KIGAM 한국지질자원연구원

에너지 전환시대의 주역, 희소금속

박계순 센터장(자원탐사개발연구센터), 허철호 센터장(희소금속광상연구센터)

기후위기는 화석연료 기반의 에너지 시대에서 핵심광물기반의 청정에너지 시대로의 전환을 요구하고 있다. 탄소중립 실현 방안 중 하나로 전기자동차가 주목받으면서 세계 각국이 배터리의 핵심소재인 희소금속 확보에 힘쓰고 있다. 이제 희소금속은 환경을 위해서는 물론 첨단산업을 위해서도 매우 중요한 소재가 되었다. 한국지질자원연구원 역시 희소금속 확보를 위해국내 광물자원 탐사 개발을 본격적으로 시작했다. 희소금속 연구에 관해 이야기를 나누기 위해 한자리에 모인 박계순 센터장과 허철호 센터장은 광물과 인류 문명의 발달에서부터 희소금속으로 완성될 탄소중립 시대의 모습까지 다채로운 주제를 다루었다.

인류 문명과 광물의 발전



허철호: 먼저 광물과 암석, 금속의 개념을 정리할 필요가 있을 것 같습니다. 광물은 자연계에서 형성된 고체 물질로 일정한 화학조성과 특징적인 내부구조를 갖는 무기물로 정의됩니다. 암석은 자연계에서 형성된 무기물의 고체집합체로서 지구시스템의 일부입니다. 암석 대부분은 주로 광물로 구성되어 있으므로, 암석의 종류와 암석에 함유된 광물 간의 관계를 주의하여 관찰할 필요가 있습니다. 경제성 및 비경제성 광상(한 가지 이상의 광물이 부하되어 있는 암석)을 구분하기 위해 광석(ore)이라는 용어를 사용하는데, 한 개 이상의 광물을 경제적으로 추출할 수 있는 광물 집합체를 말합니다. 지구상에 부존된 광물자원은 수백 종에 이르며 각 광종별 물리, 화학적 성질이 다릅니다. 이러한 특성을 반영해 광물 탐사가 진행되고 있지 않습니까?

박계순: 맞습니다. 우리가 초등학교 시절 소풍에서 많이 했던 보물찾기를 생각해보면, 우선 눈에 보이는 보물 종이를 찾고, 그 다음 종이를 숨길만 한 나무나 풀숲 틈새, 바위 밑 이런 곳을 찾게 됩니다. 그리고 너무 깊숙이 숨겨놓은 보물은 끝내 찾지 못하게 되죠. 광물자원도 마찬가지입니다. 우선 우리 눈에 보이는 광석을 먼저 찾게 되고, 그 다음 광석이 배태될 가능성이 큰 지질 구조를 찾아 그 곳에 광석이 있는지 탐사를 수행하게 됩니다. 인류세라는 말이 나올 정도로 지구에 많은 영향을 끼친 인류는 우리가 알고 있고 필요한 광석에 한해서 눈에 보이는 광석은 많은 부분 이미 개발해서 사용했다고 생각합니다. 따라서 이제는 광석이 배태된 광체를 찾기 위해 땅속 깊은 곳을 탐사해야하는 시기입니다. 최근에는 땅속을 탐사할 수 있는 물리탐사 방법을 활용해 지하의 구조를 해석하고, 광석이 배태될만한 곳을 찾아 탐사를 수행하고 있습니다.

허철호: 희소금속광상연구센터에서도 배터리 양극재의 핵심소재인 리튬을 확보하기 위하여 2020년부터 울진의 리튬광화대를 대상으로 탐사를 수행해오고 있습니다. 여러 탐사 기법으로 도출된 결과를 3D모델링으로 구축하고, 2021년 말 정밀탐사대상지를 선정했습니다. 현재 정밀탐사대상지 내에 체계적인 시료 분석을 통해 리튬 부존량을 산정하고자 합니다. 전기차 배터리 양극재에 사용되는 핵심 광종인 리튬,니켈, 코발트, 망간을 확보하기 위하여 국내 30여개 폐광 및 150여개 관련 광구를 조사하여 정밀 탐사대상지를 선정할 예정이며, 우리 연구원에서 발간한 전국지구화학도(1:70만 축척)를 기반으로 핵심광종 고함량 지역(백분율 95%이상)을 추출하여 정밀지구화학탐사를 수행하고 잠재성이 있는 잠두 광상을 찾는 연구를 수행할 계획입니다.





박계순: 에너지 전환 시대를 맞이한 지금 희소금속을 확보하지 못한다면 우리 산업의 유지 자체가 어려울 수 있다고 생각합니다. 희소금속 확보를 통해 기대할 수 있는 효과도 물론 중요하지만, 반대로 희소금속을 확보하지 못할 경우를 생각해보면 희소금속의 중요성이 얼마나 큰지 더 잘 알 수 있을 것입니다. 자원탐사개발연구센터의 연구 목표는 시대에 맞는 광물자원 탐사기술을 개발하고 구축하는 것입니다. 심부화되고 있는 광물자원의 효과적인 개발에 기여하는 기술을 구축하기 위한 연구를 지속적으로 수행하겠습니다.

허철호: 전 세계가 연간 배출하는 이산화탄소환산톤은 510억 톤으로 알려져 있습니다. 우리나라도 연간 7억 톤(환경부 국가 온실가스통계)을 배출하고 있습니다. 2050년까지 배출되는 탄소와 흡수되는 탄소량을 같게 해 순 배출이 0이 되게 하는 탄소중립이 화두인 상황입니다. 기존의 에너지시스템도 전통적인 탄화수소 기반에서 희소핵심광물기반의 청정에너지로 전환되고 있습니다. 전기차의 경우, 전통적인 내연기관보다 희소핵심광물을 6배, 태양광, 풍력 등 전력시스템에서는 희소핵심광물을 9배 이상 사용해야합니다. 희소핵심광물의 확보와 그와 관련된 기반기술을 개발하여 국내외에서 공갑망 안정화에 기여할 수 있습니다. 특히, 원자재의 안정적인 공급에 취약한 K배터리의 위상은 더욱 높아질 것으로 판단됩니다.