‘인공태양’ 원료 리튬-6, 친환경 분리 성공 작성일 03-21 114 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <strong class="summary_view" data-translation="true">미국-스위스 공동 연구팀 성과<br>독성 물질 수은 통한 기존 추출법… 현재는 금지돼 사실상 생산 중단<br>친환경 물질 제타-바나듐 산화물… 리튬 동위원소 선택적 포획 성공<br>주요 선진국 속속 연구 뛰어들어… 韓, 핵융합 선도하려면 기술 필수</strong> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="7a78gKQ00G"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="80394690691aabc46bb12c21ccb36b60da6d909ee830f6a8626f617b677118a8" dmcf-pid="zi39J7f5UY" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="한국초전도핵융합연구장치(KSTAR). 과학기술정보통신부 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/donga/20250321030312066bmen.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="UfasXkCnzX" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/donga/20250321030312066bmen.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 한국초전도핵융합연구장치(KSTAR). 과학기술정보통신부 제공 </figcaption> </figure> <div contents-hash="91995d796ba2fd79467e669f3b4c7f27be6f283ce9eaca7777f6f85dffa36c92" dmcf-pid="qn02iz413W" dmcf-ptype="general"> 핵융합 연료 생산에 필수적인 ‘리튬-6’를 수은 없이 분리할 수 있는 새로운 친환경 기술이 개발됐다. 태양이 에너지를 만드는 원리와 유사해 ‘인공태양’으로 불리는 핵융합 에너지 원료 공급 판도가 뒤바뀔 것이란 전망이 나온다. </div> <p contents-hash="b986e64e62e944baf26c6b39bc969b656aca105c484c6e133ad4ab1121d8417b" dmcf-pid="BLpVnq8t0y" dmcf-ptype="general">사르바짓 바네르지 미국 텍사스A&M대·스위스 취리히연방공대 교수 연구팀은 자연계에서 존재하는 리튬에서 리튬-6 동위원소(같은 원소지만 중성자 수가 다른 원소)를 분리하는 데 수은 대신 제타-바나듐 산화물(ζ-V₂O₂)이라는 무기 화합물을 사용하는 새로운 공정을 개발하고 연구 결과를 국제학술지 ‘켐(Chem)’에 20일(현지 시간) 발표했다. <br><strong><br>● 수은 쓰지 않고 순도 높은 리튬-6 생산</strong></p> <p contents-hash="9ddd66302d867e798eb6d8a34fc8f691a0e7581ede39fc1f816e03244fe45d49" dmcf-pid="boUfLB6FFT" dmcf-ptype="general">리튬-6는 리튬-7과 함께 리튬을 구성하는 안정적인 동위원소다. 핵융합 반응을 일으키는 삼중수소의 핵심 원료다. 바닷물과 같은 자연에 존재하는 리튬에서 인공적으로 분리해 얻을 수 있지만 60여 년 전 생산이 사실상 중단됐다. 기존 분리 공정인 칼럼교환(COLEX) 방식에서 사용되는 액체 수은이 환경 오염을 일으키기 때문이다.</p> <p contents-hash="17bf6f050c1ea2f262ce0b2d74be894e8b943662f890c8e6bf4b4539a9536fed" dmcf-pid="Kgu4obP3zv" dmcf-ptype="general">미국은 1963년 COLEX를 비롯한 수은 기반 공정을 금지했다. 현재 전 세계 연구기관들은 당시 생산된 리튬-6 비축분을 활용하고 있다. COLEX 공정은 액체 수은과 수산화리튬(LiOH) 용액 사이에서 리튬-6가 수은에 더 잘 녹는 특성을 활용해 리튬-6와 리튬-7을 분리하는 방식이다.</p> <p contents-hash="30ba34e462cad9a8cf3b53a48ddb32a8d2db927ef0237a087a7a739078e6bea4" dmcf-pid="9a78gKQ03S" dmcf-ptype="general">이번 연구에서는 리튬-7과 리튬-6를 분리하는 핵심 소재로 독성이 없는 무기 화합물을 사용했다. 리튬이온을 포획하는 능력이 뛰어나 배터리 전극 소재로 주목받는 제타-바나듐 산화물이 리튬의 동위원소까지 선택적으로 포획하는 능력이 있음을 확인했다.</p> <p contents-hash="84b5c316e558529dfa2ccc709c8c58375350d07985ca037c1d85a5fbdb04990d" dmcf-pid="2Nz6a9xp3l" dmcf-ptype="general">연구팀의 실험에서 리튬이온이 포함된 수용액을 흐르게 한 상태로 전압을 가하자 양전하를 띤 리튬 이온이 음전하를 띤 제타-바나듐 내부로 끌려 들어가는 현상이 발생했다. 이때 리튬-6와 리튬-7은 서로 다른 움직임을 보였다. 제타-바나듐은 상대적으로 질량이 가벼운 리튬-6를 더 강하게 붙잡고 상대적으로 무거운 리튬-7은 더 쉽게 빠져나갈 수 있게 했다.</p> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="3d3186a4d6dd3f3c29b1a4066be10bafac489701d74f10c71a33451d7c1cbb19" dmcf-pid="VjqPN2MU0h" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="제타-바나듐을 활용한 리튬-6 동위원소 농축 과정을 표현한 이미지. 상대적으로 질량이 무거운 리튬-7이 포획되지 않고 튕겨나가는 모습을 나타냈다. 해리스 콜·앤드루 에자지 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/donga/20250321030313347igyv.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="uSPoOeNfuH" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img1.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/donga/20250321030313347igyv.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 제타-바나듐을 활용한 리튬-6 동위원소 농축 과정을 표현한 이미지. 상대적으로 질량이 무거운 리튬-7이 포획되지 않고 튕겨나가는 모습을 나타냈다. 해리스 콜·앤드루 에자지 제공 </figcaption> </figure> <div contents-hash="c4af320071fabd49500d6a8bfc4a2c50919c613abaf46847bc29f294eee7739c" dmcf-pid="fxX7QFBWFC" dmcf-ptype="general"> 연구팀은 이 같은 원리를 ‘스프링’에 비유하며 “리튬-7은 더 무겁기 때문에 쉽게 튕겨져 나가지만 리튬-6는 더 가볍기 때문에 제타-바나듐과 단단히 결합한다”고 설명했다. 또 리튬 이온이 제타-바나듐에 흡착될 때는 색상도 바뀌었다. 밝은 노란색에서 짙은 올리브색으로 변화하며 동위원소가 분리되는 과정을 육안으로 확인했다. </div> <p contents-hash="a5910f7fe649dd1e7a74b99e85446d439f4ef69bf7b9844a838485506049c911" dmcf-pid="4MZzx3bYzI" dmcf-ptype="general">실험 결과 제타-바나듐 기반 공정은 단 한 번의 분리 공정으로 자연계 리튬에서 리튬-6의 농도를 5.7%로 증가시켰다. 핵융합 원료를 만드는 데 적합한 농도 30% 이상의 리튬-6를 얻기 위해선 이 공정을 25회 반복해야 한다. 45회 반복하면 90% 이상의 고농도 원료를 얻을 수 있는 것으로 나타났다. 기존 COLEX 공정에 버금 가는 효율이다.</p> <p contents-hash="1c44b678152c98db6fd2ced556ad84cfd1bfa855e94acaaaf55fc124689880c6" dmcf-pid="8R5qM0KG7O" dmcf-ptype="general"><strong>● 한국도 리튬-6 분리 기술 자체 개발 필요<br></strong><br> 한국은 국제핵융합실험로(ITER)에 참여하고 한국형초전도핵융합연구장치(KSTAR)를 직접 운영하는 등 핵융합 에너지 초기 선도국으로 꼽히지만 에너지 상용화를 위해 반드시 필요한 리튬-6는 전량 수입에 의존하고 있다. 미국에서 전략물자로 분류된 리튬-6는 엄격한 수출 규제가 따라붙는다.</p> <p contents-hash="0cebe4318aa117118e6f8641e4c01c4fd5429032d78b29eff3a65394908cbdde" dmcf-pid="6e1BRp9Hzs" dmcf-ptype="general">이에 따라 국내 전문가들은 핵융합 에너지 상용화 시대에 대비하기 위해선 친환경적인 리튬-6 분리 기술을 자체 개발할 필요가 있다고 말한다. 한국은 2013년 연구용으로만 사용하기로 한다는 조건으로 미국 오크리지 국립연구소에서 500g을 구매한 것이 마지막 수급이다. 단가는 g당 약 10만 원에 달했다. 한국핵융합에너지연구원이 운영 중인 KSTAR에서 핵융합 연료인 삼중수소를 만드는 장비인 증식블랭킷에는 농도 90% 이상의 리튬-6가 10t 이상 필요하다. 2013년 구매 단가를 기준으로 하면 가격은 1조 원에 이른다.</p> <p contents-hash="2203ce03af669425c068f2bc35cb8cd51d1c9cd959fbb08d2d974d49bca08e45" dmcf-pid="PdtbeU2X0m" dmcf-ptype="general">주요 선진국은 이미 리튬-6 분리 공정 개발에 적극 나섰다. 일본 방사선의학연구소(QST)는 2010년대 초반부터 분리막을 이용해 분리·농축하는 기초연구를 진행하고 있다. 유럽연합(EU)도 리튬 동위원소의 분리 및 농축 관련 기술 개발을 들여다보고 있는 것으로 파악된다.</p> <p contents-hash="6f8786d60d4966ed3bcc8d27eeabd4b9b8e661c2b153631bf2942c9cd4ac9170" dmcf-pid="QJFKduVZUr" dmcf-ptype="general">한국은 1980년대 중반 이온교환수지를 활용하는 방식의 연구가 수행됐지만 이후로는 관련 연구가 미미한 상황이다. 박이현 핵융합에너지연 책임연구원은 “핵융합에너지연에선 리튬-7만이 통과하는 분리막을 활용하는 방식을 모색 중”이라며 “현재는 관련 데이터를 확보하고 있는 단계”라고 말했다.</p> <p contents-hash="00e4a2771d4833495a958295b7630c8a60b53b5cf41f301f74a6a8f8ad0df2f1" dmcf-pid="xi39J7f5pw" dmcf-ptype="general">박정연 동아사이언스 기자 hesse@donga.com</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아일보. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 ‘유령 입자’ 중성미자 분석 결과… 양자 중력 이론 예측과 달랐다 03-21 다음 "애 있는 돌싱도 상관 없어" 연륜 안고 돌아온 男출연자들 03-21 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
