연구원들은 재활용 가능하고 치료 가능한 전자 제품을 개발했습니다.

업그레이드와 고장으로 인해 휴대전화, 태블릿, 노트북, 가전제품 등 수많은 전자제품이 쓰레기통에 버려지고 있으며, 이로 인해 전자폐기물이라는 이름이 붙었습니다.

유엔이 발표한 2024년 보고서에 따르면, 전 세계 전자 폐기물의 양은 지난 12년 동안 340억 킬로그램에서 620억 킬로그램으로 거의 두 배나 늘어났습니다. 이는 운송 트럭 155만 대에 해당하며, 2030년까지는 820억 킬로그램에 달할 것으로 추산됩니다. 재활용될 양은 전체의 약 20%인 138억 킬로그램에 불과할 것으로 예상되며, 이 수치는 변동이 없을 것으로 전망됩니다.

간단히 말해서, 우리는 점점 더 많은 전자 제품을 버리고 있지만 재활용은 그에 미치지 못하고 있습니다. 하지만 버지니아 공대(Virginia Tech)의 두 연구팀이 Advanced Materials 에 발표한 새로운 연구는 전자 폐기물 문제에 대한 잠재적 해결책을 제시합니다. 바로 전자 제품의 분해 및 재사용을 용이하게 하는 재활용 소재입니다.

화학과 공학에는 답이 있다

기계공학과 부교수인 마이클 바틀릿과 화학과 조교수인 조쉬 워치는 서로 다른 분야 출신이지만, 함께 새로운 종류의 회로 소재를 개발했습니다. 동해 호, 멩 지앙, 라비 투티카를 포함한 박사후 연구원 및 대학원생 연구팀의 중요한 연구 덕분에, 이 새로운 회로는 재활용 가능하고 전기 전도성이 뛰어나며, 재구성이 가능하고 손상 후 자가 복구가 가능합니다. 하지만 기존 회로 기판 플라스틱의 강도와 내구성은 그대로 유지하는데, 이는 단일 소재에서 보기 드문 특징입니다.

새로운 소재는 재형성 및 재활용이 가능한 동적 폴리머인 비트리머(vitrimer)로 시작됩니다. 이 다재다능한 소재는 액체 금속 방울과 결합되어 전류를 전달하는 역할을 하는데, 이는 기존 회로에서 단단한 금속이 하는 일과 같습니다.

이는 다른 재활용 가능하거나 유연한 전자 장치와는 근본적으로 다른 접근 방식입니다. 고성능의 적응형 폴리머와 전기 전도성 액체 금속을 결합함으로써, 이 새로운 회로는 수많은 도전 과제를 성공적으로 해결합니다.

"저희 소재는 기존의 전자 복합 소재와는 다릅니다."라고 바틀릿은 말했다. "회로 기판은 놀라울 정도로 탄력적이고 기능적입니다. 기계적 변형이나 손상에도 여전히 작동합니다."

두 번째 삶

기존 회로 기판을 재활용하려면 여러 단계의 에너지 집약적인 분해 과정을 거쳐야 하며, 이 과정에서도 막대한 양의 폐기물이 발생합니다. 이 과정에서 수십억 달러 상당의 귀중한 금속 부품이 손실됩니다.

팀의 회로 기판을 재활용하는 것은 간단하며 여러 가지 방법으로 달성할 수 있습니다.

"기존 회로 기판은 재활용이 매우 어려운 영구 열경화성 수지로 만들어집니다."라고 워치는 말했습니다. "이 동적 복합 소재는 열을 가하면 손상될 수 있지만, 이를 복구하거나 재형성할 수 있으며 전기적 성능에는 전혀 영향을 미치지 않습니다. 하지만 최신 회로 기판은 이러한 작업을 전혀 수행할 수 없습니다."

비트리머 회로 기판은 수명이 다한 후 알칼리 가수분해를 통해 분해될 수 있으며, 이를 통해 액체 금속 및 LED와 같은 핵심 구성 요소를 회수할 수 있습니다. 전도성 복합재의 모든 구성 요소를 폐쇄 루프 공정으로 완전히 재사용하는 것은 향후 연구의 목표로 남아 있습니다.

전 세계 소비자가 버리는 전자제품의 양을 줄이는 것은 불가능할지라도, 이 작업은 더 많은 전자제품이 매립지로 가는 것을 막기 위한 중요한 단계입니다.

이 연구는 버지니아 공대의 중요기술 및 응용과학 연구소와 Bartlett's National Science Foundation의 신입 교수 경력 개발(CAREER) 상을 통해 지원되었습니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/06/250602190434.htm