Research Theme II: Ion Selective Membrane - Circular Economy Technology for Energy-Critical Elements
Research Keywords: Electrochemical Separation, Membrane, Lithium, Rare Earth Elements
- 막의 전도성 부여 및 금속 선택도 향상을 위한 이온 분리 막의 표면 개질 연구
- 리튬 함유 자원으로부터 리튬 회수에 응용하기위한 리튬 분리막 개발
- 나노 물질을 활용한 전도성 이온 분리막 개발
- 산업 부산물 내 희유 금속(희토류) 회수를 위한 이온 분리막 기반 희유 금속 분리 및 농축 시스템 연구
온실가스 배출을 최소화할 수 있는 청정에너지 기술(Clean Energy Technology)은 지속가능한 에너지 생산 및 활용을 위해 다양한 금속 자원을 이용한다. 국제에너지협약기구(IEA)는 2050년 탄소중립 달성을 위한 기술(태양광 발전, 풍력 발전, 전기차, 전력망 등) 확대로 현재 대비 약 4배 이상의 금속 자원이 필요할 것으로 전망하였다. 이 중, 미래 에너지 기술에 필수로 사용되는 에너지 핵심 원소(Energy-Critical Elements; 리튬, 코발트, 희토류 등)는 급증하는 수요량 대비 제한된 매장 및 공급량으로 근미래 심각한 공급망 위기가 예상된다. 이에, 탄소중립 사회로의 전환 및 에너지 핵심 원소 공급망 문제 해결을 위해 비전통적 원광(저농도 원광, 염호, 산업부산물, 폐배터리 등)으로부터의 자원 회수 필요성이 부상하고 있다.
비전통적 원광은 일반적으로 기존 원광 대비 핵심 원소가 저농도로 포함되며, 복잡한 원소계 특성으로 금속 회수에 더 많은 용매 및 에너지가 필요한 것으로 간주된다. 그러나, 자원회수 기술 또한 탄소중립 기조 하에 온실 가스 배출을 최소화하는 방향으로 전환됨에 따라, 효율적인 차세대 금속분리 기술이 필요한 실정이다.
탄소에너지시스템 연구실에서는 비전통적 원광으로부터 핵심 원소를 효과적으로 회수하기 위한 전기화학적 금속 분리 기술 및 원소의 전기적·물리적·화학적 특성을 복합적으로 사용할 수 있는 차세대 멤브레인 소재 연구를 진행중이다. 미래 주요 에너지원인 전기에너지를 자원 회수 및 금속 분리에 직접 활용하기 위해 이온전도도·금속 선택도·안정성이 높은 멤브레인을 합성하고, 실제 비전통적 원광에 멤브레인을 이용한 핵심금속 분리기술이 개발중이다. 세부적으로, (i) 리튬 염호 내 리튬 분리 및 농축을 위한 멤브레인, (ii) 표면 개질 및 도난효과(Donnan Effect)를 이용한 금속 선택도 향상, (iii) 나노입자를 이용한 리튬 선택적 멤브레인, (iv) 산업부산물 내 희유금속(희토류, 망간 등) 분리 멤브레인 연구가 수행되고 있다. 위 연구를 통해 리튬 염호, 산업부산물, 폐배터리 등으로부터 에너지 핵심 원소를 효과적으로 분리 및 농축하여 자원 순환경제 기반 기술을 개발하고자 한다.
