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해수담수 부산물을 이용한 유가자원인 전기화학적 리튬 회수 기술
  • 작성자선광웅
  • 연구기관서울대학교 화학생물공학부
  • 조회수3031
  • 작성일2017-12-28
  • 연구책임자 첨부된 이미지가 없습니다. 윤제용
  • 소속기관서울대학교 화학생물공학부
  • 연구기간2013 ~ 2018
  • 이메일/연락처 /

우리나라는 연간 수만 톤의 리튬을 전량 수입에 의존한다. 휴대
폰 등 소형전자기기뿐만 아니라 전기차 등 대용량의 축전지가 필
요함에 따라 앞으로 그 수요는 더욱 증가할 것으로 보인다. “해수
담수화 플랜트 부산물 자원화기술 개발”과제를 통해 바닷물에서
리튬을 회수하는 기술이 상용화될 경우 현재 수입에만 의존하는
리튬을 자체 공급함으로써 관련 산업의 경쟁력을 한 단계 높일
수 있을 것이다.



□연구목적


현재 대다수의 탄산리튬은 염호에서 자연증발식 리튬추출법을 통해 얻어지는데, 이 방법은 탄산리튬을 대
량으로 추출할 수 있다는 장점이 있으나, 추출시간이 길고 그 과정에서 발생하는 폐수가 환경오염을 시키
는 단점이 있다. 이런 문제를 해결하기 위해 에너지기술인 2차전지기술을 리튬 분리기술과 결합시켜 새로
운 형태의 리튬추출 연구를 진행, 염수에서 친환경적이고 효율적인 리튬추출 개발을 주도하고자 한다.


□주요성과


전기화학적 리튬회수 원천기술 개발
염수 내의 리튬을 선택적으로 회수할 수 있는 전기화학적 리튬회수 원천기술을 개발하였다. 리튬회수 원
천기술 관련 특허를 1건 등록하고, 국제학술지에 3편의 논문을 게재하였다.


기술이전 및 상용화를 위한 대형화 공정 개발
개발한 원천기술을 바탕으로 실제 공정 상용화를 위해 전극의 대형화 및 시스템 구축을 통해 대량의 염수
에서 리튬을 회수할 수 있는 리튬회수 장치를 구축하였다.


해수담수화 농축수로부터 리튬회수 공정에 적용
미량의 리튬이 포함되어 있는 해수로부터 리튬을 추출하기 위해 해수담수화 공정과 결합하여 리튬을 효율
적으로 회수할 수 있는 공정을 개발하여 2018년 소형 시스템 운전을 앞두고 있다.


□연구의 차별적 특징


전기화학적 공정에 의한 금속리튬회수
리튬의 공급원은 광물, 염수 또는 해수 등이며, 이중 광물은 스포듀민(spodumene),
페탈라이트(petalite) 및 레피돌라이트(lepidolite) 등으로서 리튬이
약 1 내지 1.5%정도 함유되어 있다. 그러나 광물로부터 리튬을 추출하기 위해
서는 회수 절차가 복잡하고, 1000℃ 이상의 고 에너지 공정이 필요하다.
이러한 이유로 현재 리튬은 주로 염수로부터 추출되고 있으며, 염수는 천연의
염호에서 산출되고, 리튬을 비롯한 Mg, Ca, B, Na, K 등의 염류가 함께 용존
되어 있다. 이러한 염수에서 리튬을 회수하는 기존의 방법은 천연의 염호에서
염수를 펌핑하여 노지의 증발못에 가둔 후 1년 이상의 장시간에 걸쳐 자연증
발시켜 리튬을 수십 배로 농축시켰다. 그리고, Mg, Ca, B 등의 불순물을 침전
시켜 제거하고, 탄산리튬 용해도 이상의 양이 석출되도록 하여 리튬을 회수하
고 있다.
본 과제를 통해 개발 중인 전기화학적 리튬회수기술은 수주 또는 1년 이상의
기간이 걸렸던 기존의 흡착 또는 증발 공정에 비해 수 시간 내로 빠르게 추출
할 수 있으며, 화학적 첨가제 및 넓은 부지가 필요하지 않아 매우 친환경적인
공정이다. 또한 충·방전을 이용한 저 에너지 공정이며, 반응기 구조 및 운전방
법도 단순하기 때문에 효율적으로 리튬을 추출할 수 있다.


□연구 성과의 파급효과


● 기술부문
리튬회수 관련산업 발전 기대
리튬은 중요한 에너지자원 중 하나로서, 그 수요는 하이브리드 전기차 등 대용량의 축전지가 필요함에 따
라 앞으로 더욱 증가할 것으로 보인다. 현재 한국은 리튬을 전량 수입에 의존하고 있으며, 앞으로 리튬 자
원의 경쟁력 확보를 위해 해수, 간수, 폐리튬 전지 등에서의 리튬회수기술을 개발해야 할 것으로 판단된다.
본 연구과제를 통해 개발되고 있는 기술은 기존 공정에 비해 간단하고 효율적이므로, 리튬추출 공정에서
많은 비용을 절감시킬 수 있어, 리튬회수 관련 산업의 발전을 기대할 수 있다. 또한 염수에서의 리튬회수
뿐만 아니라 해수, 폐리튬 전지의 리튬 재활용 등에서도 활용 가능하며, 이러한 기술발전을 통해 앞으로도
세계에서 한국이 리튬 자원의 경쟁력을 확보하는데 기여할 수 있을 것이다.


● 사회경제사업화부문
전기화학적 이온분리 전문인력 양성

해수에서의 리튬추출에 대한 연구는 현재 일본과 한국을 중심으로 진행되고 있다. 일본의 경우에는 1980
년대 후반부터 흡착제 연구를 시작, 해수에서의 리튬추출을 위한 벤치스케일 규모 실험을 진행하고 있다.
한국에서는 2000년대 초반부터 지질자원연구원을 중심으로 해수에서의 리튬추출에 대한 연구가 진행되
고 있다.
과학기술적으로는 리튬회수 뿐만 아니라 나트륨, 칼륨 등 다른 이온들에 대해 선택성을 가진 물질들을 이
용, 이를 본 기술 개발에 적용시켜 다양한 이온분리기술에 적용시킬 수 있을 것으로 판단된다. 또한 전기화
학적 이온분리 전문인력 양성을 통하여 앞으로의 과학기술개발 육성을 이룰 수 있을 것으로 예상된다.​

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