing Deng 박사 – 청화 대학 조교수이자 연구 공동 제1저자

또한 이 방법을 더 정제하여, 소량의 산과 결합해 전체 수율을 높이는 방안을 모색하는 등 추가 개발이 가능할 것으로 보입니다.

이 획기적인 기술은 핵심 금속 부족과 부정적인 환경 영향을 해결하면서, 보다 효율적인 회수 과정을 통해 전 세계 재활용 산업에 경제적 인센티브를 제공합니다.

Shichen Xu 박사 – 라이스 대학 박사후 연구원이자 연구 공동 제1저자

광물 추출

개념적으로 금속 재활용과 천연 광석에서의 광물 추출은 큰 차이가 없습니다. 두 경우 모두 금속이 다른 원소와 결합된 형태로 존재하며, 이를 강제로 분리해 정제하고 필요 산업에서 사용할 수 있게 해야 합니다.

채굴에서도 정제는 대규모로 물과 산을 사용하거나 극한의 열을 가함으로써 이루어지는 경우가 많습니다. 이것이 채굴이 논란이 되고 환경 파괴적인 주요 요인입니다.

따라서 이 방법은 Shichen Xu 박사에 따르면 리튬 및 희귀 토양 원소 추출에도 가능성을 제공할 수 있습니다.

금속 재활용에 투자하기

강철과 알루미늄과 같은 일부 금속은 잘 재활용되지만, 전자 폐기물과 같은 복잡한 소재는 여전히 대부분 재활용되지 않거나, 저소득 국가에서 비위생적이고 오염을 일으키는 조건으로 처리되고 있습니다.

한편, 전기차, 태양광 패널, 배터리, 히트펌프 및 소형 전자 기기가 점점 더 많이 생산되면서, 몇 년 안에 재활용이 필요한 물질이 급격히 쌓이고 있습니다.

여러 중개업자를 통해 재활용 기업에 투자할 수 있으며, 여기 securities.io에서 미국 USA, 캐나다 Canada, 호주 Australia, 영국 the UK 및 기타 여러 국가의 최고의 중개업자에 대한 우리의 추천을 확인할 수 있습니다.

특정 기업을 선택하고 싶지 않다면, Mast Global Battery Recycling & Production ETF (EV), VanEck Circular Economy UCITS ETF (REUS), 또는 WisdomTree Recycling Decarbonisation UCITS ETF – USD Acc (WRCY) (WT ) 와 같은 ETF를 고려할 수 있으며, 이는 재활용 산업에 대한 보다 다양화된 노출을 제공합니다.

금속 재활용 기업

1. Li-Cycle Holdings Corp 

모든 종류의 전자 폐기물 중에서 배터리가 가장 문제적인 경우일 수 있습니다.

이는 배터리가 매우 복잡한 장치로, 다양한 오염 금속을 포함하고 있을 뿐만 아니라, 충전된 배터리의 화재 또는 폭발 위험 때문에 항상 안전 위험을 내포하고 있기 때문입니다. 따라서 배터리는 일반적인 조건에서는 대부분 안전하지만, 재활용을 위해 분쇄하거나 녹이는 과정에서는 이러한 위험이 크게 증가합니다.

또한 북미 지역만 해도 2030년까지 재활용이 필요한 배터리 양이 6배로 급증할 것으로 예상됩니다.

출처: Li-Cycle

Li-Cycle의 핵심 판매 포인트는 배터리 팩을 완전히 충전된 상태 그대로 처리할 수 있으며, 분해하거나 방전할 필요가 없다는 점입니다.

이는 또한 “배터리 형태에 구애받지 않는” 프로세스로, 제조사나 배터리 상태에 관계없이 모든 종류의 리튬이온 배터리에 적용될 수 있음을 의미합니다. 업계가 아직 특정 설계에 통합되지 않았고 혁신이 빠르게 진행되고 있기 때문에, 재활용 업체가 장기적으로 효율적으로 작업할 수 있는 능력을 유지하는 것이 중요합니다.

전반적으로 이 회사는 95% 회수율을 달성하며, 사용된 배터리로부터 배터리 등급 리튬 카보네이트와 같은 고품질 소재를 생산할 수 있습니다.

출처: Li-Cycle

2023년과 2024년 초에, 회사는 로체스터, 뉴욕에 중요한 처리 시설을 건설하는 과정에서 막대한 비용 초과라는 장애에 직면했습니다. 이는 북미, 유럽, 아시아 전역에 시설을 빠르게 확장한 뒤 발생한 문제였습니다.

완공되어 전면 가동될 경우, 로체스터 허브는 연간 최대 35,000톤의 일명 블랙 매스(본질적으로 분쇄된 배터리)를 처리할 수 있습니다.

이는 2024년 2분기에 생산된 1,394톤의 블랙 매스와 비교해 크게 증가한 수치입니다.

출처: Li-Cycle

로체스터 프로젝트를 완료하기 위해, Li-Cycle은 2024년 3월에 광산 대기업 Glencore로부터 7,500만 달러 투자를 확보했습니다. 또한 미국 정부로부터 3억 7,500만 달러 대출을 요청하고 있으며, 이는 미국 IRA와 양당 인프라 법에 따른 녹색 정책 및 재산업화 추진의 일환입니다.

DOE 대출 절차는 현재 전체 6단계 중 5단계에 이르러 상당히 진전되었습니다. 대출이 승인되면 로체스터 건설이 재개될 것으로 예상됩니다.

출처: Li-Cycle

회사가 직면한 또 다른 역풍은 낮은 원자재 가격으로, 이는 리튬 채굴업자를 포함한 전체 공급망에 영향을 미쳤습니다. 이에 대응해 회사는 인력을 감축하고 가능한 비용을 절감했습니다.

로체스터 허브가 성공한다면, 회사는 알라바마, 애리조나, 독일에 추가로 3개의 3세대 허브(로체스터는 2세대)를 구축할 계획입니다.

출처: Li-Cycle

2. Enviri

이전에는 Harsco로 알려졌던 이 회사는 폐기물 재활용 분야의 거대 기업으로, 산업 및 광산 폐기물, 금속(전체 매출의 40%)에 중점을 두고 있습니다.

The company is split into 3 parts:

• Harsco Environmental: 연간 2천만 톤의 슬래그를 처리하여 아스팔트, 포장 블록, 연마재, 지붕용 슁글 및 비료를 생산합니다.
• Clean Earth: 위험 폐기물 처리에 특화되어 연간 560만 개의 램프, 530만 파운드의 배터리, 5천 톤의 전자제품, 340만 톤의 오염 토양, 7100만 갤런의 폐수를 처리합니다.
• Rail: 철도 유지보수 및 건설 솔루션을 제공합니다.

출처: Enviri

전체적으로 재활용/청소 부문이 사업의 대부분을 차지하며, 총 매출의 62%가 북미에서 발생합니다. Clean Earth는 빠르게 성장하여 2019년 회사 매출의 몇 퍼센트에서 2024년에는 거의 3분의 1에 달하게 되었습니다.

출처: Enviri

회사는 PFAS(과불소화합물), 즉 “영구 화학물질” 처리에서 큰 성장 기회를 보고 있습니다. 이는 점점 더 우려되는 물질이며 보다 나은 처리 방법이 필요합니다. Enviri의 Clean Earth가 다룰 수 있는 PFAS 폐기물 시장은 30억~50억 달러 규모로 성장할 것으로 예상됩니다.

회사는 PFAS를 매립하거나 심층 우물 주입 처리 대신 파괴할 수 있는 추가 방법을 지속적으로 모색하고 있습니다.

우리는 파괴가 장기적인 위험과 부채를 줄이는 우수한 기술이라고 믿습니다.

Elizabeth Peterson – Clean Earth 최고 상업 책임자

점점 더 많은 규제가 PFAS와 같은 미처리 오염 문제를 다루면서, Enviri와 같은 기업이 혜택을 받을 가능성이 높아지고 있습니다. 또한 친환경 강철 및 탄소 음성 아스팔트에서도 기회를 찾을 수 있습니다.

장기적으로 회사는 산업 그룹에서 친환경 경제 기업으로 전환을 마무리하기 위해 철도 자산 매각을 검토하고 있습니다. 그러나 유럽에서의 규제와 매각 시 장기 계약 위협으로 인해 시간이 걸릴 수 있어, 현재 철도 부문의 매각이 일시 중단된 상태입니다.