리튬 채굴 수요 급증, 환경친화적 추출 기술 주목

전기자동차와 재생에너지 저장 배터리 수요가 급증하면서 리튬 채굴에 대한 압박이 심해지고 있다. 국제에너지기구에 따르면 지난해 전기자동차가 전 세계 자동차 판매의 4분의 1을 넘어섰으며, 2035년까지 전기자동차용 리튬 수요가 약 665킬로톤에 달할 것으로 예상된다. 그러나 현재 계획되고 있는 채굴 프로젝트들의 생산량은 약 450킬로톤에 불과해 상당한 공급 부족이 발생할 수 있다는 우려가 제기되고 있다. 재생에너지 저장용 리튬 배터리에 대한 수요까지 고려하면 리튬 생산 능력 확대가 시급한 상황이다.

현재 전 세계 리튬의 약 25%는 칠레와 아르헨티나에서 생산되고 있다. 이 지역에서는 지하 함수층에 자연적으로 존재하는 리튬이 풍부한 염수를 대규모 증발 연못으로 펌프질한 후 햇빛과 바람에 의해 농축시켜 리튬염을 채취하는 방식을 사용하고 있다. 이 방법은 효과적이지만 비효율적이라는 평가를 받고 있다. 염수에는 다양한 용해 염분이 포함되어 있으며, 각 염분의 용해도가 다르기 때문이다. 물이 증발하면서 용해도가 가장 낮은 염분이 먼저 결정화되는 반면, 리튬염은 가장 마지막에 분리된다. 이 과정에서 최대 50%의 리튬이 증발 연못에 남겨지며, 남은 금속을 정제하기 위해 추가적인 담수가 필요하다. 모나시 대학교의 화학생물공학자 왕후안팅 교수는 "기존 공정의 핵심 제약은 담수 사용이며, 또한 매우 느린 과정"이라고 지적했다.

리튬 채굴의 환경 영향은 심각한 수준이다. 염수 매장지는 주로 건조하거나 반건조 지역에 위치하고 있어 이미 담수가 부족한 지역의 물 부족을 더욱 악화시킨다. 네바다 대학교 레노 캠퍼스의 야금공학 연구자 에산 바히디는 물 사용의 심각성을 강조했다. 또한 염수 채굴은 지역 원주민 공동체에 영향을 미치고 습지 생태계를 손상시키는 것으로 알려져 있다. 환경 파괴와 물 부족이라는 이중의 문제로 인해 기존 채굴 방식의 지속가능성에 대한 의문이 제기되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 직접 리튬 추출이라는 대안 기술이 주목받고 있다. 이 방식은 막, 용매, 전기화학적 공정을 이용해 염수에서 리튬 이온을 선택적으로 제거한다. 모나시 대학교의 왕 교수 팀은 염수를 증발시켜 고체 염 혼합물로 만든 후 아세톤과 에탄올을 사용해 리튬염만 선택적으로 용해시키는 방법을 개발했다. 지난달 발표된 실험실 연구에 따르면 이 공정은 존재하는 리튬의 약 95%를 회수했다. 기존 방식과 비교해 담수 사용을 대폭 줄일 수 있다는 장점이 있다. 더욱이 이 방법은 태양광 동력 시스템과 연결해 증발한 물을 포집하고 응축시켜 재활용할 수 있으며, 용매도 회수해 재사용할 수 있다. 왕 교수는 이 기술이 산업 폐기물 흐름과 채굴 잔여물에서 리튬을 회수하는 데도 활용될 수 있을 것으로 예상했다.

RMIT 대학교의 재료과학자 피터 셰렐은 이 접근 방식이 높은 리튬 회수율과 용매 회수 및 재사용 가능성 등 기존 방법보다 여러 장점을 가지고 있다고 평가했다. 다만 산업이 실제 적용을 위해 이 기술에 투자할지는 아직 미지수라고 덧붙였다. 전 세계적으로 전기자동차와 재생에너지 저장 수요가 계속 증가하는 가운데, 환경친화적인 리튬 채굴 기술의 상용화 여부가 향후 에너지 산업의 지속가능성을 결정하는 핵심 요소가 될 것으로 보인다.