Outokumpu와 MIT, 핵심 금속 추출 혁신을 위한 EvoMaterials 플랫폼 개발

1세기 이상 동안 산업용 야금학은 광석에서 금속을 분리하기 위해 동일한 근본적 화학 원리에 의존해 왔다. 제어 시스템이 고도화되고 산업용 제련 연산 규모가 확장되었음에도 불구하고, 근본적인 분리 방식은 여전히 막대한 에너지와 탄소를 소비한다.

이러한 기존 과제를 해결하기 위해 지속 가능한 스테인리스 스틸 제조업체인 Outokumpu는 원광석 및 산업 폐기물에서 핵심 금속을 추출하는 방식을 전면 개편하도록 설계된 독자 기술 플랫폼 EvoMaterials를 공개했다.

추출을 위한 새로운 화학적 경로

EvoMaterials는 페로크롬(ferrochrome) 생산 과정에서 탄소 배출을 줄이기 위한 황화(sulfidation) 기반 처리 기술 연구에서 시작됐다. 이미 세계 산업 평균보다 탄소 발자국이 67% 낮은 페로크롬을 생산하고 있는 Outokumpu는 2021년 미국에서 유럽연합(EU) 내 유일하게 가동 중인 크롬 광산인 핀란드 Kemi 광산의 크롬철광을 활용해 이 기술의 개발을 시작했다.

Massachusetts Institute of Technology (MIT)와의 비독점 특허 라이선스 계약을 바탕으로 개발된 이 플랫폼은 전통적인 고탄소 배출 제련 방식에서 벗어난다. 실험실 시험 결과, 대안적인 화학 환경을 조성함으로써 금속 원소를 더욱 효율적으로 분리할 수 있으며, 불필요한 부산물을 최소화하고 한때 폐기물로 간주되었던 저위도 자원 및 산업 부산물에서 고부가가치 금속을 회수할 수 있는 것으로 나타났다.

MIT의 야금학 교수인 Antoine Allanore는 "이 기술은 물질에서 금속 원소를 분리하기 위한 새로운 응용 방식"이라며, "기존 기술에 비해 색다른 화학적 환경을 조성하면 손실을 줄이고 탄소 배출량을 낮추면서 금속을 추출할 수 있다"고 설명했다.

다학제적 과학 및 첨단 모델링

이 플랫폼은 화학, 재료과학, 물리학, 계산 모델링, 공학이 융합된 결실이다. 연구진은 첨단 시뮬레이션 도구와 인공지능(AI)을 활용해 실제 실험을 통한 검증 이전에 유망한 화학적 경로를 평가하고 발굴하고 있다.

Outokumpu의 추출 야금 부문 기술 이사인 Caspar Stinn은 "우리는 기존의 제약에서 벗어나 오늘날 우리가 보유한 과학 공학적 지식과 지혜를 활용해 금속을 추출하는 가장 좋은 방법이 무엇인지 근본적으로 짚어보기로 결정했다"고 설명했다. Stinn은 MIT에서 저탄소 금속 처리 및 재활용 연구로 박사 학위를 취득했다. 그는 "오늘날의 과학은 과거보다 훨씬 더 다학제적이며, 여러 학문 간의 협업을 통해 새로운 과학적 기회가 열리고 있다"고 덧붙였다.

전략 기술을 위한 공급망 확보

항공우주, 발전, 방산, 에너지 인프라, 데이터센터 등 고온 환경 애플리케이션의 확대로 핵심 소재에 대한 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 그러나 서방 국가들은 이러한 전략 원소의 자체 가공 역량 감소라는 문제에 동시에 직면해 있다.

EvoMaterials는 단일 목적 해결책에 그치지 않고 범용 기술 플랫폼으로 구현됐다. Allanore 교수는 특정 소재 시스템에서 근본적인 화학적 분리 경로를 완벽히 파악하면 니켈이나 몰리브덴과 같이 공급망 제약에 직면한 다른 전략 금속에도 이 핵심 원리를 적용할 수 있다고 지적했다.

2030년을 향한 상용화 로드맵

Outokumpu는 현재 EvoMaterials의 파일럿 규모 검증 단계로 나아가고 있다. 회사는 2027년 상반기 New Hampshire에 파일럿 시설을 개설할 계획이다.

New Hampshire 공장은 독자 공정을 연구실 환경에서 1톤 규모의 생산 배치로 확대 적용할 예정이다. 파일럿 테스트가 성공하면 Outokumpu는 2030년까지 완전한 산업적 규모의 상용화를 목표로 하고 있으며, 이를 통해 저탄소·고크롬 페로크롬 및 순수 크롬 금속을 공급함과 동시에 핵심 소재 처리를 위한 재사용 가능한 프레임워크를 구축한다는 계획이다.