정강섭 한국지질자원연구원 해수용존자원개발연구단장

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SPECIAL INTERVIEW | 정강섭 한국지질자원연구원 해수용존자원개발연구단장

석유가 자동차 시대의 개막을 알렸다면 차세대 전기자동차는 2차전지가 있어야 굴러간다. 그런데 이 2차전지는 리튬이라는 희소금속이 ‘열쇠’를 쥐고 있다. 하지만 아쉽게도 리튬은 매장된 곳이 전 세계 몇 나라에 한정돼 있다. 만약 이들이 담합해 수출량을 조절하거나 판매를 중단한다면? 2차전지 수출국인 우리로선 상상하기도 싫은 문제가 발생할 것이다. 그런 면에서 정강섭 한국지질자원연구원 해수용존자원개발연구단장(이학박사)은 우리 산업계의 구세주다. 그는 지난 2009년 바닷물에서 리튬을 추출하는 기술을 국내 최초로 획득했다. 일본에 이어 2번째다. 시작단계지만 채산성과 대량생산 노하우만 쌓는다면 우리나라는 일거에 세계 최대 리튬 생산국가로 발돋움할 수 있게 된다.

몸값 급등 희소금속 리튬 추출기술 세계 2번째 확보

‘봉이 김선달’ 비아냥 뚫고 ‘해수광산’ 개발에 앞장

글로벌 자원전쟁이 격화되고 있다. 지난해 센카쿠열도(중국명 댜오위다오)를 둘러싼 중국, 일본 간 외교마찰이 중국의 희토류 수출금지로 싱겁게 끝난 것이 대표적인 예다. 산업은 발달하고 부존자원은 줄고 있는 상황에서 희소금속의 중요성은 그만큼 커지고 있는 것이다. 특히 리튬은 수급 사정이 가장 심각한 희소금속 중 하나로 꼽힌다. 쓰이는 곳은 다양해지고 있는데 생산량이 턱없이 부족하기 때문이다. 휴대전화, 전기차를 생산하는 데 없어서는 안 될 2차전지를 생산하려면 리튬은 반드시 필요한 광물자원이다. 수많은 자동차 메이커들이 전기차 생산에 박차를 가하고 있지만 현재까지 에너지원은 하나같이 리튬배터리에 의존하고 있다. 지능화되는 스마트 가전마다 약속이나 한 듯 리튬배터리를 사용하고 있는 것도 희소금속 리튬의 몸값을 올릴 태세다. 관련업계에서는 전기자동차가 대량 생산되는 2020년 경에는 리튬수요량은 11만t으로 늘어나 공급량(7만t)을 크게 넘어설 것으로 전망한다. 하지만 안타깝게도 리튬이 나오는 나라는 칠레, 볼리비아, 아르헨티나 등 중남미 몇개 나라와 미국, 중국 등에 제한돼 있다.
지금까지 리튬 생산방식은 땅에서 채굴하는 것과 소금호수(鹽湖)에서 물을 퍼내 자연 증발시킨 후 정제해 생산하는 단 두가지 방법뿐이었다. 중국, 미국은 전자를 선택했다. 리튬이 포함된 리티아 휘석, 페탈라이트, 비늘 운모 등의 광석을 채광한 뒤 제련했는데 문제는 생산량이 적어 채산성이 높지 않다는 데 있다. 채산성이 소금호수의 50%다. 때문에 전 세계 리튬시장의 80% 이상은 중남미 소금호수에서 생산된 것들이 장악하고 있다.

- 포스코와 국토해양부로부터 자금을 지원받아 강릉시 옥계면에 짓는 해수용존리튬자원연구동(위)과 지난해 3월 산업기술연구회 최우수연구자상 수상식(오른쪽 두번째가 정 박사).

1980년대 일본 해수광산 기술 첫 개발
그런데 일본에 의해 또 다른 생산법이 제시됐다. 바로 바닷물에서 추출하는 방식이다. 이 방식은 채산성이 떨어져 그동안 산업계의 주목을 받지 못하다가 최근 리튬 값이 급상승하면서 재평가받고 있다. 바닷물에서 희소자원을 추출하는 데 일본은 현재까지 세계 최고 기술을 보유하고 있다. 그런데 여기 우리 과학자가 도전장을 내밀었다. 정강섭 박사가 바로 그 주인공이다.
정 박사가 바닷물에 녹아있는 희소자원에 대한 관심을 갖게 된 것은 지난 2000년부터다. 이미 일본은 1980년부터 바닷물에서 희소금속을 뽑아내는 이른바 ‘해수광산’을 연구하기 시작했다. 이 때문에 정 박사는 초기 일본 기술진의 자문을 받아가며 연구에 박차를 가했다.
하지만 지난 2009년 그의 연구가 성과를 내면서 일본과는 이제 경쟁관계가 돼 버렸다.
“몇 다리 건너 일본 쪽 동향을 살펴보니 자기네가 30년 만에 완성한 기술을 우리가 불과 10년 만에 따라오자 매우 긴장했다고 합니다. 그 때문인지 컨퍼런스와 같은 학술 발표회도 지난 2008년 이후 자취를 감췄어요. 일본에서 발표되는 모든 자료는 2008년이 마지막입니다. 이제 확실히 우리를 경쟁자로 여긴다는 뜻이에요.”
일본이 놀란 이유는 지난 30년 간 계속된 자신들의 기술적 한계를 정 박사가 시작단계지만 어느 정도 극복했다는 데 있다. 바닷물에 녹아 있는 다양한 원소에서 리튬만 뽑아내기 위해서는 고성능 흡착제조 기술이 가장 중요하다. 리튬 흡착제는 지름이 10㎛(10만분의 1m) 정도로 매우 고운 분말상태라 물에 쉽게 녹는 특성이 있다. 관건은 이걸 어떻게 녹지 않게 만드느냐인데 일본은 이걸 물에 잘 녹지 않도록 폴리염화비닐(PVC)로 감쌌다. 그러나 이물질이 섞이다보니 흡착성분이 떨어지고 10여차례 정도 사용하면 폐기처분해야 한다. 또 흡착제 제조과정에서 디메틸포름아미드라는 유해물질도 발생한다. 제조단가가 비싸다는 것도 약점으로 지적받는다.
정 박사가 단장으로 있는 해수용존자원개발연구단은 녹차 티백에서 힌트를 얻어 바닷물은 통과하지만 분말은 빠져나갈 수 없는 촘촘한 그물막 형태의 흡착제를 개발했다. 연구단이 개발한 ‘분리막 레저버 시스템’으로는 흡착 분말 1g에서 45㎎의 리튬을 뽑아낼 수 있다. 일본 기술보다 효율이 30% 가량 높으며 무제한 재활용할 수 있는 게 장점이다. 이 같은 공로를 인정받아 그는 지난해 산업기술연구회가 수여하는 ‘최우수 연구자상’, ‘동탑산업훈장’을 수상했다.
“전 세계 육지에서 상업적으로 채굴할 수 있는 리튬은 410만t에 불과합니다. 반면 바다에 녹아 있는 리튬 양은 2300억t에 이르죠. 이 연구가 상용화되면 바다는 영원히 마르지 않는 리튬광산이 되는 겁니다.”
뿐만 아니라 그가 개발한 방식은 공급량을 탄력적으로 조절할 수 있다는 이점이 있다. 현재 중남미에서 생산되는 방식은 소금호수에서 물을 끌어올려 자연 건조시키는 방식이다. 플랜트 등 기간산업이 발달되지 않은 중남미의 열악한 경제사정 탓이다. 최종 생산까지 꼬박 1~2년이 걸린다. 결국 수요에 비해 공급이 탄력적이지 못하다. 하지만 정 박사는 바닷물에서 추출하기 때문에 생산 기간이 단축되는 효과도 거둘 수 있다.
“볼리비아에서 리튬 광산이 많이 개발되고 있는데 볼리비아 정부의 콧대가 대단합니다. 사회간접자본은 물론 추출기술 이전까지 요구하고 있죠. 순도가 칠레, 아르헨티나만큼 높지도 않은데 말이죠. 그런데 우리가 이 기술을 갖고 있다? 그렇게 되면 전 세계 리튬 시장을 평정할 수 있습니다.”
현재 그는 2단계 연구에 착수했다. 1단계 연구가 순수 국내 기술로 바닷물에서 리튬을 생산하는 거라면 2단계 과제는 직접 바다에 구조물을 세우고 대량 생산의 기초를 마련하는 것이다. 일단 그는 오는 2015년까지 2단계를 성공적으로 추진한다는 계획이다. 2단계까지가 순조롭게 진행되면 마지막 3단계는 공장 설립과 대량 생산이다.

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■ 약력

한국지질자원연구원 해수용존자원개발연구단장
성균관대 화학과, 동대학원 석사, 박사(무기화학)
한국지질자원연구원 광물자원연구본부 책임연구원
과학기술연합대학원대학교 자원순환공학부 교수
동탑산업훈장(2010년),
산업기술연구회 최우수연구자상(2010년),
국무총리 표창(2007년)

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