리튬 삼각지대 염수서 독특한 화학 반응 발견

[이미디어= 황원희 기자] 재생에너지 시대의 핵심 광물인 리튬의 주요 매장지에서, 지금껏 알려지지 않았던 독특한 화학 반응이 발견됐다. 이 발견은 향후 리튬 채굴 방식과 폐수 관리에 중대한 영향을 미칠 것으로 보인다.

미국 듀크대학교 연구진은 최근 학술지 사이언스 어드밴스(Science Advances)에 발표한 연구에서, 세계 리튬 매장량의 상당 부분이 존재하는 염수가 기존의 바닷물이나 일반 염수와는 근본적으로 다른 화학적 성질을 갖고 있다고 밝혔다.

연구의 주저자인 아브너 벵고쉬(Avner Vengosh) 듀크대 지구 및 기후과학 분과장은 “볼리비아 고원의 살라르 데 우유니(Salar de Uyuni) 염수는 붕소가 주도하는 pH 체계를 갖고 있다”며, “이는 마치 외계 행성을 탐사하는 듯한 새로운 지구화학의 세계”라고 설명했다.

기존에는 대부분의 자연수가 탄산염 계열 반응을 통해 pH 조절 기능, 즉 알칼리성을 띠는 것으로 알려졌다. 그러나 이번 연구에서는 남미의 살라르 데 우유니처럼 리튬이 풍부한 염수에서 붕소가 알칼리성을 주도하며, 이는 리튬 채굴 공정에 직접적인 영향을 준다는 점이 밝혀졌다.

연구진은 지하 염수와 채굴 시 사용하는 증발 연못의 염수를 분석한 결과, 자연 상태의 염수는 중성에 가까운 반면, 증발 연못의 염수는 점점 산성에 가까워지는 경향을 보였다고 전했다. 이는 증발로 인해 붕소 농도가 증가하고, 이 과정에서 생성된 수소 이온이 pH를 낮추기 때문이다.

연구에 참여한 고든 윌리엄스 박사과정생은 “살라르 데 우유니에서는 탄산염 기반의 알칼리성이 줄어들고, 대신 붕소 기반의 알칼리성이 우세해진다”고 설명했다.

연구진은 남미 ‘리튬 삼각지대’(볼리비아, 칠레, 아르헨티나)와 티베트 고원의 리튬 염수 샘플 300여 개를 추가 분석했다. 이를 통해, 붕소가 염수의 알칼리성과 pH를 결정짓는 핵심 요소라는 점을 일관되게 확인했다.

벵고쉬 교수는 “이 데이터베이스는 살라르 데 우유니에서의 발견이 예외적인 사례가 아님을 보여준다”며, “붕소는 리튬 염수의 화학적 진화를 이해하고, 보다 정밀한 채굴 전략을 세우는 데 중요한 단서”라고 덧붙였다.

이번 발견은 리튬을 포함한 다양한 물질이 농축되는 증발 연못의 화학 반응을 더 잘 이해함으로써, 리튬 추출 효율을 높이고 환경 오염을 줄이는 데 기여할 수 있을 것으로 보인다.

논문 공저자인 파즈 나티브(Paz Nativ) 박사후 연구원은 “화학 분석과 지구화학 모델링의 결합은 붕소의 분자 구조와 역할을 정량화하는 데 결정적이었다”고 평가했다.

따라서 이번 연구는 리튬 채굴 산업뿐 아니라, 기후 변화 대응에 필요한 자원 확보 전략, 그리고 지하수 및 폐수 관리 정책에도 의미 있는 시사점을 제공하고 있다.

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