골치 아픈 전자 폐기물도 녹여서 재활용하는 vPCB 기술 [고든 정의 TECH+]

IT 혁신의 불편한 진실 중 하나는 매년 막대하게 버려지는 멀쩡한 전자 제품입니다. 모니터, 스마트폰, 컴퓨터 등 각종 전자 제품은 기술 발전 속도가 빨라 소비자들이 계속해서 새로운 제품을 구매합니다. 데이터 센터에서 사용되는 서버나 하드디스크 같은 저장 장치 역시 마찬가지입니다. 제품 수명 주기가 짧은 IT 제품은 결국 막대한 양의 전자 폐기물들을 만들어 냅니다. 문제는 전자 제품이 붙어 있는 PCB 기판이 음료수 캔이나 종이처럼 쉽게 재활용하기 어렵다는 것입니다.

우리가 사용하는 첨단 전자 제품은 PCB(printed circuit board) 기판 위에 수많은 반도체와 콘덴서, 회로 등을 넣어서 만듭니다. PCB는 주로 유리 섬유와 에폭시 섬유를 이용해 제조하는데, 가볍고 튼튼하며 절연성이 뛰어나 전자 회로를 만드는 데 적합하기 때문입니다. PCB는 현대 IT 산업의 기반을 이루는 소재입니다.

하지만 에폭시 수지와 유리 섬유는 너무 단단하게 잘 고정되어 있어 여기서 아직 쓸만한 전자 부품과 금속 물질을 손상 없이 떼어내기 힘듭니다. 수작업으로 하나씩 떼어내는 것은 수지 타산이 맞지 않다 보니 상당수 제품이 제대로 분해되지 못하고 그냥 버려지게 됩니다.

이 문제를 해결하기 위해 과학자들은 사용 기간이 끝난 후에는 쉽게 분해될 수 있는 PCB 소재를 연구했습니다. 그중 하나가 PCB 분야의 강자인 독일 인피니온이 지바 메터리얼스와 손잡고 개발한 솔루보드(Soluboard)입니다. 유리 섬유 대신 식물성 폴리머를 이용해 만든 솔루보드는 뜨거운 물에 넣으면 PCB 기판이 물렁물렁하게 변해 쉽게 부품을 빼낼 수 있습니다. 하지만 열에 약한 전자 부품을 뜨거운 물에 넣어야 하고 내구성에 대한 우려가 완전히 해소되지 않았다는 문제가 있습니다.

워싱턴 대학 연구팀은 에폭시 수지를 대신해서 재활용이 가능한 폴리머 소재로 주목받고 있는 비트리머(Vitrimer)를 사용한 vPCB(vitrimer PCB)를 선보였습니다. vPCB는 특수 용매에 넣으면 비트리머가 녹으면서 용해되기 때문에 유리섬유와 전자 부품을 완전히 떨어뜨려 제거할 수 있습니다. 이 과정에서 열을 가하거나 물리적인 힘을 주지 않기 때문에 부품이나 금속 성분을 효과적으로 회수할 수 있다는 것이 큰 장점입니다. 또 유리섬유를 그대로 사용하기 때문에 PCB 기판의 강도와 내구성을 그대로 유지할 수 있다는 것도 장점입니다.

연구팀은 프로토타입 vPCB 제품을 만든 후 이를 회수하는 실험을 진행했습니다. 그 결과 사진에서 보는 것처럼 유리섬유와 다른 부품을 완전하게 회수할 뿐 아니라 용매에 녹은 비트리머도 회수하는 데 성공했습니다. 연구팀에 따르면 비트리머의 98%, 용매의 91%를 재활용할 수 있습니다. 그리고 재활용을 통해 온실가스 배출을 48% 정도 줄이고 독성 발암물질의 환경 유입을 81%까지 줄일 수 있다는 것이 연구팀의 주장입니다.

다만 실제 상업화를 위해서는 vPCB 내구성과 성능, 안전성, 경제성을 검증해야 합니다. 연구팀은 전자 기판에 중요한 절연성과 내연성에서 현재 상업화된 PCB와 견줄 만큼 뛰어나다고 주장했지만, 경제성이나 내구성, 성능에서 추가로 검증이 필요합니다. 물론 산업 전분야에서 지속 가능성에 대한 요구가 높은 만큼 만족할만한 결과가 나온다면 재활용 vPCB 소재의 미래는 밝을 것으로 기대합니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com