논문 제목은 "Enhanced mineral carbonation of CO2 in basalt using circulating fluidized bed combustion fly ash"입니다.

본 연구는 순환유동층(CFBC) 발전소에서 발생하는 석탄재를 활용하여 현무암 기반 CO2 광물탄산화(mineral carbonation) 효율을 향상시키는 기술을 제시한 연구입니다. 현무암은 Ca, Mg 등 탄산염을 형성할 수 있는 원소를 풍부하게 포함하고 있어 장기적인 CO2 지중저장에 유망한 지층으로 주목받고 있습니다. 그러나 실제 광물탄산화 과정에서는 반응성 Ca의 용출이 제한적이어서 탄산염 생성 효율이 낮다는 한계가 있습니다. 본 연구에서는 Ca이 풍부한 CFBC 비산재를 외부 칼슘 공급원으로 활용하여 이러한 한계를 극복하고자 하였습니다.

현무암 단독 시스템과 CFBC 비산재를 첨가한 시스템을 비교하기 위해 12일간의 배치 탄산화 실험을 수행하고, XRD, TGA, 및 동위원소 분석을 통해 탄산염 생성 특성을 평가하였습니다. 실험 결과, 현무암 단독 조건에서는 탄산염 생성이 거의 확인되지 않았으나, CFBC 비산재를 첨가한 경우 반응성 Ca의 공급으로 인해 CaCO3 생성이 확인되었으며, 이는 CFBC 비산재가 현무암 광물탄산화에서 효과적인 칼슘 공급원으로 작용하여 CO2의 고정화를 촉진할 수 있음을 보여줍니다.

또한 PHREEQC 기반 지구화학 모델링을 통해 광물탄산화 반응을 지배하는 주요 인자를 분석하였습니다. 모델링 결과, CFBC 비산재의 첨가는 CaCO3 포화지수를 크게 증가시켜 탄산염 생성 가능성을 향상시키는 반면, CO2 압력이 증가할수록 pH 감소와 탄산 종의 변화로 인해 방해석의 안정성이 감소하는 것으로 나타났습니다. 이를 통해 광물탄산화는 단순히 CO2 농도뿐 아니라 Ca 공급과 용액의 지구화학적 조건에 의해 함께 제어된다는 점을 규명하였습니다.

본 연구는 산업 부산물인 CFBC 비산재를 CO2 지중저장 기술과 연계하여 활용할 수 있는 가능성을 제시하였으며, 자원순환과 탄소중립을 동시에 실현할 수 있는 광물탄산화 기술 개발에 기여할 것으로 기대됩니다.

논문 제목은 "Valorization of FePO4 residues generated during spent LiFePO4 recycling for electrochemical lithium recovery from industrial lithium-ion battery leachates"입니다. 본 논문은 폐LiFePO4(LFP) 배터리 재활용 과정에서 저가치 부산물로 발생하는 FePO4 잔류물을 별도의 합성이나 개질 없이 전기화학적 리튬 회수 전극으로 직접 재활용하는 전략을 제시한 연구입니다.

연구에서는 리튬 농도, 전해질 pH, 인가 전류밀도 등 주요 운전 변수가 FePO4 전극의 리튬 회수 성능에 미치는 영향을 체계적으로 평가하였으며, Na+, Ni2+ 등 경쟁 이온 존재 하에서도 FePO4가 우수한 리튬 선택성을 나타냄을 순환전압전류법(CV) 분석을 통해 확인하였습니다. 특히 pH 4.3의 실제 산업체 LIB 침출액에 적용한 결과, FePO4 전극은 3.42 mmol g⁻¹의 리튬 회수 용량과 23.2의 높은 Li+/Mn2+ 선택도, 20사이클에 걸친 안정적인 성능을 보였습니다. 이는 기존 벤치마크 전극인 LiMn2O4(LMO)가 망간 용출로 인해 선택도(10.6)와 안정성이 저하되는 것과 대조적인 결과입니다. XRD 및 SEM-EDS 분석을 통해 FePO4 골격 구조의 안정성과 사이클링 중 철 용출이 없음도 함께 확인하였으며, 이를 바탕으로 FePO4 잔류물이 추가적인 소재 합성이나 리튬 보충 없이도 실용적인 전기화학적 분리 소재로 활용될 수 있음을 제시하였습니다.

이번 협정은 양 기관 간 교육 및 연구 분야의 상호 협력과 우호적인 교류 관계 확대를 위해 추진되었으며, 협정 체결을 기념하여 "Materials, Resources, and Energy: Innovations for the Future"를 주제로 한 제1회 합동 심포지엄이 함께 개최되었습니다.

서울대학교에서는 우리 연구실의 정은혜 교수님(에너지자원공학과 학과장)과 이준범 객원조교수, 그리고 강정신 교수님(RCRC 센터장) 등 센터 관계자 등이 도쿄대학교를 방문하여 이번 행사에 참석했습니다.

심포지엄은 도쿄대학교 IIS 소장(Director General) Hiroshi Toshiyoshi의 개회사를 시작으로, MOU 서명식, 그리고 양 기관 연구자들의 발표로 이어졌습디다. 강정신 교수님은 "Research and Education Activities of the Research Center for Resource Circulation at Seoul National University"라는 제목으로 RCRC의 교육·연구 활동을 소개했으며, 정은혜 교수님은 "Department of Energy Resources Engineering at SNU: Education & Research"라는 제목으로 서울대학교 에너지자원공학과의 교육 및 연구 현황을 소개하는 발표를 진행했습니다.

이 밖에도 SUSMAT 시카조노 나오키(Naoki Shikazono) 센터장의 SUSMAT 소개 및 열 활용 기술의 미래와 과제에 관한 발표, 야기 슌스케(Shunsuke Yagi) SUSMAT 부센터장의 한일 양국 에너지·자원 비교 분석 발표가 이어졌습니다.

이번 MOU 체결과 합동 심포지엄을 계기로, 서울대학교 자원순환융합연구센터와 도쿄대학교 SUSMAT은 자원순환, 소재, 에너지 분야의 공동연구 및 인적 교류를 더욱 확대해 나갈 예정입니다.

정은혜 교수님께서는 "저품위 산화광 대상 니켈원료 제조공정 기술개발" 특별심포지엄에 참석하시어, '저품위 니켈광 및 공정폐기물의 물리화학적 특성 규명과 자원화 가능성 평가'를 주제로 발표하셨습니다. 발표에서는 탄자니아 광산의 니켈 추출 공정에서 발생한 부산물을 대상으로, 유용금속 회수 가능성 및 환경안정성 평가를 위한 분석 결과를 소개하셨습니다.

이채현 박사과정생은 '리튬 이온 배터리 재활용을 위한 전과정 평가(Life Cycle Assessment) 기반 전기화학적 리튬 추출 대안 공정 제시' 를 주제로 발표했습니다. LMO와 LNMO 전극 시스템을 비교한 결과, 두 시스템 모두에서 전극 제조 시 사용되는 NMP 용매가 주요 환경 부담 요인으로 확인되었으며, 관련 공정을 최적화할 경우 탄소 배출을 최대 43%까지 저감할 수 있음을 제시하였습니다.

임정현 박사과정생은 '리튬이온배터리 침출수로부터 리튬의 전기화학적 회수를 위한 FePO₄ 잔사의 활용' 을 주제로 발표했습니다. LFP 재활용 공정에서 발생하는 FePO₄ 잔사를 전극 소재로 활용하여 침출수 내 리튬을 전기화학적으로 회수하는 자원순환형 분리 전략을 제시하였습니다.

이용우 석사과정생은 '폐배터리 침출수로부터 리튬 선택적 회수를 위한 단가 양이온 교환막 기반 전기화학적 LMO/AC 시스템 성능 향상' 을 주제로 발표했습니다. 기존 시스템 대비 리튬 회수량 약 3.6배 증가, Li/Ni 선택도 약 117배 향상, 에너지 소비 약 87% 감소를 달성하였으며, 실제 폐배터리 침출수 조건 및 장기 구동 안정성 평가에서도 우수한 성능을 확인하여 산업적 적용 가능성을 제시하였습니다.

먼저, 춘계 지질과학기술 공동학술대회에서는 임정현 박사과정생이 LFP재활용 과정에서 생성된 FePO4 잔사의 가치화를 통한 리튬이온배터리 침출수 내 리튬의 전기화학적 회수에 대해 발표했습니다. 본 연구는 LFP 재활용 과정에서 발생하는 부산물을 자원으로 재활용하는 순환 전략을 제시하며, 전기화학적 리튬 분리 기술의 환경적·경제적 효율성 향상에 기여하고자 합니다.

이채현 박사과정생은 전과정 평가 Life cycle assessment 기반 전기화학적 리튬 추출 공정 개선에 대해 발표했습니다. LMO와 LNMO 전극 시스템을 비교한 결과, 두 시스템 모두에서 전극 제조 시 사용되는 NMP 용매가 주요 환경 부담 요인으로 확인되었으며, 관련 공정을 최적화할 경우 탄소 배출을 최대 43%까지 저감할 수 있음을 제시하였습니다.

이어 열린 한국자원공학회 춘계학술발표회에서는 이용우 석사과정생이 단가 양이온 교환막 기반 전기화학적 LMO/AC 시스템의 리튬 선택적 회수 성능 향상에 대해 발표했습니다. 기존 시스템 대비 리튬 회수량 약 3.6배 증가, Li/Ni 선택도 약 117배 향상, 에너지 소비 약 87% 감소를 달성하였으며, 실제 폐배터리 침출수를 대상으로 한 실험에서도 공정의 산업적 적용 가능성을 확인하였습니다.

주원정 박사후연구원은 저품위 니켈광 및 공정폐기물의 물리화학적 특성 규명과 자원화 가능성 평가에 대해 발표했습니다. 입도별 XRF·XRD 분석 결과, 미세입자 구간에서는 Fe–S–Ni 계열 황화광물이, 조입자 구간에서는 Mg–Si 계열 맥석 광물이 선택적으로 농축되는 것으로 확인되었습니다. 왕수 침출 및 연속추출 분석을 통해 유용금속 분포와 존재 형태를 규명하고, KSLT·TCLP 용출시험을 통해 주요 중금속 용출량이 국내외 기준 이내임을 확인하여 공정폐기물의 자원화 가능성을 제시하였습니다.

이번 학회 참가를 통해 우리 연구실은 자원순환 및 환경지구화학 분야의 최신 연구 동향을 공유하고, 다양한 기술의 산업적 가능성을 모색하는 뜻깊은 기회를 가졌습니다. 앞으로도 지속가능한 자원 활용을 위한 연구를 이어갈 예정입니다.

이민경 박사과정생은 “Electrochemical recovery of lithium using prussian blue analogue electrodes: comparative performance and techno-economic analysis with LMO”를 주제로 구두 발표를 진행했습니다. 본 연구는 기존 LMO 전극의 한계를 보완할 수 있는 PBA 전극의 적용 가능성을 평가하고, 전기화학적 성능과 경제성을 함께 분석한 내용을 다뤘습니다. 이민경 박사과정생은 이번 발표에 대해 ACS로부터 Certificate of Presentation을 수여받는 영예를 안았습니다.

이용우 석사과정생은 “Enhancing lithium recovery selectivity in an electrochemical LMO/AC system using a monovalent cation-selective exchange membrane”를 주제로 포스터 발표를 진행했습니다. 본 연구는 단가 양이온  교환막을 도입하여 기존 LMO/AC 시스템의 리튬 회수 성능과 에너지 효율을 향상시키는 방안을 제시했습니다.

이번 학회 참가를 통해 우리 연구실은 에너지 및 자원 회수 분야의 최신 연구를 소개하고, 국제 학술 교류를 확대하는 뜻깊은 시간을 가졌습니다.