이차전지의 핵심 소재이자 미래 핵융합 연료 중 하나인 리튬을 플라즈마 기술로 바닷물에서 추출할 수 있는 가능성이 열렸다.
핵융합발전 연료는 중수소와 삼중수소로, 삼중수소는 핵융합로 내에서 리튬과 중성자를 반응시켜 얻는다.
한국핵융합에너지연구원(이하 핵융합연)은 플라즈마기술연구소 김지훈·양종근 박사팀이 ‘이산화탄소 마이크로파 플라즈마 기술’로 염수에서 기존 방식보다 3배 많은 리튬을 추출하는 데 성공했다고 31일 밝혔다.
플라즈마기술연구소 양종근 박사. 한국핵융합에너지연구원 리튬 생산의 대표적 방법은 리튬이 포함된 염수에 탄산나트륨을 혼합해 탄산리튬으로 추출한다. 이때 탄산리튬에 섞인 나트륨 분순물을 제거하려면 추가 공정이 필요하다.
대안으로 염수에 탄산나트륨 대신 이산화탄소 기체를 주입하는 방식이 있지만, 염소와 리튬이 결합한 리튬염이 존재하는 염수에서는 추출률이 낮은 것이 문제였다.
연구팀은 이산화탄소를 이온화시켜 플라즈마 상태로 처리하는 ‘이산화탄소 마이크로파 플라즈마 기술’로 리튬 추출 효율을 높였다.
플라즈마를 이용한 리튬 광물탄산화 과정, (1)리튬을 포함한 모의 염수에 이산화탄소 플라즈마 처리 모습, (2)모의 염수의 광물탄산화 과정을 통해 고형화 된 탄산리튬(흰색물질), (3)플라즈마 처리를 완료 한 후 침전된 탄산리튬, (4)용액을 여과해 얻은 탄산리튬 분말. 한국핵융합에너지연구원 비교실험 결과 리튬 추출률은 이산화탄소 가스를 직접 주입한 경우 10.3%인 반면 이산화탄소 플라즈마로 처리했을 때 27.8%로 월등했다.
이를 통해 연구팀은 이산화탄소 플라즈마를 구성하는 열과 이온, 전자, 라디칼 등이 리튬 추출 효율에 영향을 주는 것을 확인, 염호보다 리튬 농도가 낮은 바닷물에서도 효율적으로 리튬을 추출할 수 있는 기술개발에 새로운 방법을 제공할 것으로 전망했다.
플라즈마를 이용한 리튬 광물탄산화 장치. 한국핵융합에너지연구원 유석재 핵융합연 원장은 “이번 연구는 반도체공정 등 첨단 분야에서 전천후 역할을 맡고 있는 플라즈마 기술의 새로운 가능성을 제시한 것”이라고 강조했다.
