물에 녹여 재활용하는 ‘용해성 전자 기판’ 시대 열릴까? [고든 정의 TECH+]

작성일 08-14

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 [서울신문 나우뉴스]
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 <img alt="물에 녹는 용해성 PCB 모형 개념도. 제미나이" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/14/seoul/20250814185014595ktnc.png" data-org-width="660" dmcf-mid="45EK3SJqWb" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/14/seoul/20250814185014595ktnc.png" width="658">
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 물에 녹는 용해성 PCB 모형 개념도. 제미나이
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 눈부신 정보기술(IT) 혁신의 그림자 가운데 하나는 막대하게 쌓이는 전자 폐기물(e-waste)입니다. 기술 발전이 빠를수록 인공지능(AI) 서버도, 스마트폰의 수명도 짧아지기 때문이죠. 입니다. 갈수록 전자 쓰레기의 양도 많아져 2022년에만 전 세계에서 6200만t의 전자 폐기물이 발생했지만, 이 가운데 재활용된 것은 4분의 1에 불과합니다.
 전자 제품 재활용이 어려운 가장 큰 이유는 모든 핵심 부품이 모여 있는 인쇄회로기판(PCB)의 복잡한 구조 때문입니다. PCB는 반도체와 커패시터, 저항 같은 여러 부품을 연결하는 기판으로 도체와 절연체를 쌓아 만들기 때문에 금속처럼 쉽게 녹여 재활용하기 어렵습니다.
 DissolvPCB, 물에 녹는 3D 프린팅 전자 기판의 등장
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 <img alt="DissolvPCB 개념도. 코파일럿" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/14/seoul/20250814185016159osoc.png" data-org-width="660" dmcf-mid="8y8ymnuShB" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/14/seoul/20250814185016159osoc.png" width="658">
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 DissolvPCB 개념도. 코파일럿
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 그래서 과학자들은 쉽게 분해가 가능한 PCB 소재를 개발하고자 노력하고 있습니다. 대표적인 사례가 물에 녹는 용해성 PCB입니다. 물에 녹는 전자기판이라고 하면 이상하게 들릴 수 있지만 여기에는 이유가 있습니다.
 우선 PCB에서 비싸고 구하기 힘든 물질과 부품을 분리하기 위해서 사용하는 화학 약품 가운데 유독 물질이 많습니다. 작업자도 위험하고 환경 오염의 가능성도 높습니다. 물에 녹는 용해성 PCB가 있다면 분해 작업이 더 안전해지는 것은 물론 비용도 대폭 줄일 수 있습니다. 어차피 컴퓨터 메인보드 같은 복잡한 전자기판은 물에 조금만 노출돼도 손상되기 때문에 물에 약한 것이 약점이 되지 않습니다.
 이에 미국 메릴랜드대와 조지아 공대, 프랑스 노트르담대 연구팀은 물에 녹는 용해성 PCB인 ‘DissolvPCB’를 개발했습니다. 이 제품은 3차원(3D) 프린터로 제작 가능하며 주재료로 폴리비닐 알코올(PVA)을 사용합니다. 여기에 회로 배선 역할을 하는 갈륨 인듐(EGaIn) 액체 금속을 PVA 기판 위에 3D 프린팅합니다. 사용 뒤 물에 담가 PVA 기판을 녹이면 고가의 금속과 부품을 안전하게 회수할 수 있습니다. 섭씨 90도에서 1시간 만에 분해가 가능합니다.
 연구팀은 프로토타입 실험에서 PVA와 EGaIn 소재를 각각 99.4%, 98.6% 회수하는 데 성공했습니다. 회수된 소재는 3D 프린터 잉크로 재사용할 수 있어 친환경적입니다.
 미래를 위한 테스트베드, DissolvPCB
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 <img alt="DissolvPCB의 제작 및 용해, 회수 과정. Image credit: Zeyu Yan, et. al." class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202508/14/seoul/20250814185017496fpbk.jpg" data-org-width="602" dmcf-mid="6wlxK5c6Tq" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202508/14/seoul/20250814185017496fpbk.jpg" width="658">
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 DissolvPCB의 제작 및 용해, 회수 과정. Image credit: Zeyu Yan, et. al.
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 DissolvPCB는 현재 USB 규격의 5A 전류와 10㎒ 주파수를 지원하는 수준으로, 최신 스마트폰이나 PC 메인보드에 바로 적용하기에는 한계가 있습니다. 그러나 연구팀은 이 기술이 개발 및 테스트용 메인보드에 매우 적합하다고 보고 있습니다. 3D 프린터로 손쉽게 기판을 제작할 수 있어 소규모 생산이나 실험실 연구에 유용합니다.
 여기에 무료로 사용할 수 있는 컴퓨터 기반 설계(CAD) 플러그인을 제공해서 개발자가 기존 메인보드를 이식하거나 새로운 메인보드를 디자인할 수 있게 배려했습니다.
 아직 상용화까지는 많은 개선이 필요하지만, DissolvPCB와 같은 혁신적인 기술은 100% 재활용이 가능한 전자 제품 시대의 문을 활짝 열어줄 수 있을 것으로 기대됩니다.
 고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com
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