지난 2월, 포스코는 아르헨티나에서 상업용 리튬 생산 공장 착공식을 가졌는데요. 2010년부터 리튬을 미래의 주요 먹거리로 보고, 관련 기술을 끊임없이 연구 및 발전시켜 온 결실 중 하나라고 볼 수 있습니다. 그렇다면, 리튬은 왜 ‘미래산업의 쌀’이라 불리는 걸까요? Hello, 포스코와 함께 알아보시죠.
원자기호 3번, 기호는 Li
리튬(lithium)은 알칼리 금속에 속하는 화학 원소로, 기호는 Li이고 원자 번호는 3입니다. 원자번호는 지구 상에 존재하는 물질을 가장 가벼운 무게 순으로 매기므로, 원자번호가 3번이라는 것은 리튬이 이 세상에서 세 번째로 가벼운 물질이라는 뜻이죠. 참고로 원자번호 1번은 수소, 2번은 헬륨입니다.
리튬이라는 이름은 돌을 뜻하는 그리스어 리토스(λίθος, líthos)에서 유래되었는요. 이 물질이 광석에서 처음으로 발견되었기 때문이죠.
어떻게 발견되었을까?
리튬이 포함된 엽장석(葉長石, petalite)은 브라질의 학자인 조제 보니파시우 데 안드라다 에 시우바(José Bonifácio de Andrada e Silva)가 18세기 말에 발견했습니다. 그리고 1817년에 스웨덴의 요한 아우구스트 아르프벳손(Johan August Arfwedson)은 우퇴 섬에서 발견한 리튬휘석과 운모를 분석하던 중 리튬의 존재를 확인하게 되는데요. 그리고 같은 해에 영국에서 윌리엄 토머스 브란드(William Thomas Brande)와 험프리 데이비(Sir Humphry Davy)가 산화 리튬(Li2O)의 전기 분해를 통해 순수한 리튬을 얻는 데에 성공하게 됩니다.
△ 이미지 출처 – 위키피디아, 월장석
1855년, 로베르트 분젠(Robert Bunsen)과 오거스터스 매티슨(Augustus Matthiessen)은 염화 리튬(LiCl)의 전기 분해로 더 많은 양의 순수 리튬을 추출하는 방법을 터득했고, 1917년, 빌헬름 솅크(Wilhelm Schenk)는 유기 수은 화합물에서 최초의 유기 리튬 화합물을 합성했습니다. 1923년에는 독일 금속회사(Deutsche Metallgesellschaft, 오늘날의 GEA Group)가 염화 리튬과 염화 칼륨(KCl)의 용액을 전기 분해하는 방법을 사용해 리튬의 상업적 생산을 시작하게 되었습니다.
리튬이 21세기 들어 더욱 주목받게 된 배경에는, 2차 전지의 부상이 있습니다. 2차 전지는 충전식 전지로 불리기도 하는데요. 외부 전기 에너지를 화학 에너지로 변환한 후 저장해 재사용할 수 있게 만든 전지를 말합니다. 재사용이 불가능한 1차전지와 달리 충전을 통해 500~2000번까지 반복해서 사용할 수 있어 더욱 경제적이고 친환경적입니다. 때문에 노트북, 휴대폰 등 휴대용 전자기기에 널리 쓰이고 있으며, 흔히 쓰이는 1차전지에는 AA 사이즈의 시판 건전지가 있죠.
시간이 흐를수록 휴대용 전자기기나 전기 자동차, 로봇산업 등의 기술이 발전하면서, 충전과 방전을 자유자재로 할수 있는 2차전지가 더욱 중요해지고 있는데요. 리튬은 이러한 2차전지를 만드는데 필수적인 소재로 각광받고 있는 것입니다.
리튬을 활용한 2차 전지는 보통 전지보다 적은 무게로 더 높은 전압의 전기를 만들어 냅니다. 일반 전지의 전압은 약 1.3~2 볼트 정도지만, 리튬이 포함된 전지는 3볼트 이상의 전압을 얻을 수 있습니다. 반면 리튬은 다른 금속 이온에 비해 현저히 작고 가볍기 때문에 단위 무게당 높은 에너지 밀도를 얻을 수 있는 것이죠.
△ 이미지 출처 – 위키피디아, 기름 위에 떠있는 리튬
가볍고 에너지 밀도가 높은 리튬의 속성은 휴대용 전자기기의 무게를 가볍게 하고, 기능을 향상시키는데 일조하고 있습니다. 머지 않은 미래에는 전기 자동차에도 적극적으로 쓰일 전망이라고 하는데요. 여기에 대규모 주택용 및 산업용 전력 저장장치까지 리튬 2차전지의 활용분야는 빠르게 확대되고 있죠. 전기자동차의 보급과 스마트 그리드 기술개발에 따라 시장규모 또한 큰 폭의 성장이 예상되고 있습니다.
이처럼 미래 산업의 쌀이 될 리튬은 남미의 일부 국가에 집중적으로 매장되어 있어 이를 확보하려는 국제적인 경쟁이 매우 치열하며, 때문에 바닷물에서 리튬을 추출하려는 연구도 지속적으로 시도되고 있습니다.
△ 아르헨티나 살타(salta) 州 상업용 리튬 생산 공장 착공식 모습
포스코는 지난 2월 아르헨티나 살타(salta) 州에서 상업용 리튬 생산 공장 착공식을 가지며 리튬 사업 상업화를 본격적으로 추진하겠다는 의지를 밝혔는데요. 해발 4,000m 포주엘로스(Pozuelos) 염호에 들어설 이 생산 공장은 2차 전지용 고순도 리튬을 연간 약 2,500톤 생산해 자동차 배터리용 양극재를 생산하는 국내외 제조 업체에 공급할 예정입니다. 전기차 한대당 배터리 원료로 리튬이 40kg정도 필요한 점을 감안하면 약 6만대 분량이죠.
참고로 포주엘로스 염호는 면적이 106㎢에 달하고 매장량이 150만톤으로 추정되는 리튬 생산의 최적지로 손꼽히고 있답니다. 포스코는 올해 초 포주엘로스 염호의 광권을 소유하고 있는 아르헨티나 Lithea社와 원료 공급 계약을 체결해 안정적 염호 사용 권한을 확보했고, 독자 기술력을 통한 경제성 확보로 리튬 사업 진출의 안정적 기반을 마련했습니다.
또 이 공장에는 기존 공법으로 리튬 추출에 1년 이상 소요되던 기간을 화학 반응을 통해 획기적으로 단축한 포스코의 독자 기술이 적용될 예정입니다.
*내용 참고
– 황정은, (2013.12.24), 에너지밀도 5배 높은 리튬황 전지, The Science times, http://bit.ly/1V5KSOP
– 한혜란, (2014.09.15), 2차전지 시장, 납축전지 가고 리튬이온배터리 온다, 연합뉴스, http://bit.ly/1P7KxUh
– 박준우, (2011.09.01), 고성능 전자를 만드는 원소 리튬, 네이버캐스트, http://bit.ly/1QRRWN9
Hello, 포스코 블로그와 함께 알아본 리튬 이야기, 어떻게 보셨나요?
현대문명이 발전할수록 필요성이 더욱 대두되는 리튬의 가능성이 인상적인데요.
이를 통해 친환경적인 에너지를 개발하려는 포스코의 노력도 눈 여겨봐주시길 바랍니다! : D