미래에너지기술

[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 강정신 박사 기술소개

급변하는 과학 기술의 발전 뒤에는 환경 파괴라는 부작용이 따랐습니다. 이를 해결하기 위해 전 세계는 태양광이나 풍력 같은 친환경 에너지 개발에 박차를 가하고 있으며, 산업계 전반에서도 에너지 효율을 높이고 탄소 배출을 줄이기 위한 노력이 이어지고 있습니다. 특히 수송 분야에서는 동력원을 친환경 에너지로 전환하고 기체 자체를 가볍게 만들어 소비 효율을 극대화하는 연구가 활발합니다. 여기서 마그네슘은 실용 금속 중 가장 가볍다는 특징 덕분에 부품 경량화의 핵심 소재로 주목받으며 수송 수단과 산업 전반에서 그 중요성이 점차 커지고 있습니다. 현재 마그네슘 생산의 주류인 방식들은 각기 뚜렷한 장단점을 가지고 있습니다. 전 세계 생산량의 80% 이상을 차지하는 열환원법은 공정 과정에서 막대한 에너지를 소모할 뿐만 아니라, 대안인 전기분해법에 비해 탄소 배출량이 약 1.5배나 많다는 단점이 있습니다. 또한 공정 중 발생하는 유해 물질로 인해 환경 오염을 유발한다는 비판을 피하기 어렵습니다. 이러한 이유로 최근 중국을 비롯한 주요 생산국들은 환경 부하를 줄이기 위해 기존 방식을 탈피하여 더욱 진보된 전기분해법으로의 전환을 적극적으로 검토하며 기술적 변화를 시도하고 있습니다. 한국지질자원연구원(KIGAM)은 이러한 세계적 흐름에 발맞춰 산화 마그네슘을 원료로 사용하는 친환경적이고 효율적인 신제련 기술을 새롭게 개발했습니다. 이 기술은 순도 99.99% 이상의 초고순도 마그네슘을 생산할 수 있는 혁신적인 공정으로, 크게 두 단계로 진행됩니다. 먼저 약 750도 환경에서 용융염 전해를 통해 마그네슘 중간 합금을 제조합니다. 이후 제조된 합금을 진공 증류기에 넣고 약 1,300K의 고온에서 증류 과정을 거치게 됩니다. 이 과정에서 증기압의 차이를 이용해 불순물을 걸러내고 최종적으로 우리가 원하는 초고순도의 마그네슘 금속을 정밀하게 추출해 냅니다. 이번에 개발된 신제련 기술은 기존의 복잡했던 6단계 생산 공정을 단 2단계로 획기적으로 단축하여 생산 효율을 극대화했습니다. 특히 전해 공정에서 액체 금속 음극을 사용함으로써 어떤 금속을 선택하느냐에 따라 다양한 종류의 마그네슘 합금을 자유롭게 제조할 수 있다는 장점이 있습니다. 환경적인 측면에서도 독성이 강한 염소 가스나 부식성 가스 대신, 전극의 종류에 따라 산소나 CF 가스만이 발생하기에 매우 친환경적입니다. 또한 원료의 순도가 다소 낮더라도 공정 운전 온도를 조절하여 초고순도 금속을 얻을 수 있어 원료 확보 측면에서도 뛰어난 유연성을 보여줍니다. 이 기술은 알루미늄 제련 분야에서 이미 검증된 상용화 기술과 유사한 구조를 가지고 있어, 실제 산업 현장에 적용할 때 발생할 수 있는 문제를 조기에 해결할 수 있다는 강점이 있습니다. 이는 곧 빠른 상용화가 가능하다는 것을 의미하며, 초고순도 마그네슘의 특성을 살려 경량화 부품뿐만 아니라 고부가가치 산업인 바이오 의료 분야까지 그 활용 범위를 넓힐 수 있을 것으로 기대됩니다. 한국지질자원연구원은 앞으로도 국토 핵심 자원의 확보와 혁신적인 기술 개발을 통해 국가 산업 발전을 이끌고, 환경과 산업이 공존하는 미래를 만드는 데 중추적인 역할을 수행할 것입니다.