[연재]메탈버스(metalverse)…재미있는 금속 이야기_팔라듐②

[연재]메탈버스(metalverse)…재미있는 금속 이야기_팔라듐②

  • 비철금속
  • 승인 2022.03.30 08:36
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기자명 방정환 기자 jhbang@snmnews.com
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팔라듐의 탁월한 탄소 정화능력

‘메탈버스(metalverse)’는 메탈(metal)과 세계관을 의미하는 유니버스(universe)의 합성어로, 과거부터 지금까지, 앞으로도 이어질 금속시대를 쉽게 살펴볼 수 있도록 구성한 연재물의 제목이다.    

메탈버스 연재시리즈는 국내 최대의 비철금속 제조업체인 LS니꼬동제련의 콘텐츠 지원을 받아 만들어지고 있으며, 이번에 소개하는 내용은 ‘아이언맨의 심장, 팔라듐‘에 대한 두 번째 이야기이다.

■ 車 배기가스 정화 촉매…1g으로 나무 28그루 효과    

팔라듐은 전이금속(transition metal)에 속하는 은백색의 희유원소로 백금족 원소에 속한다. 백금과 화학적 성질이 유사하며, 구리나 니켈 광석에서 추출된다. 백금, 로듐, 루테늄, 이리듐, 오스뮴 등과 함께 백금족 원소들을 이루는데 이들 중 팔라듐은 녹는점과 밀도가 가장 낮다.    

현대에서 팔라듐이 가장 많이 사용되는 곳은 휘발유 자동차의 배기가스 정화장치 산화촉매이다. 팔라듐은 휘발유 연소 시 발생하는 이산화탄소 및 일산화탄소와 미연소 탄화수소를 탄산가스와 물로 변화시킨다. 이러한 특성으로 인해 차량의 촉매 변환 장치에도 들어가며, 주행 시 1km 당 4~108나노그램(ng) 정도의 팔라듐 입자가 배출된다. 불완전하게 연소되어 냄새가 독하고 유해했던 기존의 배기가스를, 혁명적으로 정화해 주는 귀중한 금속인 셈이다.    

실제로 팔라듐 1g은 중형차 1대가 약 2만4,000㎞를 주행할 때 발생하는 이산화탄소를 감소시켜 약 28그루 나무에 해당하는 탄소정화 역할을 한다. 2,000cc급 승용차 1대에 들어가는 팔라듐은 약 3g으로, 10년 이상 사용되고 폐차 후에도 약 0.4g이 회수되기 때문에 자원순환성도 양호하다.    

또한 정유시설에서 석유에 함유된 황(S) 성분을 거르는 탈황촉매로 사용되며 황이 제거된 휘발유와 디젤유는 연소 시에 아황산가스 같은 유해가스 발생량이 감소되기 때문에 화석연료 사용에 있어 반드시 필요한 금속소재이다.     

인체에 유해하지 않기 때문에 치과 소재로 사용될 때에는 은니에 20% 이상의 팔라듐이 함유되어 있다. 또한 백금과 외관이 비슷하면서도 과거에는 가격이 1/3가량 저렴했기 때문에 액세서리 소재로도 많이 사용된다. 하지만 전 세계 팔라듐 매장량의 거의 절반을 차지하는 러시아가 우크라이나와 충돌하면서 팔라듐 가격이 치솟고 있다. 앞서 2020년에도 세계 2위 팔라듐 생산국인 남아프리카공화국에서 전력 문제로 생산이 줄어들면서 가격이 급등한 바 있다.    

팔라듐은 수소경제 시대에 주목받는 금속이기도 하다. 금속 팔라듐은 상온에서 부피의 900배 이상의 수소를 흡수하는 성질을 가지고 있어서 간단히 수소를 저장할 수 있는 수소저장 합금에 이용된다. 팔라듐은 실온에서 팔라듐 원자 1개당 1개 이하의 수소 원자를 흡수하여 수소화 팔라듐(PdHx)을 생성한다. 이는 다른 전이금속에서도 나타나는 특성이기는 하지만 팔라듐의 수소 흡수능력은 다른 전이금속들보다 훨씬 뛰어나며, 결합하는 수소의 개수가 많아져도 그 연성을 잃지 않는다. 이 수소저장능력 덕분에 상온 핵융합의 전극이나 촉매 등 주요 수단으로 쓰이기도 했다.    

한편 LS니꼬동제련은 온산제련소에서 순도 99.9% 이상의 400g 팔라듐 잉곳과 순도 99.95% 이상의 팔라듐 스폰지를 생산하고 있으며, 연간 생산량은 1,300kg 수준이다. 칠레에서는 코델코와의 합작법인인 PRM을 통해 팔라듐을 생산 중이다.

(*팔라듐에 대한 유튜브 콘텐츠 참조 https://youtu.be/VCEWOlNQDO8)

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