실리콘의 친환경 생산은 2~3년 안에 가능해질 수도 있다

Jul 10, 2023

이 기사/보도자료는 NTNU 노르웨이 과학기술대학교에서 비용을 지불하고 제공합니다. - 자세히 읽기

노르웨이는 유럽 최대의 알루미늄 및 실리콘 생산국입니다. 금속 산업은 국가의 가장 중요한 수출 산업 중 하나이지만 CO2 배출량의 10%를 차지합니다.

노르웨이는 기후 목표를 달성하기 위해 현재 생산 방법에서 배출 수준을 긴급히 줄여야 합니다.

NTNU는 CO2와 NOx의 직접적인 배출을 모두 제거하는 산업 공정에 대한 특허를 취득했습니다. 프로세스 이름은 SisAl로 지정되었습니다.

석영은 전통적인 제련 공정과 SisAl 방법을 사용하는 원료입니다.

오늘날의 기술로는 석영이 탄소와 반응할 때 CO2가 형성됩니다. SisAl 공정에서는 탄소 대신 알루미늄을 환원제로 사용하여 CO2 생성을 방지합니다.

“기술적으로 우리는 새로운 방법을 사용하여 산업 규모로 실리콘을 생산하는 데 방해가 되지 않는다고 믿습니다. 그리고 이는 에너지를 절약해 줍니다.”라고 NTNU의 재료 연구원인 Maria Wallin은 말합니다.

“SisAl 공정은 발열성입니다. 즉, 석영과 알루미늄 사이의 반응이 에너지를 방출한다는 의미입니다. 오늘날의 방법은 흡열식이며, 석영을 감소시키려면 에너지를 추가해야 합니다. SisAl은 완성된 실리콘 1톤당 에너지 소비량을 1/3만 사용합니다."라고 Wallin은 말합니다.

전통적인 기술은 용광로에 들어가는 석영의 85~92%를 사용합니다. SisAl은 공정에서 석영을 분말 형태로 사용할 수도 있기 때문에 97~99%를 활용합니다.

Wallin과 Gabriella Tranell 교수는 NTNU가 주도하는 대규모 EU 프로젝트 SisAl Pilot 및 SisAl Slag를 조정합니다. 유럽과 남아프리카의 연구 및 산업 분야의 22개 파트너가 NTNU의 특허를 기반으로 프로세스를 개발했습니다.

노르웨이 남부 Fiskaa에 있는 Elkem의 파일럿 센터와 스페인의 Fundiciones Rey 주조소에서 수십 건의 파일럿 테스트가 수행되었습니다.

Wallin은 SisAl 방법에는 다른 여러 가지 장점이 있다고 말합니다.

CO2와 NOx의 직접적인 배출을 모두 제거하고 에너지를 절약하는 것 외에도 새로운 실리콘 제조 공정에서는 알루미늄 산업에서 발생하는 슬래그(드로스)와 스크랩을 사용합니다.

SisAl 공정은 실리콘 생산에서 슬래그를 환원제로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 식품 포장에서 나오는 얇은 알루미늄 스크랩에도 동일하게 적용됩니다.

SisAl 공정은 또한 산화칼슘 및 산화알루미늄과 같은 슬래그를 생성하지만 이는 철강 산업에서 수요가 있는 물질이라고 Wallin은 말합니다.

새로운 제련 공정은 또한 미세한 석영('미립자')을 사용할 수 있기 때문에 원료를 더 잘 활용합니다. 전통적인 공정에서는 벌금을 제거해야 합니다.

“현재 우리가 가장 많은 시간을 투자하고 있는 과제는 금속 산업을 포함하는 순환 비즈니스 모델을 만드는 것입니다. 우리는 환경과 경제 모두에 이익이 되는 시너지 효과를 얻을 수 있는 큰 기회를 보고 있습니다.”라고 Wallin은 말합니다. “우리는 원자재를 더 잘 활용하고 가능한 가장 낮은 배출, 더 적은 에너지 소비, 최대 재사용 및 최소한의 폐기물을 찾는 방법을 모색하고 있습니다. 물론 당국이 CO2 배출에 부과하는 세금 규모도 계산에 영향을 미칩니다."

실리콘은 노르웨이의 Elkem과 Wacker에서 생산됩니다. Wallin은 오늘날의 실리콘 제련소가 현재 생산을 보충하거나 부분적으로 대체하기 위해 대규모 투자 없이 SisAl 기술을 사용할 수 있다고 믿습니다.

EU 프로젝트의 일환으로 SisAl 생산을 위한 파일럿 공장이 남아프리카공화국에 건설되고 있습니다. Wallin은 이를 산업 규모의 시설이 최종적으로 건설되기 전의 이정표로 간주합니다.

EU는 실리콘을 매우 ​​중요한 준금속으로 지정했습니다. 실리콘은 반도체 특성을 갖고 있으며 회로 기판, 태양 전지 및 모든 전자 제품에 중요한 재료입니다.

알루미늄과 합금된 실리콘은 우리가 사용하는 많은 일상 재료의 일부이기도 합니다. 오늘날 중국은 전 세계 실리콘 생산량의 3분의 2를 차지하고 있다.