플라즈마 기술로 리튬 추출 효율 향상

최근 플라즈마 기술을 적용해 리튬을 추출하는 개선된 방법을 제안하는 새로운 연구가 발표됐다.

1월 31일, 한국핵융합에너지연구원(KFE) 연구진은 이산화탄소 마이크로파 플라즈마 기술을 적용해 기존 방법에 비해 리튬 추출 속도를 3배 높이는 데 성공했다고 밝혔다.

리튬을 추출하는 가장 일반적인 방법은 탄산나트륨(Na2CO3)을 리튬이 함유된 소금물과 혼합하여 리튬과 이산화탄소의 혼합물인 탄산리튬(Li2CO3)을 추출하는 것입니다. 이 방법의 단점은 추출 과정에서 함께 섞이는 나트륨 불순물로부터 탄산리튬을 분리하는 추가 공정이 필요하다는 점이다.

탄산나트륨 대신 이산화탄소 가스를 사용하는 대체 방법이 있습니다. 그러나 이 방법의 문제점은 리튬과 염소의 결합인 리튬염이 존재하는 바닷물에서는 추출율이 낮다는 점이다. 이 문제를 해결하려면 연구가 필요합니다.

KFE 김지훈 박사와 양정근 박사는 이산화탄소를 플라즈마 상태로 이온화하는 마이크로파 CO2 플라즈마 기술을 이용해 리튬 추출율을 높였다.

KFE 연구진은 이산화탄소 플라즈마로부터의 리튬 추출과 모의 염수 용액을 이용한 기존의 리튬 추출 방법을 비교하는 실험을 수행했습니다. 연구에 따르면 플라즈마 기술을 사용하면 추출 속도가 약 3배 증가한 것으로 나타났습니다.

CO2를 직접 주입하면 10.3%의 리튬 추출률을 달성한 반면, CO2 플라즈마를 사용한 실험에서는 리튬 추출률이 27.87%에 도달했습니다.

이는 리튬 추출 공정에 플라즈마 기술을 적용해 리튬 추출률을 높인 최초의 연구다. 논문이 출판되었습니다^* 담수화(IF 9.9) – 수자원 분야의 권위 있는 학술 간행물입니다.

^{*CO2 마이크로파 플라즈마를 사용하여 모의 수용액에서 리튬을 회수하는 새로운 접근 방식(2023년 12월)}

논문 제1저자인 양 박사는 “이산화탄소 플라즈마가 형성될 때 발생하는 열, 이온, 전자, 라디칼 등이 리튬 추출율에 미치는 영향을 확인할 수 있었다”고 말했다. 플라즈마 리튬 추출 공정에 대한 연구를 확대하고, 이산화탄소 플라즈마 상호 작용에 대한 추가 연구를 통해”라고 말했습니다.

연구자들은 플라즈마를 이용한 리튬 추출이 더 낮은 리튬 농도로 해수에서 리튬을 보다 효율적으로 추출할 수 있는 기술을 개발하는 새로운 방법이 되기를 바라고 있습니다.

유석재 KFE 회장은 “이번 연구는 반도체 등 첨단 분야에서 널리 활용되고 있는 플라즈마 기술의 새로운 활용 가능성을 보여준다”고 말했다. 아울러 유 사장은 “해수에서 얻는 리튬은 핵융합발전을 생성하는 데 중요한 요소”라며 “앞으로도 핵융합발전 개발과 핵융합연료 확보에 관한 연구를 계속해 나갈 것”이라고 말했다.