미래의 청정에너지 리튬 광물자원
미래의 청정에너지 리튬 광물자원
  • 김규한 교수(과학교육학 전공)
  • 승인 2010.11.22
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새로운 형태의 청정 에너지로 연료전지와 축전지가 지구의 미래에너지로 부상하면서 리튬전지 사용이 급증하고 있다. 리튬전지는 양극에 코발트산 리튬산화물과 음극에 탄소를 조합한 전지이다. 충전하면 음극의 탄소 결정에 리튬이온이 축적되어 방전 시에 리튬이온이 방출되면서 전력을 공급한다. 리튬 전지는 니켈-수소전지나 니켈-카드뮴 전지에 비해 전류는 25%나 크고, 전압은 약 3.5V까지 높일 수 있어 단위 체적 당 축적 가능한 에너지도 2배나 된다. 그동안 연료전지나 축전지에 원료로 납이나 니켈이 많이 사용되어 왔다. 그런데 리튬연료전지나 리튬축전지는 가볍고 에너지 밀도가 2배 이상 이며 사용가능온도, 에너지출력, 수명 등이 탁월하다. 때문에 휴대전화, 휴대용 컴퓨터, 하이브리드자동차 등에 사용이 확대되면서 리튬원료자원 확보에 세계 각국이 경쟁적이다.

리튬은 1817년 스웨덴 화학자 알페드슨이 엽장석(petalate)광물에서 처음 발견하였다. 리튬은 암석광물에 널리 산재하고 있다는 의미에서 희랍어의 암석(lithos)에서 따와 붙여진 이름이다. 그런데도 리튬의 지구상의 존재는 나트륨의 500분의 1에 지나지 않으며 특정지역, 특정 암석에 농축되어 있다. 이제 리튬자원은 국가의 운명을 바꿀 수 있을 정도로 중요한 전략광물자원이 되고 말았다.

리튬은 연료전지나 축전지 이외의 용도로도 다양하게 사용되어 왔다. 2차세계대전시에 수소화리튬은 군사용 기구에 대량 사용되었고 수산화리튬은 우주선과 같은 밀폐공간의 이산화탄소 흡착제로도 사용되고 있다. 한편 금속 리튬은 자동차용과 같은 공업용 내수성이 우수한 윤활 그리스제조나 탄소와 결합한 유기리튬은 촉매제나 화원제로 사용되었다. 탄산리튬(Li2CO3)은 강화유리 제조에 사용된다. 그런데 1948년 오스트리아 정신과 의사가 이 탄산리튬이 우울증치료에 효과가 있음을 보고하여 현재에도 리튬탄산염, 리튬착산염, 리튬황산염 등이 우울증 치료약으로 널리 사용되고 있다. 하지만 리튬화합물을 과잉 섭취하면 신장장애나 혼수상태를 유발하며 사망으로 이어지는 독성 물질이기도 하다. 그런데 리튬 농도가 높은 수돗물 사용지역 주민의 자살률이 낮다는 일본의 재미난 연구 보고에 자살률이 높은 우리가 귀를 기울여 볼 만하다.

이런 리튬자원은 어디서 찾아 낼 수 있을까가 궁금하여 진다. 리튬 함유광물은 150여종이나 알려져 있다. 그중 스포듀멘, 레피도라이트, 페탈라이트, 암브리고나이트, 유크럽타이트가 개발 대상이 되는 주요광물이다. 이 광물은 주로 페그마타이트(거정질 결정으로 만들어진 암석)와 염수퇴적지에서 산출된다. 리튬광물 생산지역은 미국 시어레스호와 크레이톤 벨리, 볼리비아 우유니지역, 칠레 아타카마지역, 아르헨티나 홈브르지역, 짐바브웨 비키타 페그마타이트 지역, 캐나다 탄코페그마타이트 지역, 러시아와 중국의 알타이산지 지역 등이 알려져 있다. 최근 우리나라도 칠레 아타카마 염호 광업권을 확보하고, 볼리비아 우유니 염수호 퇴적지의 리튬자원개발권 획득에 한국과 일본이 치열한 경쟁을하고 있다. 중남미 리튬자원 보유국이 중동의 석유왕국처럼 변할 날이 멀지 않아 보인다.

리튬자원은 제4기 염수퇴적층에 점토광물과 함께 나온다. 그래서 염수퇴적층 분포지역이 탐사와 개발 대상이 되고 있다. 염수퇴적층은 건조기후 지역의 배수로가 없는 호수 환경에서 염 농도가 높은 점토퇴적층 형성과 함께 리튬이 점토퇴적층에 농집 된다. 사해처럼 제4기에 건조 기후 하에 있었던 호수지역이 리튬자원 보고(寶庫)가 된다. 불행하게도 한반도는 과거 지질시대 기간 이러한 환경에서 퇴적된 지층이 분포하고 있지 않다. 때문에 원유나 천연가스 에너지 자원처럼 리튬자원도 해외 자원에 전량 의존 할 수밖에 없다. 국가 전략광물자원 확보는 미래의 국운을 좌우하며 민족의 운명이 달려 있다. 지하자원 빈국인 우리는 자원외교력 강화가 더한층 필요한 시점에 직면하고 있음을 통감한다. 우리는 이미 일부 에너지 자원과 금속 광물자원의 해외 탐사 개발의 성공 사례를 가지고 있다.

해외 공관에 자원광물전문 담당관을 파견하고 자원 정보 획득과 해외자원 개발을 위한 인프라 구축시스템을 재정비 해야 한다. 한편 자원탐사 개발 인력 자원의 싱크탱크인 대학에 전문 인력 양성및 연구실험 환경을 업그레이드 해야한다. 자원처리 추출기술개발 및 해외 전문인력 유치와 자원탐사 개발 기술 교류 확대도 빼놓을 수 없다.