▲ 리튬분리 원리를 나타내는 모식도.

일본 핵융합연구개발부문 재료개발그룹은 이온전도체를 리튬 분리막으로 사용해 바닷물에서 리튬을 분리하는 과정에서 외부 에너지를 쓰지 않고 오히려 전기를 발생시키는 원소분리기술을 개발했다고 밝혔다.

리튬이 포함된 해수와 리튬이 함유되지 않은 초기 회수용액 사이에서 이온전도체가 리튬 분리막으로 작용한다. 해수와 회수용액 사이에는 리튬 농도차가 있어 외부에너지 없이 리튬이 회수용액으로 선택적으로 이동하게 되는 원리다. 이때 발생되는 전자를 전극에서 포획해 전기를 만들기도 한다.

이온전도체로 NASICON형 결정구조의 세라믹을 사용했다. 이 전도체는 발화성이 낮고, 충전량이 큰 차세대 리튬이온전지 재료로 각광받고 있다. 기존 기술에 비해 작은 공간에서 단시간에 전기까지 발생시키는 혁신적인 기술이다.

연구진은 실제 해수를 이용해 3일간 리튬 회수시험을 실시한 결과, 해수에 포함된 리튬을 최대 7%가량 회수하는데 성공했다. 리튬 농도가 해수의 약 50~100배 되는 간수를 이용해 같은 실험을 한 결과, 동일한 회수성능을 얻을 수 있었다.

연구진은 리튬이온전지의 원료로 주로 이용되는 탄산리튬(Li₂CO₃)을 분말형태로 정제하는데도 성공했다.

해수뿐 아니라 간수에서도 증명된 이 기술은 리튬이온전지에서 리튬 재활용, 소금 제조 및 담수화 처리 시에 폐기되고 있는 농축 해수에서 리튬을 포함한 각종 유용한 미네랄 회수에도 적용 가능한 기술이다.

연구진은 “리튬 분리과정에서 발생하는 수소가스(+극) 및 연소가스(-극)는 다양한 산업에서 수요가 높은 가스다”라며 “회수기술이 없는 볼리비아의 염호에 다량 포함돼 있는 황산리튬에서의 리튬회수도 기대되는 기술”이라고 전했다.