신비한 우주 금속이 희토류 위기를 해결할 수 있다

희토류 금속은 풍력 터빈, 첨단 가전제품, 전기 자동차와 같은 재생 가능한 인프라에 사용되는 고성능 자석을 제공하므로 "녹색 혁명"의 중심 무대를 차지할 것입니다. 그러나 이러한 인기 있는 자료를 손에 넣는 것이 항상 쉬운 것은 아닙니다. 다행히도 일반적으로 우주에서 조리되는 신비한 금속 형태의 해결책이 있을 수 있습니다.

이름에도 불구하고 희토류 금속은 아주 희귀하지는 않지만 상대적으로 낮은 농도로 지각 전체에 흩어져 있습니다. 따라서 채굴은 까다로울 수 있으며 자체적인 환경 위험을 수반할 수 있습니다.

현재 중국은 2017년 전 세계 희토류 공급량의 약 81%를 차지하며 시장을 장악하고 있습니다. 중국은 이미 미국과의 지정학적 긴장에 대응하여 희토류 금속 수출 금지 가능성을 검토하고 있으며, 이는 희토류 공급의 미래를 의미합니다. 일부 지역에서는 불확실합니다.

미국과 세계의 다른 지역은 경쟁을 원하고 있습니다. 예를 들어, 캘리포니아에는 미국 유일의 희토류 채굴 및 처리 시설인 Mountain Pass 광산이 있습니다. 그럼에도 불구하고 대체 옵션에 대한 관심이 높아지고 있습니다.

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“희토류 매장지는 다른 곳에도 존재하지만 채굴 작업은 매우 파괴적입니다. 소량의 희토류를 얻으려면 엄청난 양의 물질을 추출해야 합니다. 환경에 미치는 영향과 중국에 대한 과도한 의존 사이에서 희토류를 필요로 하지 않는 대체 재료에 대한 시급한 연구가 있었습니다.” 케임브리지 대학교 재료과학과 야금학과의 Lindsay Greer 교수가 2022년 10월 성명에서 말했습니다.

2022년에 Greer 교수와 그녀의 팀은 희토류 금속에서 발견되는 많은 자기 특성을 포함하는 철-니켈 합금인 테트라타에나이트(tetrataenite)라는 가능한 답을 우연히 발견했습니다.

최근까지 이 우주 광물을 활용하는 데에는 큰 장애물이 있었습니다. 테트라타에나이트는 우주에서 떨어진 운석에서 발견됩니다. 그 특성은 운석이 천천히 냉각되면서 수백만 년에 걸쳐 형성되는 원자 구조에 기인합니다. 정확히 말하면 하루를 절약할 수 있는 빠르고 쉬운 광물은 아닙니다.

1960년대 과학자들은 철-니켈 합금에 중성자를 폭발시켜 인공적인 테트라타에나이트를 만들 수 있었지만 이 기술은 복잡하고 비용이 많이 들며 대량 생산에는 적합하지 않습니다.

그러다가 2022년 돌파구가 생겼다. Greer 교수가 이끄는 캠브리지 대학의 과학자들은 테트라타에나이트를 대량 생산하는 매우 간단한 방법을 발견했습니다.

그들은 철-니켈 합금을 연구하던 중 운석에서도 발견되는 원소인 인이 철과 니켈 원자가 더 빠르게 움직이는 데 도움이 된다는 사실을 발견했습니다. 이를 통해 원자는 수백만 년을 기다리지 않고 복잡하고 질서 있는 스택으로 형성될 수 있습니다. 그들의 연구에 따르면 철, 니켈 및 인의 올바른 조합은 테트라타에나이트 형성을 11~15배 증가시키는 것으로 나타났습니다.

Greer는 "매우 놀라운 점은 특별한 처리가 필요하지 않았다는 것입니다. 합금을 녹여서 틀에 부으면 테트라타에나이트가 만들어졌다"고 Greer는 말했습니다. “이전 분야의 견해는 극단적인 조치를 취하지 않는 한 테트라타에나이트를 얻을 수 없다는 것이었습니다. 그렇지 않으면 그것이 형성되기까지 수백만 년을 기다려야 하기 때문입니다. 이번 결과는 이 소재에 대한 우리의 생각이 완전히 바뀌었음을 의미합니다.”

이 공정을 사용하여 재생 가능한 인프라 개발에 필요한 것과 동일한 자기 특성을 지닌 테트라타에나이트를 만들 수 있는지에 대한 의문이 여전히 남아 있습니다. 그러나 이러한 우연한 발견은 솔루션이 갑자기 갑자기 발생할 수 있음을 시사합니다.

[H/T: 인기 역학]