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[소재탐구] 무한대로 즐기는 금속 재료

  • 가공소재
  • 지속가능
  • 친환경

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2023-12-11

목차

    금속 산업은 산업 분야 중에서도 이산화탄소 배출을 많이 하는 분야 중 하나입니다. 철강과 알루미늄 산업만 해도 글로벌 이산화탄소 배출량의 8%를 차지하고 강철의 원료인 선철 생산용 코크스 용광로는 특히 많은 양의 이산화탄소를 배출하고 있는 사실!

     

    화석 연료를 통한 발전소와 각종 공장 및 자동차의 배기가스는 인류의 삶에 직접적인 영향을 주는 미세 먼지와 함께 세계적인 기후 변화를 초래하고 있습니다. 국내 철강 업계 또한 이러한 관점에서 환경을 헤치는 주범 가운데 하나로 지목되기도 합니다.

     

    전 세계는 지금 2050년까지 기후 중립을 달성하기 위해 노력하고 있는데요, 금속 업계도 해당 트렌드에 부합하는 변화를 꾀하고 있습니다. 이에 업계는 철강산업이 환경오염을 일으킨다는 오명을 벗고 친환경 산업으로의 변화를 진행하고 지속가능한 발전을 준비하는 모습을 보이고 있습니다.

    철강산업과 환경오염

     

     

     

    지속가능한 금속

    지속 가능한 재료의 사용은 오늘날 세계에서 점점 더 중요해지고 있으며, 지속 가능한 개발이란 다중분야 개념으로서(multi discipline concept), 살기 좋은 인간생활시스템을 구축하기 위해 환경적 및 생태적, 사회적 및 환경적 측면이 결합된 개념입니다. 이러한 지속 가능한 개발은 친환경 엔지니어링 재료 개발을 통해 지원 될 수 있습니다.

     

    지구 전체의 금속 원소 자원 매장량은 줄어들지 않고 단순히 위치가 변하거나 다양한 형태로 남아있습니다. 알루미늄과 철은 많은 제품을 만드는 용도로 쓰이며 이러한 제품의 용도가 쓸모가 없게 되면 금속재의 경우 재료 수명이 끝이 나는 것이 아니고 알루미늄과 철은 재활용되거나 다른 제품을 만드는데 재사용될 수 있습니다. 이러한 사이클은 알루미늄과 철을 재활용을 통해 영구적으로 이용 가능한 재료로 남아있게 해줍니다. 결과적으로 알루미늄과 철 제품이 새로운 제품으로 재활용될 때 마다 그 금속의 특성은 유지됩니다. 즉, 이러한 사이클은 금속 고유의 특성에 거의 또는 전혀 변화 없이 무한히 반복될 수 있는 거죠!

     

    철스크랩

    지속 가능 금속: 철 스크랩

    철스크랩이란 철과 스크랩의 합성어로, 여기서 스크랩은 조각, 파편이라는 의미를 갖고 있습니다. 수거된 물건 중 고철과 폐자동차와 같이 재활용이 가능한물건은 가공 및 정제 설비를 거쳐 제강사의 원료로 새롭게 태어나게 됩니다.

     

    쉬운 재활용

    철 스크랩은 열을 가해 녹이면 쉽게 불순물을 걸러낼 수 있습니다. 또한 한 번 사용하고 나면 그 효용을 다하는 타 소재와는 달리, 한 번 사용된 후에도 철은 철 스크랩으로 회수되어 90% 이상 다시 철로 생산될 수 있습니다. 또한 자동차, 선박과 같이 크기나 부피가 거대한 폐기물 뿐만 아니라 건축물 철거시 발생되는 철근, 형강, 우리 주변에서 볼 수 있는 가전 제품 등 모든 폐기물을 해체하여 활용이 가능합니다.

     

    친환경적 측면

    따라서 철광석으로부터 한번 생산된 철 1톤은 생산-소비-회수 재생산의 과정이 40여 차례 순환되어 누적사용량이 10톤을 넘게 된다. 철을 재활용하면 철광석으로부터 직접 철을 제조하는 방법에 비해 이산화탄소는 82%, 질소산화물은 88.9%, 황산화물은 94.7%까지 줄일 수 있기 때문에 지구온난화 문제 등 환경 측면과 제조원가 측면에서도 뛰어나 철 스크랩 수요가 꾸준히 증가하고 있다.

     

    알루미늄

    알루미늄은 가장 널리 재활용되는 재료 중 하나이며 재활용 공정을 통해서 새로운 알루미늄을 생산하는데 비용의 95%나 절약할 수 있습니다. 알루미늄을 용융된 형태로 녹이는 과정은 그 금속의 어떤 특성도 변화시키지 않습니다. 따라서 철과 같이 알루미늄은 무한히 재활용될 수 있습니다.

     

    쉽고 저렴한 재활용

    다른 금속과 비교했을때 산화되기 어렵고 융점이 낮기 때문에 사용이 끝난 알루미늄 제품은 녹여서 간단하게 재활용 할 수 있습니다. 이러한 특성덕분에 건축 자재 뿐만아니라 식품이나 의약품의 포장, 음료캔, 의료기기 및 주방용기 등으로 널리 사용되고 있습니다.

     

    또한 재활용 알루미늄 제품을 만드는 비용은 신제품을 만드는 경우와 비교하면 3%에 불과하지만 질적인 측면에서 신제품과 거의 동등하다는 장점이 있습니다.

     

    무해, 무취

    만약 화학작용으로 인해 금속이 녹거나 화합물을 형성한다고 해도, 중금속과 같이 인체를 해치거나 토양을 손상시키지 않습니다.

     

    변하지 않는 원소

    알루미늄은 초기의 제품 구성요소가 파괴되지 않고 횟수를 거듭해서 재활용 하는 것이 가능하기 때문에 변함없는 가치를 갖는 소재라고 할 수 있습니다.

     

    지속 가능 금속: 알루미늄

     

     

    티타늄 합금바

    Ti6AL4V 티타늄 합금바는 최근 각광받고 있는 친환경 소재입니다. 이 합금은 티타늄, 알루미늄 및 바나듐으로 구성되어 있으며 다양한 응용 분야에서 지속 가능한 선택이 될 수 있는 여러 특성을 가지고 있습니다. Ti6AL4V 합금 막대를 재활용함으로써 제조업체는 천연 자원을 보존하고 새로운 재료를 생산하는 데 필요한 에너지의 양을 줄일 수 있습니다.

     

    내구성

    친환경적인 주요 이유 중 하나는 바로 내구성입니다. 이 합금은 매우 강하고 부식에 강하며 수명이 길고 유지관리를 거의 필요로하지 않습니다. 따라서 마모로 인해 자주 교체해야 할 수 있는 다른 재료와 달리 Ti6AL4V 티타늄 합금 막대는 열화 없이 수백 년 동안 사용할 수 있습니다.

     

    가벼움

    티타늄 합금이 지속 가능한 소재로 사용되는 또다른 이유는 바로 가벼운 특성 때문입니다. 이 합금은 사용 가능한 가장 가벼운 금속 중 하나이므로 더 가볍고 연료 효율적인 제품을 만드는 데 사용할 수 있습니다.

     

    무독성 물질

    독성을 갖고 있지 않은 물질로 환경과 인체 건강에 해롭지 않습니다. 유해한 화학 물질을 토양이나 물로 침출할 수 있는 다른 금속과 달리 Ti6AL4V합금 막대는 환경에 부정적인 영향을 미치지 않습니다. 따라서 식품 가공 장비, 의료기기 등을 포함한 광범위한 응용분야에서 사용하기 아주 이상적입니다.

     

    이렇게 소재들을 재활용을 했을 시 에너지 절약효과가 무려 68.5%나 되며 예시로 알루미늄캔 1개를 재활용했을 경우 60와트 백열전구를 약 27시간 사용할 수 있는 전기를 절약할 수 있습니다. 오늘 다루었던 철스크랩, 알루미늄, 티타늄 합금바 등을 재활용하여 새롭게 만들어진 부품들은 다양한 산업의 소재로 사용되고 수명이 다하면 또 다시 재활용될 것입니다. 한 번 쓰고 버려지는 것이 아닌 여러번 재활용이 가능한 자원으로 높은 경제적 가치를 제공하며 환경보존에 크게 기여하는 순환 경제에 아주 중요한 소재들입니다.

     

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