인공태양 원료 리튬-6 친환경 생산 길 열어...핵융합 연구 판도 흔들어 작성일 03-21 105 목록 <div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> <div class="article_view" data-translation-body="true" data-tiara-layer="article_body" data-tiara-action-name="본문이미지확대_클릭"> <section dmcf-sid="Puf99p9Hi7"> <figure class="figure_frm origin_fig" contents-hash="79c41be2d2415a0af13db62c64e04c9ccd6d4c7f4632dd27c1d16d42d90a82ec" dmcf-pid="Q7422U2XMu" dmcf-ptype="figure"> <p class="link_figure"><img alt="제타-바나듐을 활용한 리튬-6 동위원소 농축과정을 표현한 이미지. 상대적으로 질량이 무거운 리튬-7이 포획되지 않고 튕겨나가는 모습을 나타냈다. Harris Kohl / Andrew Ezazi 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/dongascience/20250321101220484bqla.jpg" data-org-width="680" dmcf-mid="6TdMM2MUdz" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img2.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202503/21/dongascience/20250321101220484bqla.jpg" width="658"></p> <figcaption class="txt_caption default_figure"> 제타-바나듐을 활용한 리튬-6 동위원소 농축과정을 표현한 이미지. 상대적으로 질량이 무거운 리튬-7이 포획되지 않고 튕겨나가는 모습을 나타냈다. Harris Kohl / Andrew Ezazi 제공 </figcaption> </figure> <p contents-hash="3dd7d5af507ad65e4a011c24396e3b5cc46f3b8e3630e401d81a0d2308b5d8f5" dmcf-pid="xz8VVuVZdU" 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. </p> <p contents-hash="20951bc741e2ffcc4c3dfbed882db411d72c2b164852f9ef6fd206524ea1037c" dmcf-pid="yElIIcIiip" 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-V₂O₅)이라는 무기 화합물을 사용하는 새로운 공정을 개발하고 연구 결과를 국제학술지 '켐(Chem)'에 20일(현지시간) 발표했다. </p> <p contents-hash="6274c25555802c563350a961edb053952e862fce0b5e30826bc801a75a246fe0" dmcf-pid="WDSCCkCni0" dmcf-ptype="general"><strong>● 수은 쓰지 않고 순도 높은 리튬-6 생산</strong></p> <p contents-hash="46ce81807e2132d5e90d47a87ad650906b8f664e9b8c29f68370aaec39fb6c27" dmcf-pid="YKx66B6Fe3" 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 60여년 전 생산이 사실상 중단됐다. 기존 분리 공정인 컬럼교환(COLEX) 방식에서 사용되는 액체 수은이 환경 오염을 일으키기 때문이다.</p> <p contents-hash="c15d86d90b1dc75fb73243a12be0713eca327a057879aa062b1da948e914add4" dmcf-pid="G9MPPbP3JF" dmcf-ptype="general">미국은 1963년 COLEX를 비롯한 수은 기반 공정을 금지했다. 현재 전세계 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="17464f71d156a049f10dec6d3f516cd61cd3c7c7b0830d16e289c8e5f5336056" dmcf-pid="H2RQQKQ0Rt" 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="b45bb2251de5f3c64f0d87982f01e5ee61d34b59734b4b6ed8c18dd1dbd869b5" dmcf-pid="XVexx9xpJ1" 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> <p contents-hash="e17bd191e35c49c9d2d16c9aa3d2cd61b891ce580abf5e69fd4532d06cc686fd" dmcf-pid="ZfdMM2MUi5" dmcf-ptype="general">연구팀은 이같은 원리를 '스프링'에 비유하며 "리튬-7는 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 동위 원소가 분리되는 과정을 육안으로 확인했다.</p> <p contents-hash="ad2857400c0ea22105f80ee15e43a1a64e1e818cfd4e9b3503e694556d0bbbe5" dmcf-pid="54JRRVRuMZ" dmcf-ptype="general">실험 결과 제타-바나듐 기반 공정은 단 한번의 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="c81e0b6efc3b5b7092d3266f1550b0acf0ea6eafe13f23e8b81ab30f8a8b5969" dmcf-pid="18ieefe7LX" dmcf-ptype="general"><strong>● 한국도 리튬-6 분리 기술 자체 개발 필요</strong></p> <p contents-hash="aa57fc4a5fdc62177cc26ce9bf06985191e79e0dd3a8043c00e3ff00bd2fc205" dmcf-pid="t6ndd4dzRH" dmcf-ptype="general">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="a6fbfa3f96bc98a276bdacf87ff9491253814f9e20349045280b87730e16dd91" dmcf-pid="FPLJJ8JqMG" 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 1g당 약 10만원에 달했다. 한국핵융합에너지연구원이 운영 중인 KSTAR에서 핵융합 연료인 삼중수소를 만드는 장비인 증식블랑켓에는 농도 90% 이상의 리튬-6가 10톤(t) 이상 필요하다. 2013년 구매 단가를 기준으로 하면 가격은 1조원에 이른다.</p> <p contents-hash="f26e7f8c9ff31c55583562e0ee532df5256e598443b97381fb32d9c15038b27d" dmcf-pid="3Qoii6iBLY" 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 리튬동위원소의 분리 및 농축 관련 기술 개발을 들여다보고 있는 것으로 파악된다.</p> <p contents-hash="25c436296a79119503d199e25cac7488efa9eff3ae3eef40c3db49b62981031c" dmcf-pid="0xgnnPnbdW" dmcf-ptype="general">한국은 1980년대 중반 이온교환수지를 활용하는 방식을 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="4044a377fd38664ccdfc3983bc636885946db2bea885760c6f7031656cf85711" dmcf-pid="pMaLLQLKJy" dmcf-ptype="general"><참고 자료><br> - doi.org/10.1016/j.chempr.2025.102486</p> <p contents-hash="1ebd7918b3b90de336fe2334d0fbb06ffd0ea2cf372e5a4fdd04cfdefccc32bd" dmcf-pid="URNooxo9dT" dmcf-ptype="general">[박정연 기자 hesse@donga.com]</p> </section> </div> <p class="" data-translation="true">Copyright © 동아사이언스. 무단전재 및 재배포 금지.</p> 관련자료 이전 지중해 바닥서 얻은 중성미자 데이터, 우주 기원 이론 예측과 일부 달라 03-21 다음 SKT "클로드로 만든 텔코 LLM, 고객상담 효율성 높였다" 03-21 댓글 0 등록된 댓글이 없습니다. 로그인한 회원만 댓글 등록이 가능합니다.
