고철에서 프린트용 금속 분말을 생산한다.

누군가 뒷마당에 토마토를 심을 때, 어떤 미국인은 24,000˚C가 넘는 실험을 하였다. 그리고 금속 폐기물에서 3D 프린팅에 필요한 금속 분말을 생산하는 아이디어를 실현하였다. 이러한 방식으로 21개 이상의 금속을 생산한다.

율리아나 파이퍼(Juliana Pfeiffer): Vogel Communications Group ‘R&D’ 편집 기자

핵심 내용

  • 고철은 원자재가 부족한 상황에서 철강 생산에 없어서는 안 되는 중요한 자원이다.
  • 금속은 용해되고 미세 입자로 분사되는 두 단계를 거쳐 분말로 가공된다.
  • Molyworks가 개발한 이동식 리사이클링 스테이션은 시간과 공간에 관계없이 이 공정을 수행할 수 있다.

대패질을 하면 대팻밥이 떨어진다. 이처럼 무엇을 생산하든 반드시 폐기물이 생기기 마련이고, 금속 가공도 마찬가지이다. 독일은 연간 약 4,200만 톤의 조강을 생산하고 있어, 유럽에서 1위, 세계에서 7위를 차지하고 있다. 독일의 금속 스크랩 비율은 45%이다. 그렇다면 이러한 금속 폐기물들은 어떻게 처리하고 있을까? 원자재 부족으로 인해, 고철은 철강 생산에서 빼놓을 수 없는 것이 되었다.

철강의 재활용은 이미 19세기부터 시작되었다. 이에 대한 결정적인 요인은 Siemens-Martin 고로의 발명으로, 철강 생산에 더 많은 고철을 사용할 수 있게 되었다. 철강은 알루미늄과 마찬가지로 품질 손실 없이 얼마든지 재활용할 수 있으며, 사용하지 않은 고철은 언제든지 다른 제품으로 재생산할 수 있다. 천연자원이 점점 고갈되고 있기 때문에 앞으로는 철강의 재활용이 점점 중요해질 것이다. 독일에서만 매년 약 2천만 톤의 금속 스크랩이 재활용된다. 이는 메일 에펠탑 8개를 세울 수 있는 분량이다.

적층 가공에는 금속 분말이 필요하기 때문에, 금속의 재활용은 적층 가공에서도 매우 중요하다. 적층 가공은 분산 기술이지만, 금속 생산 기반 시설은 중앙 집중화되어 있다. 자체 분말 공장이 있는 업체가 거의 없기 때문에, 금속 분말을 비싸게 수입해야 한다.

이 분야에 미국의 Molyworks라는 회사가 활약하고 있다. 그들은 기후 친화적이고 지속 가능한 방식으로, 금속 폐기물을 금속 분말로 바꾸는 장치인 그레이하운드를 개발하였다. 이 모든 것은 6년 전에 캘리포니아의 클로버데일에서 시작되었다. 크리스 이온타와 그의 파트너는 뒷마당에 있는 컨테이너에서 첫 번째 그레이하운드 시스템을 구축하였다. 이 같은 사실은 그들의 웹사이트에 간략하게 나와있다. 이들의 뒷마당이 아니었다면 24,000˚C가 넘는 실험을 진행하면서 플라즈마를 녹이고 합금을 파괴할 수 있는 장소는 어디에도 없었을 것이다.

NASA를 위해 몰리브덴을 녹이다

Molyworks라는 회사 이름은 몰리브덴 원소에서 따온 것이다. 몰리브덴은 녹는 점이 가장 높은 원소 가운데 하나이다. 몰리브덴은 부식에 매우 강하고, 금속에 유용할 뿐만 아니라, 인체에서 극소량으로 필수 기능을 수행하기도 한다. 몰리브덴은 DNA와 RNA(유전 물질)의 생산에 관여하는 중요한 요소로, 신체에서 지방을 분해하여 에너지를 얻는 효소를 지원한다.

또한 몰리브덴은 합금 제조 공정에서 강도를 높이는 역할을 한다. Molyworks는 NASA의 의뢰를 받고 극초음속 애플리케이션을 위한 Mo-W를 제조하기 위해 몰리브덴을 녹였다. 그렇다면 금속이 어떻게 분말로 가공되는가? 이는 두 단계로 이루어진다. 우선, 금속을 녹인 후 미세 분말로 분사해야 한다. 그레이하운드의 특별한 점은, 이 프로세스를 다른 시스템에 비해 수많은 작은 챔버에서 효율적으로 수행할 수 있다는 점이다. 이 플라즈마 냉간 시스템은 전극과 금속 사이에 강력한 전기 아크를 생성하고, 가스 원자가 아크 경로에서 핵과 전자로 분해되는 고온 플라즈마가 생성된다.

강철은 알루미늄과 마찬가지로 품질 손실 없이 얼마든지 재활용할 수 있다.

이동식 리사이클링 스테이션

컨테이너에 내장되어 있는 그레이하운드는 이동식 용해로와 분말 노즐로 구성되어 있다. 이 이동식 리사이클링 스테이션을 사용하면 적층 가공을 위한 새로운 금속 분말을 현장에서 직접 얻을 수 있다. 이 컨테이너는 시간과 장소를 불문하고 설치할 수 있으며, 위치에 관계없이 쉽게 이동할 수도 있다. Molyworks는 현재 항공 우주 산업의 국내외 고객을 위해 티타늄, 강철, 니켈, 구리 및 알루미늄을 포함하여 최대 21개의 금속을 재활용하거나 생산한다.

NASA는 이 그레이하운드 시스템을 다음과 같이 언급했다. “이와 같은 재료를 생산할 수 있는 회사는 Molyworks 외에 없습니다.” 재활용 금속과 새로 생산된 금속을 비교하면 필요한 에너지양이 훨씬 적다. 재활용된 알루미늄은 에너지를 95% 정도 덜 소비하고 구리는 90%, 강철은 56%를 소비하여, 대기 오염이나 에너지 소비 그리고 수질 오염도 감소시키고 있어, 그레이하운드는 순환 경제를 지원하고 있다.