알루미늄LDH

[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.