사우디 KAUST(킹압둘라과학기술대)가 해수에서 고순도 리튬을 경제적으로 추출할 수 있는 시스템을 개발해 주목된다.
리튬은 주로 염호의 소금물을 증발시키거나 스포듀민 광석을 베이스로 생산하고 있으며 해수 매장량이 육지의 약 5000배에 달하지만 농도가 약 0.2ppm으로 매우 낮은 것으로 알려졌다.
세계 각국이 해수에서 리튬을 추출하는 기술을 개발하고 있고 국내에서도 지질자원연구원이 바닷물에 존재하는 리튬을 유리하는 기술을 확보했으나 코스트 문제가 실용화를 가로막고 있다.
반면, KAUST가 개발한 기술은 경제성까지 확보할 수 있어 실용화가 기대되고 있다.
KAUST는 LLTO(Lithium Lanthanum Titanium Oxide) 세라믹 막으로 전기화학 셀을 만들어 홍해 바닷물에서 리튬 추출에 성공한 것으로 알려졌다.
전기화학 셀은 해수를 보내는 공급실을 사이로, 양극을 포함한 구획과 음극을 포함하는 구획으로 구분된 구조이며 전압을 가하면 셀이 양극 쪽에 수소가스를, 음극 쪽에는 염소가스를 발생시킨다.
LLTO 막은 결정구조에 리튬이 통과하기 충분한 크기의 구멍이 나있고 크기가 큰 다른 금속 이온들은 통과할 수 없기 때문에 양이온인 리튬이온만을 양극 쪽으로 이동시켜 축적시킬 수 있는 것으로 알려졌다.
세계적으로 LLTO 막을 리튬이온 추출 및 농축에 사용한 사례는 KAUST가 최초인 것으로 파악되고 있다.
홍해 바닷물을 사용해 3.25V 전압에서 4회 처리를 반복적으로 실시한 실험에서는 리튬 농도를 9000ppm 이상으로 끌어올리는데 성공했고 수용액의 pH를 조정해 배터리에 사용할 수 있는 농도의 고체 인산리튬도 얻을 수 있는 것을 확인했다.
리튬 1kg을 추출하는데 필요한 전력 비용은 5달러 정도이며 함께 발생하는 수소와 염소의 가치를 고려하면 비용 환산이 가능해 매우 경제적인 방법으로 평가되고 있다.
KAUST 연구팀은 앞으로 프로세스 최적화에 주력하며 코스트가 낮은 대형 LLTO 막을 생산하기 위해 유리 생산기업 등과 협력할 예정이다. (K)