원자번호 3번의 리튬(Li)은 금속 중에서 가장 가볍고 고체 원소 중에서는 밀도가 가장 낮은 은백색 금속이다.
칼로 자를 수 있을 만큼 무르지만 알루미늄이나 마그네슘과의 합금은 가볍고 강해 항공기 부품 재료로 활용돼왔다. 20세기 후반부터는 리튬 전지와 리튬 이온 2차 전지의 양극 물질로 사용되면서 휴대용 전자 제품의 혁신을 가져왔다.
최근 들어서는 전기 자동차 보급으로 사용량이 급증하고 있는데 문제는 생산량이 이를 따라가지 못한다. 현재 연간 약 16만 톤의 리튬을 사용하고 있는데 지금처럼 수요가 늘어날 경우 10년 후에는 10배 이상의 리튬이 필요할 것으로 예상되고 있다.
전기자동차 보급으로 배터리 원료인 리튬이 고갈되면서 바닷물 속에서 리튬을 추출하는 기술이 개발되고 있다. 효율성을 높일 경우 무한대에 가까운 리튬을 채굴할 수 있을 것으로 예상된다. ⓒWikipedia
해수에서 리튬 채굴할 수 있는 장치 개발
지난 2017년 상반기 리튬 가격이 3년 만에 4배가 넘게 폭등한 적이 있다.
전기자동차 시장이 활성화되면서 리튬 수요가 폭발적으로 늘어날 것이라는 미국 지질조사국(USGS)의 보고서가 발표됐기 때문.
그동안 리튬 생산 국가는 미국, 중국, 칠레, 볼리비아, 호주 등 일부 국가에 한정돼 왔다. 그러나 수요가 급증하면서 과학자들은 기존 생산 국가들 외에 또 다른 지역에서 리튬을 캐기 위한 노력을 기울여왔다.
이런 상황에서 바닷물(sea water)이 주목을 받고 있다. 무한할 정도로 많은 양의 리튬 성분을 포함하고 있다는 것.
과학자들은 지구상을 덮고 있는 바닷물 속에 적어도 1800억 톤의 리튬이 포함돼 있다고 보고 있다. 리튬을 걸러낼 필터와 막(membranes)을 개발할 경우 무한대에 가까운 리튬을 추출할 수 있다고 보고 바닷물에서 리튬을 걸러낼 수 있는 장치를 개발하고 있다.
스탠퍼드 대학이 대표적인 경우다.
15일 ‘사이언스’ 지에 따르면 스탠퍼드대 물리학부 연구팀이 효율이 뛰어난 리튬 추출 장치를 개발해 지금 리튬을 채굴하고 있다고 전했다.
물리학부 연구진은 리튬 채굴을 위해 리튬이온 전지 전극을 사용하고 있다. 바닷물을 증발시킨 후 리튬을 걸러내는 것이 아니라, 바닷물 그대로의 액체 상태에서 리튬 이온 전극을 이용해 리튬을 추출하는 방식이다.
스탠퍼드대 물리학부 츄이 이(Cui Yi) 연구원은 “새로 개발한 장치가 다양한 물질들이 겹쳐진 샌드위치 모양을 하고 있다.”고 말했다. 츄이 이 연구원은 “이 장치를 바닷물에 투입할 경우 음전극에서 리튬을 끌어들여 바닷물 속에 있는 리튬을 대량 축적할 수 있다.”는 것.
논문은 지난주 ‘셀(Cell Press)’ 지에서 발간하는 국제학술지 ‘줄(Joule)’에 게재됐다. 논문 제목은 ‘Lithium Extraction from Seawater through Pulsed Electrochemical Intercalation’이다.
“바다에서 리튬 무한정 채굴 가능해”
이 장치를 개발하는데 문제가 없었던 것은 아니다.
바닷물 속에 다량 포함돼 있는 나트륨(Natrium)이 리튬과 함께 걸러졌다. 연구진은 나트륨을 제거하기 위해 전극 구성물에 변화를 주었다.
이산화티타늄(Titanium Dioxide)으로 제작한 얇은 막을 추가했는데 리튬보다 알갱이가 큰 나트륨의 접근을 차단하면서 리튬 추출을 지속할 수 있었다. 츄이 이 연구원은 “전압을 조절하면서 나트륨 속에 들어 있는 리튬을 선별할 수 있었다.”고 말했다.
스탠퍼드대에서 개발한 리튬 추출(Lithium Extraction) 장치가 주목을 받고 있는 것은 이전에 개발한 추출 장치보다 효율이 높은 데다 비용이 적게 들기 때문이다.
이전에 포스닥 신분으로 스탠퍼드대 연구에 참여한 바 있는 시카고 대학 물리학부 총 류(Chong Liu) 연구원은 “이번에 개발한 장치가 이전의 것보다 2배 이상 높은 효율을 보이고 있다.”고 말했다.
그러나 생산성을 확보하기 위해서는 효율을 더 높여야 한다.
이에 따라 과학자들은 효율을 높이기 위해 많은 노력을 기울이고 있는 중이다. 총 류 연구원은 “이번 연구를 통해 효율을 2배 이상 높였으며, 오래지 않아 바닷물에서의 리튬 채굴이 광산 채굴 수준에 도달할 수 있을 것”으로 내다봤다.
리튬은 민감한 반응력(reactive power) 때문에 자연 속에서 발견하기가 매우 힘들다.
특히 지각의 리튬 함유량은 0.006%에 불과하다. 아연, 구리, 텅스텐보다는 조금 적으며, 코발트, 주석, 납보다는 조금 더 많은 수준이다.
최근 리튬을 공급하고 있는 곳은 소금 바다인 염호(鹽湖)다. 볼리비아, 칠레, 아르헨티나, 미국, 호주, 짐바브웨, 중국 등의 염호에 다량의 리튬이 포함돼 있어 그동안 주요 리튬 공급처로 활용돼 왔다.
그러나 최근 전자 산업, 전기 자동차 등의 부상으로 리튬 공급량이 부족해지자 한국 등 염호가 없는 나라에서는 바닷물에서 리튬을 채취하는 기술을 개발하고 있는 중이다. 바닷물에서 무한대에 가까운 리튬을 생산할 수 있는 날이 다가오고 있다.
(5883)
로그인후 이용 가능합니다.
북한은 평양 강동군 구석기 동굴에서 2만여 년 전의 것으로 추정되는 인류의 화석이 발견됐다고 주장했다. 11일 조선중앙통신에 따르면 김일성종합대학 역사학부 연구팀은 최근 강동군 임경노동자구 구석기 동굴을 탐사하던 중 2층 문화층에서 인류 화석 7점, 짐승 뼈 화석 9종에 300여점, 포분화석 274개를 발굴했다.
한국생명공학연구원은 바이오나노연구센터 임은경 박사 연구팀과 건양대 문민호 교수 공동연구팀이 혈액 검사로 초기 알츠하이머병을 조기 진단할 수 있는 시스템을 개발했다고 11일 밝혔다. 기억 상실·인지 장애를 동반하는 노인성 치매인 알츠하이머병은 현재까지 효과적인 치료 방법이 없어 정확한 조기 진단으로 증상의 진행을 늦추는 게 최선이다. 연구팀은 알츠하이머병 환자 혈액에서 마이크로RNA(miRNA)의 일종인 miR-574가 매우 증가하는 사실을 확인하고, 이를 검출할 수 있는 진단시스템을 개발했다.
서울대학교 교수들과 학부생들이 질병 치료에 중요한 유전자를 발굴하는 인공지능(AI) 알고리즘을 개발했다. 11일 서울대는 의과대학 한범·정기훈 교수팀이 세포 분류를 선행하지 않고 신약개발 타깃 '마커 유전자'를 효율적으로 발굴할 수 있는 AI 알고리즘 '마르코폴로'를 개발했다고 전했다.
국내 연구진이 유기발광다이오드(OLED) 물질을 파괴하지 않고 검사할 수 있는 가능성을 제시했다. 이번 연구를 바탕으로 한 OLED 비파괴 검사 기술이 상용화된다면 OLED 디스플레이 제작 과정에서 결함을 확인하고 수율을 높이는 데 도움이 될 것으로 기대된다.
우리나라가 자체 기술로 2031년 달 표면에 우주선을 보내 착륙시킨다는 계획을 추진함에 따라 이를 위한 차세대 발사체 개발 사업에 관심이 쏠린다. 과학기술정보통신부(과기정통부)는 최근 이 사업의 예비타당성 조사에 착수했다. 11일 과기정통부와 전문가 등의 설명을 종합하면 2030년에 차세대 발사체 성능 검증을 위한 발사가, 2031년에 달 착륙선을 보내기 위한 발사가 각각 예정돼 있다.
한국과학기술원(KAIST)은 꽃향기가 분비되는 것을 실시간 측정해 가시화하는 데 성공했다고 10일 밝혔다. 기계공학과 유체 및 계면 연구실 김형수 교수와 생명과학과 생태학 연구실 김상규 교수 연구팀은 레이저 간섭계로 휘발성 유기물 증기(VOCs)의 상대 굴절률을 측정해 백합에서 나오는 꽃향기를 직접 측정해 냈다.
농림축산검역본부는 지난 3월 제76차 유엔총회에서 매해 5월 12일이 '세계 식물건강의 날'로 지정됐다고 10일 밝혔다. 이는 우리나라가 회원국인 식물검역 국제기구 '국제식물보호협약'(IPPC)이 2020년부터 세계 식물건강의 날의 유엔 지정을 추진한 결과다.