2020년에는 전 세계적으로 약 7,800만 대의 자동차가 생산되었습니다.전기차(EV) 판매와 생산 증가에도 불구하고 대부분의 자동차에는 앞으로도 촉매 변환기가 장착된 연소 기관이 장착될 것입니다.
그림 1.촉매 변환기의 구조
이러한 자동차 부품에는 막대한 양의 원자재가 필요합니다.특히 백금, 팔라듐, 로듐 등 촉매 변환기 내부에서 볼 수 있는 희귀금속(희토류)에 대한 수요가 전 세계적으로 높습니다.이들 금속의 역할은 일산화탄소, 탄화수소 또는 질소산화물의 미연 잔류물이 산화되고 중화되도록 돕는 것입니다.이들 금속은 사용 중인 차량에도 필요합니다.통상 주행 거리가 약 100,000km(62,137마일)를 넘으면 촉매 변환기를 교체해야 합니다.
그러나 이러한 광석은 추출하는 데 비용이 많이 들고 환경을 오염시킵니다.백금 단 1g을 얻으려면 최대 1,000m(3,281피트) 깊이에서 약 300kg(661파운드)의 암석을 채굴해야 합니다.채굴에 필요한 노력과 비용에도 불구하고 아프리카, 러시아, 아메리카 대륙의 대규모 광산은 증가하는 수요를 거의 따라가지 못하고 있습니다.
폐자동차의 촉매 변환기를 재활용하는 방안은 훨씬 더 환경 친화적이며 자원을 절약할 수 있습니다.백금, 팔라듐, 로듐은 폐기된 촉매에서 회수할 수 있으며 스크랩(폐기물)을 적절하게 분류하고 조합하면 새로운 촉매를 만드는 데 재사용할 수 있습니다.
확신을 주는 정밀성과 투명성
이러한 귀금속의 가격은 수요와 생산량 변화 및 공급 병목 현상으로 인해 변동됩니다.이러한 값비싼 금속을 정확하게 식별하고 가격을 책정하려면 재활용 프로세스 전반에 걸쳐 정밀성, 속도, 투명성이 필요합니다.
전 세계 50개국의 공급업체 및 고객과 관계를 유지하는 국제적인 재활용 회사인 Gebrüder Naim OHG(독일 자르브뤼켄 소재)는 정확한 가격 책정의 가치를 알고 있습니다.이 재활용 업체는 2000년대 초부터 폐기물 도매업에 종사했으며 수년 동안 촉매 구매, 가공, 판매에 주력해 왔습니다.전 세계 공급업체로부터 300kg(661파운드)에서 10톤(20,000파운드)의 원자재가 이곳으로 운송되며, 때로는 남아프리카와 호주에서 해상 화물로도 운송됩니다.
그림 2: 촉매 입고
그림 3.입고되는 제품의 무게 측정
이들의 성공적인 비즈니스 거래 관계는 가격 협정을 위한 정확하고 빠른 분석 결과 및 개방성과 정직성을 기반으로 합니다.촉매 스크랩의 귀금속 함량에 대한 빠른 현장 검증은 신뢰를 구축하고 사기를 방지하는 데 도움이 됩니다.재활용 업체는 촉매 샘플에 존재하는 많은 화학 원소를 정확하게 측정하기 위해 휴대용 X선 형광(XRF) 분석에 의존합니다.이들 업체는 Olympus Vanta™ 휴대용 XRF 분석기(VLW 모델)를 사용하여 이 테스트를 실시합니다.
귀금속 함량을 검증하기 위한 빠른 원소 분석 결과
Vanta 분석기는 내구성과 방진 및 방수 기능이 뛰어난 제품으로 가동 시간을 늘리고 소유 비용을 절감합니다.이 장치는 Olympus에서 개발한 혁신적인 Axon Technology™를 탑재하여 빠르고 정확하며 재현 가능한 결과(테스트 간, 장치 간)를 제공합니다.이 분석기는 X선 광원에 의해 여기된 상태의 시료가 방출하는 형광 X선을 측정하여 빠른 해답을 제공합니다.또한 30초 이내에 샘플에 포함된 최대 25개의 원소 양을 측정할 수 있습니다.
그림 4.Vanta 휴대용 XRF 분석기를 사용한 자동차 촉매 분석의 예
이 분석기는 촉매 샘플에서 백금, 팔라듐, 로듐 외에도 세륨, 텅스텐, 니켈, 루테늄과 같은 다른 원소를 보여줄 수 있습니다.원자재 무게와 가격에 영향을 미칠 수 있는 납의 함량도 측정합니다.또한 탄탈룸과 셀레늄 함량도 측정하는데, 이는 이들 원소의 특징적인 에너지선이 백금선과 겹칠 수 있기 때문입니다.이러한 원소가 존재한다는 사실을 모르면 재활용 업체는 촉매 스크랩에 백금이 과량 함유되어 있다고 잘못 판단할 수 있습니다.Vanta 분석기는 지능형 알고리즘 덕분에 이러한 문제를 방지할 수 있습니다.그 결과로 실험실 평가와 99% 일치하는 놀라운 정밀도를 달성합니다.
그림 5: Vanta VLW 분석기와 Vanta Work Station을 사용한 촉매 샘플 분석
촉매 스크랩 분석 및 처리
제공된 소량의 촉매 변환기를 매우 짧은 시간 내에 분석하고 완벽하게 계산할 수 있습니다.촉매 변환기는 귀금속으로 코팅된 보호막 또는 본체 내부에 있는 세라믹 모놀리스(또는 코어)에 접근하기 위해 절단하고 압착됩니다.
그림 6: 촉매 개봉
강철 재활용을 위해 하우징 스크랩을 보내는 동안 귀중한 모놀리스는 볼 밀에서 분쇄된 다음 체질, 균질화, 건조를 거쳐 혼합됩니다.결합제를 사용하여 분말 샘플을 압축하고 세 부분으로 나눕니다.
그림 7.모놀리스는 볼 밀에서 분쇄됩니다.
그림 8.샘플링
한 부분은 공급업체에 대조군으로 제공되며, 공급업체는 자체 Vanta 분석기로 이를 검증하는 경우가 많습니다.다른 부분은 재활용 업체에 남아 있습니다.남은 한 부분은 예비 샘플로 사용됩니다.마지막으로, Vanta 분석기를 사용하여 휴대용 XRF 분석을 실시합니다.
납품량이 많은 경우 습식 화학 분석을 위해 샘플을 외부 실험실로 보내며, 여기에서 분말을 액체 샘플로 변환하여 다양한 귀금속을 판독할 수 있습니다.이 방법으로 얻은 결과는 정밀도 면에서 그 어떤 분석법도 능가할 수 없습니다.그러나 결과를 얻는 데 일주일이 소요되고 개별적인 비용이 많이 듭니다.이렇게 양이 많은 경우, 재활용 업체는 종종 자체 분석을 기반으로 금액의 상당 비율을 지불한 다음, 외부 실험실 결과를 받은 후 정산 금액을 냅니다.이 과정을 톨 정제(toll refining)라고 하며, 정산 금액은 분석에 기반합니다.
그림 9: 실험실의 촉매 샘플 분석
공급업체의 산정이 끝나면, 전체를 가공한 촉매 변환기의 내부 부품은 귀금속 회수를 위해 전 세계 다양한 정제소에 판매됩니다.
Vanta 휴대용 XRF 분석기 덕분에 재활용 회사는 제공된 제품의 내용물을 즉각적이고 투명하게 검증하여 계약 당사자 양측 모두에게 이익이 되는 신속하고 공정한 가격 계약을 체결할 수 있습니다.이러한 보장은 장기적인 비즈니스 관계와 수익성으로 이어질 수 있습니다.
