(왼쪽부터)국립창원대 정해성 교수, 김성령 학생.(사진=국립창원대 제공)

국립창원대학교는 스마트그린공학부 화학공학전공 정해성 교수 연구팀이 미생물(Shewanella putrefaciens)의 혐기성 호흡을 통한 폐리튬이온전지 양극재의 환원적 용해(Reductive dissolution of NCM cathode through anaerobic respiration by Shewanella putrefaciens)에 대한 연구결과를 환경과학 분야 최고 권위지인 ‘Environmental Science & Technology(IF: 10.8, JCR%: 5.0% (18/358) in Environmental Sciences)’에 게재했다고 8일 밝혔다.

해당 연구는 빠르게 성장하고 있는 전기차 폐리튬이온전지 재활용 산업과 관련해 미생물의 호흡과정을 이용해 친환경적으로 폐양극재를 분해할 수 있는 방법을 규명했다.

기존의 리튬이온전지 폐양극재 금속 추출 연구는 과도한 에너지 소비와 심각한 환경오염을 초래하는 한계를 보였으나 이 연구에서는 환경조건에서 미생물이 삼원계 NCM622 폐양극재를 이용해 호흡하고 양극재의 리튬, 니켈, 코발트, 망간을 친환경적으로 이온상태로 추출시킬 수 있음을 처음으로 규명했다. 또한 매립 등 폐리튬이온전지의 부적절한 처리에 의해 자연환경으로 유출되는 폐양극재가 자연환경 어디에서나 살아가고 있는 미생물과 반응해 중금속 오염이 일어날 수 있는 정성적·정량적 환경적 영향에 대해 최초로 밝혔다.

연구팀은 실질적인 연구결과를 도출하기 위해 미생물을 배양한 후 삼원계 NCM622양극재와 접촉시켰으며 반응 진행에 따른 다양한 분석 기술을 적용해 양극재가 미생물과의 접촉 후 시간이 지남에 따라 점진적으로 용해되는 현상을 확인했다. 더 나아가 연구팀은 혐기성 환경에서 미생물의 호흡 과정 중 전자가 금속으로 전달됨에 따라 금속이 환원되는 현상이 일어나면서 금속의 용해가 촉진된다는 원천기술 메커니즘을 제시했다.

국립창원대 정해성 교수는 “이 연구결과는 세계최초로 미생물의 호흡에 의해 폐리튬이온전지의 양극재가 환원되고 용해될 수 있다는 것을 규명했으며 규명한 원천 반응 메커니즘을 토대로 지속 가능한 에너지자원회수방법 및 환경오염 예측모델 개발 등 다양한 파생 기술 개발들이 기대된다”고 설명했다.

해당 연구는 제1저자로 참여한 국립창원대 이차전지화학공학과정 석사연구생 김성령 학생이 학부 4학년 2학기 때부터 꾸준히 연구를 수행해 얻어낸 결과이며 이를 통해 석사과정 2년 차에 환경과학분야 최고 권위를 가지는 학회지에 논문을 게재하는 우수한 결과를 이뤄냈다. 또한 김성령 학생은 이 연구 과정에서 지난 2023년 공학연구팀제(한국여성과학기술인육성재단 WISET)가 수여하는 ‘최우수상 (이사장상)’을 수상했으며 2023년 가을 ACS (미국화학회) 및 2023년 봄·가을 한국화학공학회(KIChE)에서 구두 발표, 2023년 추계 자원리싸이클링학회에서 포스터 발표를 진행했다.

해당 연구는 국립창원대 정해성 교수 연구실, 이경 교수 연구실, 손영욱 교수 연구실, 미국 예일대학교(Yale University), 한국지질자원연구원, 한국생산기술연구원과의 공동연구를 통해서 이뤄졌으며 과학기술정보통신부 기초연구사업 기본연구, 수소특성화대학원사업, 지역혁신플랫폼사업의 지원을 받아 수행됐다.