배터리·반도체 원료 확보전… 독성 폐기물서 비소 추출 성공

독성 폐기물을 반도체 핵심 원료로 바꾸는 자원 선순환 기술이 등장했다. 식수 오염 주범인 비소 슬러지를 고순도 소재로 전환해 환경 비용을 줄이고 글로벌 공급망 리스크도 함께 낮출 수 있다는 점에서 주목받는다.

인터레스팅엔지니어링(IE)이 지난 7월 10일(현지시각) 보도한 내용을 보면 글로벌 연구진은 비소 오염수를 정화하고 남은 찌꺼기인 슬러지에서 청정 나노 입자를 뽑아내는 2단계 화학 공정 기술을 개발했다.

세계보건기구(WHO)가 조사한 결과 전 세계에서 안전 기준을 넘는 비소 오염수를 마시는 인구는 2억 명에 이른다. 미국 화학회(ACS) 학술지가 발표한 논문에 따르면 이번 기술은 오염 정수 부산물을 고순도 반도체 원료로 전환하는 도시광산 기술이다.

이번에 개발된 신기술의 핵심은 철 성분에 결합해 있던 비소를 화학 반응으로 선택적 분리하는 공정이다. 연구진은 1단계로 산화철 입자에 붙은 비소 슬러지를 특수 용액으로 녹여 비소 성분만 분리해 냈다. 이어 2단계 공정에서 환원제를 투입해 고순도의 금속 비소 나노 입자를 침전시키는 데 성공했다.

최종 결과물은 불순물이 없는 순수 금속 비소 나노 입자 형태를 띤다. 다만 이 입자를 반도체 전공정에 실제 쓰려면 갈륨 등과 결합해 갈륨비소(GaAs) 같은 화합물 형태로 전환하는 추가 정제 공정을 거쳐야 한다. 연구진은 기존 광산 채굴 원료를 고순도로 정제하는 공정과 비교해 생산 비용을 최대 30% 이상 절감할 수 있다고 추정했다.


반도체와 첨단 산업이 커지면서 특수 금속 수요는 날마다 늘어난다. 비소 화합물은 무선 통신용 반도체 웨이퍼와 우주선용 고효율 태양전지에 들어가는 핵심 원료다. 현재 고순도 금속 비소는 글로벌 공급망의 70% 이상을 중국이 장악하고 있다. 중국이 갈륨과 게르마늄에 이어 비소 화합물까지 통제할 가능성이 제기되면서 미국과 유럽은 자원 확보 전략에 고심해 왔다.

정수 처리장 처지에서 비소 슬러지는 막대한 비용을 들여 매립해야 하는 골칫거리다. 환경 규제가 엄격해지면서 처리 비용 부담은 갈수록 커졌다. 이번 기술은 폐기물 처리 비용을 줄이는 동시에 고부가 가치 원료를 확보해 중국 의존도를 낮출 돌파구로 평가받는다.

앞으로 과제는 실험실 수준 신기술을 대량 생산 체제로 전환하는 일이다. 정수장에서 나오는 슬러지 성분과 비소 함량 범위가 지역마다 달라 균일한 품질로 비소를 추출하는 공정 표준화가 필요하다. 분말 형태의 나노 입자를 취급할 때 발생하는 안전성과 각국 환경 당국의 엄격한 환경 인증 규제도 넘어야 할 벽이다.

글로벌 공급망 전문가들은 청정 자원 추출 기술이 안착한다면 자원 무기화에 대응할 강력한 카드가 될 수 있다고 본다. 다만 전 세계 정수 슬러지 발생량으로 볼 때 전체 반도체 수요를 모두 충당하기는 어려워 보완 수급원 체제에 머물 것이라는 관측도 나온다. 환경 오염원을 고부가 자원으로 바꾸는 기술 혁신이 반도체 공급망 지형을 바꿀지 주목된다.


김주원 글로벌이코노믹 기자 park@g-enews.com