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[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 박인수 박사 기술소개

전기차 시장의 급성장으로 배터리의 핵심 원료인 리튬 확보는 국가 경쟁력을 결정짓는 전략적 요건이 되었습니다. 전 세계적으로 리튬 수요는 폭발적으로 증가하여 2025년에는 약 30만 톤에 이를 전망입니다. 하지만 전통적인 리튬 생산 방식은 드넓은 부지에서의 자연 증발에 의존하기에 1년 이상의 긴 시간이 소요되고 기후 변화에 취약하다는 단점이 있습니다. 이러한 한계는 급증하는 수요를 충족하기에 역부족이며, 자원 안보 차원에서도 새로운 기술적 대안 마련이 시급한 실정입니다. 한국지질자원연구원(KIGAM)은 이러한 문제를 해결하고자 저농도 염호에서도 리튬을 고속으로 추출할 수 있는 혁신적인 신공정을 개발했습니다. 자연 증발 방식의 한계를 극복하고 화학적 반응을 통해 생산 효율을 극대화한 것이 이 기술의 핵심입니다. 과거에는 경제성이 낮아 개발되지 못했던 저농도 염호나 폐리튬 배수에서도 리튬을 효과적으로 회수할 수 있는 길이 열린 것입니다. 이는 자원 빈국인 우리나라의 글로벌 자원 경쟁력을 한 단계 격상시키는 중요한 발판이 될 것으로 기대됩니다. 신공정의 구체적인 원리는 리튬 염호에 알루미늄 소스를 공급하여 불용성 복합체 형태로 리튬을 침전시키는 방식입니다. 이후 화학적 반응을 거쳐 수용성의 황산 리튬 용액으로 변환하게 되는데, 이 과정에서 리튬의 분리와 농축이 매우 용이해집니다. 무엇보다 12개월에 달하던 생산 기간을 단 10일 정도로 단축했다는 점은 산업계에 혁신적인 변화를 예고합니다. 공정의 단순화는 대규모 설비 투자 부담을 줄여주며, 기후와 관계없이 안정적인 생산을 가능하게 만듭니다. 경제성과 효율성뿐만 아니라 환경적 지속 가능성 또한 이 기술의 큰 장점입니다. 공정 중에 사용되는 알루미늄 화합물은 부산물로 발생한 뒤 재활용을 통해 다시 공정에 투입할 수 있어 자원 순환을 실현합니다. 또한 낮은 에너지 반응을 활용하여 탄소 배출을 줄이고 공정 과정에서 수자원 확보도 가능합니다. 생산된 고농도 황산 리튬 용액은 전기차용 고용량 배터리에 필수적인 수산화 리튬 제조에 최적화된 특성을 갖추고 있어, 차세대 배터리 시장에서 우위를 점할 수 있습니다. 결론적으로 KIGAM의 리튬 고속 추출 기술은 대한민국의 자원 안보를 강화하고 에너지 패러다임의 전환을 선도하는 핵심 동력입니다. 효율적인 리튬 확보는 해외 의존도를 낮추고 국내 배터리 산업의 안정적인 생태계를 구축하는 데 기여할 것입니다. 연구원은 앞으로도 지속적인 기술 고도화를 통해 국토의 안심 개발과 자원 확보라는 국가적 사명을 완수해 나갈 계획입니다. 세계 일류의 연구 기관으로서 KIGAM이 보여줄 혁신적인 성과들은 대한민국의 미래 산업 발전을 든든하게 뒷받침할 것입니다.

[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 박인수 박사 발표

전기차 시장의 폭발적인 성장과 함께 핵심 부품인 리튬 이온 배터리의 수요가 급격히 늘어나고 있습니다. 리튬은 주로 염호나 광물에서 생산되는데, 특히 염호에서 리튬을 추출하는 전통적인 자연 증발 방식은 고농도 염호(1,000ppm 이상)를 필요로 하며 생산 기간도 10개월 이상으로 매우 깁니다. 기후 변화에 취약하고 회수율이 낮다는 점 또한 기존 방식의 치명적인 약점으로 지목되어 왔습니다. 따라서 저농도 염호에서도 빠르고 안정적으로 리튬을 추출할 수 있는 새로운 기술에 대한 요구가 전 세계적으로 높아지고 있습니다. 한국지질자원연구원에서 개발한 신기술은 리튬 농도가 낮고 불순물이 많은 미개발 염호를 공략하는 데 최적화되어 있습니다. 이 공정은 염호에 알루미늄 공급원을 투입하여 리튬을 불용성 화합물로 침전시키는 방식입니다. 형성된 침전물을 황산과 반응시키면 수용성의 황산리튬과 불용성의 알루미늄 산화물이 만들어집니다. 이를 수침출 공정으로 분리하면 배터리 제조의 핵심 원료인 탄산리튬이나 수산화리튬을 만드는 데 쓰이는 고순도 황산리튬 용액을 얻을 수 있습니다. 공정에서 생성된 알루미늄 산화물은 다시 재활용이 가능해 효율성이 매우 높습니다. 새로운 기술의 가장 큰 혁신은 획기적인 시간 단축과 친환경 특성에 있습니다. 기존 방식이 1년 가까운 시간을 소요했다면, 이 기술은 단 10일 이내에 최종 리튬 화합물을 제조할 수 있습니다. 별도의 농축 공정이나 복잡한 불순물 제거 과정이 필요하지 않아 생산 효율이 극대화됩니다. 또한 리튬 농도가 300ppm 이하인 저농도 염호에서도 80% 이상의 높은 회수율을 보장합니다. 증발 공정을 사용하지 않기에 귀중한 수자원을 보존할 수 있으며, 첨가제로 쓰이는 알루미늄을 반복해서 재사용할 수 있어 폐기물 발생이 거의 없는 친환경 공법입니다. 전 세계적으로 다양한 추출 기술의 고도화가 진행되고 있으나, 대다수는 경제성이나 효율성 측면에서 상용화의 벽을 넘지 못하고 있습니다. 반면 이번 기술은 단순화된 침전과 산성화 공정을 도입하여 시장 경쟁력을 확보한 것이 특징입니다. 특히 배터리 산업의 흐름이 고도화됨에 따라 원재료 가공 효율을 높이는 기술력은 국가의 핵심적인 산업 자산이 됩니다. 독자적인 공정 체계를 통해 시장의 요구에 기민하게 대응할 수 있는 발판을 마련했다는 점이 중요하며, 이는 향후 관련 소재 산업의 성장을 견인할 강력한 동력이 될 것입니다. 리튬 가격의 변동성과 공급망 불안이 지속되는 가운데, 독자적인 리튬 추출 기술은 미래 에너지 안보의 핵심 열쇠가 될 것입니다. 연구팀은 리튬 용액으로부터 배터리급 화합물을 제조하는 다수의 특허를 보유하고 있으며, 이는 리튬 이온 배터리의 양극재나 전해질 등 고부가가치 소재 산업으로 이어집니다. 앞으로 이 기술이 미개발 저농도 염호에 본격적으로 적용된다면 리튬 자원의 안정적인 장기 공급이 가능해질 것으로 기대됩니다. 지속적인 기술 고도화를 통해 차세대 에너지 자원 시장에서 기술 주도권을 확보하고 관련 산업의 성장을 지속적으로 지원해 나가야 합니다.

염호리튬

[2020 한국지질자원연구원 Geo Tech Biz Partnering] 박인수 박사 기술소개

한국지질자원연구원KIGAM iN 실험실

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