美 연구팀, 암석 리튬 추출 비용 절반으로…상용화 준비 돌입

스포듀민은 리튬이 풍부한 광물로 리튬, 알루미늄, 규산염으로 구성된다. 위키미디어 제공

미국 연구팀이 배터리 등 산업 전반에 필수적인 희토류 원소 리튬(Li)을 암석에서 추출하는 친환경·저비용 공법을 개발했다. 리튬 생산 비용을 기존 암석 추출 방식보다 40% 이상 절감하고 폐기물도 거의 없다. 연구팀은 스타트업을 설립해 상용화를 준비하고 있다.

미국 매사추세츠공대(MIT) 연구팀은 암석에서 리튬을 추출하는 새로운 공법을 제시하고 연구결과를 28일(현지시간) 국제학술지 '사이언스'에 공개했다.

리튬이온 배터리를 중심으로 최근 전세계 리튬 수요가 급증했지만 리튬 공급망은 중국이 주도하고 있다. 미국과 유럽, 호주 등지에 있는 리튬 자원 활용의 걸림돌은 암석에서 리튬을 추출하는 과정이다. 현존 추출법은 암석을 1000℃ 이상으로 가열해야 해 에너지가 많이 들고 리튬 추출 이후 암석 폐기물도 다량 발생한다.

연구팀은 유리 표면을 부식시켜 욕실 인테리어 등에 쓰이는 물질인 불화암모늄에 주목했다. 불화암모늄은 리튬이 풍부한 광물인 스포듀민을 실온에서 용해할 수 있다.

리튬 추출 이후에 남는 물질을 처리하거나 활용하는 것이 폐기물 저감의 관건이다. 스포듀민은 리튬과 알루미늄, 규산염으로 구성된다. 규산염은 실리카라고도 불리며 유리의 주성분이기도 하다.

연구팀은 물과 불화암모늄 혼합물로 스포듀민을 3가지 성분으로 분리하고 각 성분을 산업에서 쓰일 수 있는 수준으로 가공해 활용하는 공정을 개발했다. 기존 추출법이 남은 알루미늄과 실리카를 폐기물로 처리한 것과 달리 광석 구성성분을 모두 활용하는 접근법이다.

먼저 분리된 불화리튬으로 배터리 음극재 제조에 쓰이는 산화리튬, 탄산리튬을 생산하는 데 성공했다. 스포듀민에서 리튬을 생산하는 비용을 기존보다 40% 이상 절감했다. 침전된 실리카는 시멘트 첨가제로, 알루미늄은 제련소에 들어가는 수준의 품질로 구현됐다.

개발한 공정으로 서로 다른 스포듀민 광석 17종에서 리튬, 알루미늄, 실리카를 성공적으로 추출하는 데 성공했다. 공정 중 발생한 암모니아 가스가 다시 불화암모늄으로 되돌아가면서 공정이 순환한다. 폐기물이 거의 나오지 않는다는 뜻이다.

연구팀은 MIT 기술 라이센싱 사무소와 협력해 자회사인 '록 제로(Rock Zero)'를 설립해 시스템을 확대하며 상용화에 도전하고 있다.

연구팀은 "그 어떤 방식보다도 리튬을 추출하는 데 있어 에너지 소비와 비용이 가장 적은 방법이라고 생각한다"며 "리튬 배터리를 통해 에너지 전환에 기여할 것"이라고 밝혔다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1126/science.aec4652

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]