MIT, 암석서 리튬 추출 ‘저에너지 혁신 공정’ 개발…비용·에너지 대폭 절감

[디지털투데이 AI리포터] MIT 연구진과 보스턴 지역 기업들이 스포듀민에서 리튬을 추출하는 새로운 공정을 개발했다.

28일(현지시간) IT매체 아스테크니카에 따르면, 해당 공정은 기존 방식보다 에너지 사용량과 비용을 줄이고, 공정에 사용된 핵심 시약을 재활용할 수 있도록 설계됐다.

리튬이온 배터리는 이미 대규모 생산 체계와 공급망이 구축돼 있어, 새로운 배터리 기술이 등장하더라도 가격 경쟁에서 우위를 확보하기 어렵다. 다만 경제적으로 채굴 가능한 리튬 자원은 제한적이다. 가장 저렴한 공급원으로 꼽히는 리튬 염수는 주로 남미에 집중돼 있으며, 전 세계에 널리 분포한 스포듀민은 처리 과정에서 높은 에너지 소비와 폐기물 문제가 있었다.

기존 공정은 광석을 약 1000도까지 가열해 구조를 변화시킨 뒤 황산으로 리튬을 침출하는 방식이다. 이후 탄산리튬 등 배터리 원료로 전환하는 과정에서 황 함유 폐기물이 발생한다.

새 공정은 플루오린화 암모늄을 물에 용해한 뒤 약 70도에서 가열하는 방식이다. 이 과정에서 리튬은 플루오린화 리튬 수용액 형태로 분리되며, 규소와 알루미늄도 각각 다른 형태로 분리된다. 공정에서 생성된 암모니아와 수소 플루오린화물은 재반응을 통해 출발 물질인 플루오린화 암모늄으로 재생할 수 있다.

부산물 활용도 가능하다. 알루미늄 경로에서는 순도 98% 이상의 산화알루미늄이 생성됐고, 규소 경로에서는 이산화규소가 얻어졌다. 연구진은 이 이산화규소가 콘크리트 강도 개선에 기여할 수 있다고 확인했다. 남은 플루오린화 리튬은 배터리 전해질 원료인 LiPF6 제조에 활용할 수 있으며, 질산과 반응시켜 질산리튬으로 전환하는 추가 경로도 제시됐다.

경제성 평가에서도 차이가 나타났다. 기존 소성·황산 공정은 리튬 1톤당 약 9000달러(약 1400만원) 수준의 비용이 들었지만, 새 공정은 약 5000달러(약 750만원) 수준으로 낮아지는 것으로 추산됐다. 부산물까지 판매할 경우 전체 비용은 1000달러(약 150만원) 이상 추가로 절감될 수 있다.

다만 후속 단계에서는 300도와 700도 수준의 추가 가열이 필요하고, 수소 플루오린화물 등 위험 물질을 취급해야 한다. 리튬 가격 변동, 광석 품질, 설비 투자 비용에 따라 실제 사업성은 달라질 수 있다.