中 과학자, 살아있는 식물서 희토류 광물 첫 회수…"녹색 채굴 혁명"

중국이 주도하는 과학자 팀이 고사리에서 희토류 원소를 함유한 자연적으로 형성된 광물을 발견했다고 밝혔는데, 이는 고부가가치 희토류를 추출하기 위한 "녹색 원형 모델"을 제공하는 세계 최초의 사례라고 12일(현지시각) 사우스차이나모닝포스트(SCMP)가 보도했다.

연구원들은 살아있는 식물에서 나노 규모의 모나자이트가 발견된 것이 "기능성 희토류 원소 물질의 직접 회수에 대한 새로운 가능성을 열어준다"고 말했다.

그들은 "우리가 아는 한, 이것은 희토류 원소가 과축적기 내에서 광물상으로 결정화되는 가장 초기에 보고된 발생입니다"라고 말했다.

연구팀은 이번 달 동료 심사 저널인 환경과학기술(Environmental Science &Technology)에 "이 연구는 식물 채굴의 타당성을 입증하고 지속 가능한 희토류 원소 자원 개발을 위한 혁신적인 식물 기반 접근 방식을 소개한다"라고 썼다.
중국 과학원 산하 광저우 지구화학 연구소의 연구원들은 이 연구를 위해 미국 버지니아 공대 지구과학과의 지구 과학자와 협력했다.

식물 채굴은 토양에서 금속을 추출하기 위해 소위 과축적 식물을 사용하는 친환경 방법이다. 연구팀은 아직 개발되지 않은 전략이 지속 가능한 희토류 공급의 잠재력을 제공했다고 말했다.

논문에서 과학자들은 과축적기를 주변 토양보다 수백 배에서 수천 배 더 높은 수준으로 조직에 중금속이나 준금속을 농축할 수 있는 식물로 설명했다.

그들은 "이 놀라운 능력을 활용하는 식물 채굴에는 금속이 풍부한 토양에서 이러한 식물을 재배하고 수확된 바이오매스에서 대상 금속을 회수하는 것이 포함된다. 이 전략은 기존 채굴에 대한 의존도를 줄이는 동시에 관련 환경 및 지정학적 위험을 완화한다"라고 말했다.

모나자이트는 세륨, 란탄, 네오디뮴을 포함한 희토류 원소가 풍부한 인산염 광물이다.
모나자이트는 일반적으로 섭씨 수백 도의 고압과 온도에서 형성되지만 식물은 주변 지구 표면 조건에서 광물화에 대한 대안을 제시했다고 과학자들은 말했다.

이 광물은 녹는점이 높고 광학 방사율이 우수하며 용융 유리 및 방사선 손상으로 인한 부식에 대한 탁월한 저항성을 가지고 있다.

팀에 따르면 뛰어난 기계적, 물리적, 열적 특성으로 인해 코팅 및 확산 장벽, 발광단, 레이저 및 발광체, 이온 도체 및 방사성 폐기물 관리를 위한 매트릭스 같은 응용 분야에 매우 적합하다.

이 연구에서 연구원들은 알려진 희토류 과축적기인 블렉넘 오리엔탈레라는 상록수 양치류와 이를 둘러싼 토양의 식물 샘플을 수집했다.

샘플은 중국 남부 도시 광저우의 희토류 매장지에서 채취되어 운송됐다.

연구팀의 분석 결과 희토류 원소가 귓바퀴에 집중돼 있었고 그 뒤를 이어 뿌리 시스템과 잎 줄기가 집중돼 있는 것으로 나타났다. 논문에 따르면 미네랄은 식물이 비영양 성분이 세포에 들어가는 것을 방지하고 해독하기 위해 주변 조건에서 세포외 조직 내에서 결정화된다.

연구원들은 모나자이트 형성이 규산염이나 인산염 같은 음이온이 포함된 수용액에 금속염 종자를 떨어뜨릴 때 형성되는 식물과 같은 구조를 특징으로 하는 화학 정원과 유사한 과정을 통해 발생했다고 말했다.

광저우 지구화학 연구소는 이 연구가 "희토류 자원의 지속 가능한 사용을 위한 새로운 길"을 제공한다고 말했다.

또한 "하이퍼어큐뮬레이터 플랜트를 심으면 오염된 토양을 정화하고 희토류 광미의 생태계를 복원하는 동시에 공장에서 고부가가치 희토류를 회수할 수 있어 '정화와 재활용을 동시에 하는 녹색 순환 모델'을 실현할 수 있다"고 밝혔다.

살아있는 식물에서 희토류 광물 회수는 세계 최초다. 전통적 채굴 방식과 완전히 다른 혁신적 접근이다.

식물 채굴은 환경친화적 대안이다. 토양 오염을 정화하면서 동시에 고부가가치 광물을 회수할 수 있다.

과축적 식물의 능력은 놀랍다. 주변 토양보다 수백 배에서 수천 배 높은 수준으로 중금속을 농축할 수 있다.

모나자이트의 다양한 응용 가능성이 주목받는다. 코팅, 레이저, 방사성 폐기물 관리 등 첨단 산업에 활용될 수 있다.

광저우 희토류 매장지 실험은 실용성을 입증했다. 실제 희토류 오염 지역에서 식물이 광물을 농축할 수 있음을 확인했다.

"정화와 재활용 동시" 모델은 획기적이다. 환경 복원과 자원 회수를 한번에 달성하는 지속 가능한 순환 시스템이다.

중국의 이번 발견은 희토류 공급망 다각화 경쟁에서 새로운 차원을 열었다. 미국이 전통적 광산 개발로 중국 의존도를 낮추려는 가운데, 중국은 식물 기반 채굴이라는 완전히 새로운 방법을 제시했다.


신민철 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com