[함께 읽는 과학도서] 천천히 곱씹으며 느리게 읽기 <지구의 짧은 역사> 3부

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“ 연례행사가 된 광산 노조의 파업은 항상 복병이다. 광산 노조는 매년 사측과 임금 인상 협상을 진행하는 과정에서 파업을 예고하거나 실제로 파업에 돌입한다. 2017년 세계 최대 구리광산인 에스콘디다Escondida 노조 파업은 44일간 지속되며 7억 달러 이상의 경제적 손실을 초래하기도 했다. 노조 파업은 대부분 임금과 보너스, 처우 개선과 관련한 사측과의 의견 차이 때문에 발생하지만, 이는 표면적인 이유일 뿐이다. 근본적으로 칠레의 극심한 빈부격차에 뿌리를 두고 있기 때문에 앞으로도 파업 이슈는 끊이지 않을 것이다. 에너지 전환과 AI 등 미래 첨단 산업의 운명이 칠레 구리산업에 달려 있다고 하면 다소 과정처럼 들릴 수 있다. 하지만 칠레 구리를 완벽히 대체할 수 있는 공급처가 나타나지 않는 한 결코 허투루 흘려들을 이야기도 아니다. 다행히 칠레는 광업 부문에 대한 외국인 투자 유치에 적극적이며 광산의 경쟁력 강화를 위한 정책도 추진하고 있어 대내외적인 도전에도 불구하고 늘어나는 세계 구리 수요에 부응할 수 있을 것으로 예상한다. ”

『강대국은 어떻게 미래를 확보하는가 - 한눈에 보는 원자재 패권 지도』 pp.172~173, 오정석 지음

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티끌모아 자원 - 스마트폰 금.은은 스마트폰, 전화기, 텔레비전, 컴퓨터, 프린터, 키보드, 마우스, 복사기 등의 거의 모든 전자제품에 들어 있습니다. 그 중 우리 생활 속 깊숙이 자리 잡고 있는 스마트폰을 분해해 볼까요? 1t당 금 함량(단위: g) 스마트폰 200~400/ 폐반도체칩 200~600/ 금광석 3~5 스마트폰 1대에 들어있는 금속 함유량(단위: g) 금 0.04/ 은 0.2/ 팔라듐 0.03/ 로듐 0.002/ 구리 14/ 코발트 27.4 / 대전 지질박물관

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에너지 전환 시대에 특별히 중요한 금속 NET ZERO 2050 급격한 기후 변화와 재난을 유발하는 지구온난화를 조금이라도 억제하기 위해서는 온실가스 배출을 줄여야 한다. 인간활동으로 배출되는 온실가스와 그 발생 요인을 최소화 하고, 이미 배출된 온실가스는 산림 흡수나 이산화탄소 포집 등의 방법으로 제거하여 실질적인 온실가스 배출량을 0으로 만들자는 계획을 탄소중립 또는 넷제로(NetZero)라고 한다. 탄소중립 실현을 위한 전기.수소 경제로의 에너지 대전환에는 반드시 배터리, 신재생에너지, 수소 기술이 필요하며 여기에 2차전지가 핵심 역할을 한다. 고효율 2차 전지의 개발과 생산에 필수적인 금속들은 따로 있다. 핵심광물이란? What are Critical Minerals? 국가 첨단산업에 필수적인 원료광물 중에서 공급 리스크와 경제적 파급력이 큰 것들을 특별히 핵심광물이라 부른다. 2차 전지와 신재생에너지, 수소에너지 기술 등 탄소중립 실현에 필수적인 핵심광물은 대체재를 찾기 어려울뿐더러, 특정 국가나 지역에 편중된 경향이 매우 강하다. 그래서 우리나라는 반도체와 2차전지 같은 국가 첨단산업에 필수 원료광물로서 33종의 핵심광물을 선정했다. 한국지질자원연구원은 이 중에서도 리튬, 니켈, 코발트, 흑연, 희토류, 백금족 등을 ‘6대 핵심광물’로 선정하고 탐사, 개발, 재활용 기술을 선도적으로 연구하고 있다. 산업통상자원부 선정 핵심광물 33종 : 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑면, 희토류(네오디뮴, 디스프로슘, 터븀, 세륨, 란타넘), 니오븀, 구리, 알루미늄, 규소, 마그네슘, 몰리브덴, 바나듐, 백금족(백금, 팔라듐), 주석, 타이타늄, 텅스텐, 안티모니, 비스무스, 크롬, 납, 아연, 갈륨, 인듐, 탄탈륨, 지르코늄, 스트론튬, 셀레늄

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핵심광물 확보 전략 Critical Minerals Procurement Strategies 정부가 발표한 “지속가능한 녹색사회 실현을 위한 대한민국 2050 탄소중립 전략”의 탄소중립 5대 기본 방향의 1위는 ‘전기 및 수소의 활용 확대’이다. 우리나라는 2030년에는 전기차, 수소차를 신차 판매량의 1/3까지 끌어올릴 목표로 친환경차 기술을 집중 육성하고 있다. 배터리와 촉매, 최첨단 기기 등의 제조에는 ‘핵심광물’이 필수적이다. 일례로 전기차 제조에는 내연기관차에 비해 6배 이상의 핵심광물이 필요하다. 세계은행의 전망에 따르면 에너지 저장 분야와 관련된 핵심광물인 흑연, 리튬, 코발트 등의 수요는 2018년 대비 2050년 약 450~500% 증가할 것으로 예상된다. 지금까지 우리나라는 핵심광물 수요의 약 95%를 수입에 의존해 왔다. 그래서 최근에는 해외 핵심광물 자원을 공동 탐사, 개발하기 위해 다각적인 노력을 기울이고 있다. 한국지질자원연구원은 해외 자원 개발을 위한 연구와 더불어 경상북도 울진 지역에서 리튬 매장을 확인하여 광산개발 연구를 진행 중이다. 한편 폐기되는 2차전지로부터 핵심광물을 회수하는 자원재활용 연구를 수행하는 등 국가 핵심광물의 안정적인 확보를 위해 지속적인 연구개발을 추진 중이다. 핵심광물 수입의존도 상황표(산업통상자원부) Critical Mineral Import Dependency (Ministry of Trade, Industry, and Energy) 리튬 / 수산화리튬 중국 84%, 탄산리튬 칠레 45% 니켈 / 황산니켈 핀란드 45% 코발트 / 수산화코발트 중국 69%, 황산코발트 중국97% 망간 / 황산망강 중국 97%, 탄산망간 중국 100% 흑연 / 천연흑연 중국 72%, 인조흑연 중국 87% 출처 : 대전지질박물관

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배터리가 다시 핵심광물로 이제까지 인류의 경제 체제는 자원을 채취 -> 생산 -> 사용 -> 폐기하는 구조였다. 그러나 천연자원은 고갈되고 있으며, 폐기물을 매립하거나 소각할 장소도 부족하게 되었다. 또한 폐기물 처리과정에서 많은 탄소가 배출된다. 세계의 전문가들은 환경 파괴를 완화하면서 지속가능한 경제성장을 추진하기 위해서는 투입되는 자원의 양을 최대한 절약하고 일단 투입된 자원은 최대한 재활용해야 한다고 말한다. 폐 2차전지에 포함된 고가의 핵심광물을 추출하여 재활용하는 것은 환경적, 경제적으로 큰 이익이다. The economic system of humanity has been extracting resources, producing, using and disposing. However, natural resources are depleting, and there is a shortage of places to dispose of waste. Additionally, a significant amount of carbon is emitted during the waste disposal process. Experts suggest that to promote sustainable economic growth while mitigating environmental destruction, the amount of input resources should be minimized, and once input, resources should be maximally recycled. Extracting and recycling valuable critical minerals from spent batteries, particularly from discarded secondary batteries, brings significant environmental and economic benefits.

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광석이 된 배터리 Batteries to Ore 휴대전화부터 전기차까지 2차전지는 곳곳에 많이 쓰인다. 전세계적으로 2030년에는 순수한 전기차가 1년에 약 3,500만 대 생산될 것으로 추정된다. 전기차의 수명을 15만 km로 가정하면 2030년에는 2만~5만 대 정도의 전기차가 폐차될 것으로 예상된다. 전기차 배터리와 같은 2차전지에 포함된 니켈과 코발트는 발암물질이고, 유기 전해액은 환경호르몬을 유발한다. 한편 자연 상태의 광석에서 핵심광물을 얻는 과정 중에는 큰 자본이 필요하며 이산화탄소도 많이 배출된다. From mobile phones to electric cars, secondary batteries are widely used everywhere. Globally, it is estimated that by 2030, about 35 million electric cars will be produed annually. Assuming a lifespan of 150,000 km for electric cars will be scrapped in 2030. Nickel and cobalt included in secondary betteries such as electric car batteries are carcinogenic substances, and organic electrolytes induce endocrine disruption. On the other hand, the process of obtaining critical minerals from natural ore requires significant capital and also results in the emission of a considerable amount of carbon dioxide. 전기차 시장이 급성장하면서 배터리에 사용되는 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등의 핵심광물 가격이 상승했다. 핵심광물은 돈을 주고도 사기 어려운 경우가 많다. 결국 전기차 배터리에 사용된 금속을 회수하여 다시 배터리의 원료로 사용하는 것이 환경오염과 탄소배출도 줄이면서 경제적이기도 하다. 전기차의 폐배터리 자체가 배터리 원료를 추출하기 위한 광물자원, 즉 광석인 셈이다. With the rapid growth of the electric vehicle market, the prices of critical minerals such as lithium, cobalt, nickel, maganese, used in batteries, have increased. Critical minerals are often challenging to procure even with significant financial investment. Recovering metals used in electric vehicle batteries and reusing them as raw materials for new batteries is not only environmentally friendly but also economically viable. The retired batteries from electric cars essentially become mineral resources, or ores, for extracting battery materials

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배터리에서 다시 찾은 핵심광물 Critical Minerals Rediscovered in Batteries 폐배터리에서 핵심광물을 회수하는 과정은 크게 두 가지로 나뉜다. 1단계는 물리적 과정이다. 전기차에서 폐배터리를 분리한 후 배터리 케이스는 버리고 양극 물질만 꺼내야 한다. 그리고 이 양극물질을 화학적 처리가 가능한 블랙파우더 형태로 만들어야 한다. 그런데 양극 물질을 추출하는 과정 중에 화재나 폭발이 일어날 수 있어 안전하게 추출하는 방법을 개발 중이다. KIGAM은 “전기차용 고용량 리튬이온전지팩의 안전한 방전-해체-파쇄-선별 공정연구” 등을 통해 친환경적이고 효율적인 폐배터리 재활용 기술을 개발하고 고도화하고 있다. 2단계는 화학적 과정인데, 1차 전지와 2차 전지에서 금속을 회수하는 기술은 이미 개발되어 있으며, 근본적으로 광석 가루로부터 금속을 추출하는 제련과정과 거의 같다. 전기차 사용후 폐배터리 재활용 과정 Waste EV Battery recycling Process 사용후 배터리 -> 수거. 해체. 전처리 -> 블랙파우더 -> 제련 -> 황산니켈, 황산코발트, 황산망간, 수산화리튬 -> 양극재 제조 -> 배터리 제조 -> 신규 배터리 -> 사용후 배터리 출처: 대전지질박물관

향팔

“ 구불거리는 함백산 만항재를 넘어 태백으로 왔다. 추적추적 비가 내렸다. 태백산 국립공원 입구 근처에 큰 호텔이 몇 개 보였다. 국립공원 주차장 옆에는 태백석탄박물관이 있다. 솔직히 나는 큰 기대를 하지 않았다. 무엇이 남아 있을까. 석탄 광산에 대한 흔적을 볼 수 있겠지. 나의 이런 생각은 입장료 2,000원을 내고 박물관 로비에 들어서자마자 흔들렸다. 커다란 암석이 보였다. 첫 번째 전시실에 들어가자 본격적으로 광물에 대한 설명이 시작되었다. 이 박물관 이름이 '광산'박물관이 아니라 '석탄'박물관이라는 사실이 비로소 떠올랐다. 광물에 대해 심도 있게 정리되어 있었다. 태백석탄박물관에서 수많은 광석을 보면서 놀라움을 금치 못했다. 자원이 아닌 자연으로 존재하는 광석들은 경이로웠다. 반복과 질서, 화려한 색으로 구성된 광석은 그 자체로 강렬한 아름다움을 뿜어냈다. 다이아몬드만이 아니라 모든 광물이 아름다웠다. 인류는 아름다움을 파헤치고 살아왔다. 박물관 마지막에는 석탄빵을 비롯해 지역에서 만든 소품들을 팔고 있었다. 오늘날 폐광지에서는 각종 연탄빵과 석탄빵이 만들어지는데 역시 이곳에도 석탄빵이 있었다. 사북에는 연탄빵, 영월에는 석탄빵, 문경에는 연탄젤리가 있었다. ”

『쇳돌 - 사라지는 세계, 사라지는 노동, 사라지는 목소리를 채굴하기』 5부 3장 닫히는 광산, 열리는 광산, 이라영 지음

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향팔

철암탄광역사촌, 태백석탄박물관에 꼭 한번 가보고 싶어졌어요. https://naver.me/x7eL02AX 까치발 건물을 아시나요? 태백 철암탄광역사촌

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저는 지금 대전 지질박물관을 둘러보고 이동중이에요. 버스에서도 와이파이가 되는군요. 핸드폰은 밧데리가 남아 있지 않고 아이패드로 쓰고 있습니다. ^^ 지질박물관답게 돌덩어리가 큼직하니 좋은 것들을 많이 볼 수 있었어요.

밥심

오호, 다양한 돌로 바닥을 깔아놓은 산책로를 걸으셨는지 모르겠네요.

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지질박물관에 오래 있어서 좀 지치긴 했지만 밥심님께서 2부 시작할 때 올려주신 사진 속의 길을 찾아서 걸었습니다. 방학이라 여유가 생긴 큰 아이와 새벽에 KTX를 타고 내려가 대전 나들이를 했네요. ^^ 세번째 사진은 역암/ 경상누층군 하양층군 경북 영양군 이라고 써 있네요. 암석마다 출신 지역을 적어 놓았더라고요.

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이 큐브 모양으로 잘라놓은 암석을 보고 큰 애가 베스킨라빈스 큐브 아이스크림 같다고 했어요. 저는 세번째 사진의 역암을 보고 초코볼 같은 걸 떠올렸고요. ㅎㅎ 역시 먹는 게 중요한가 봅니다.

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위 댓글에서 제일 오른쪽에 있는 가장 낮은 암석은 ‘유문암 경상누층군 유천층군 경북 청송군’ 이라고 써 있는 바닥돌과 같은 암석입니다. 위 댓글 세번째 사진에는 ‘역암 경상누층군 통리층군 적각리층 강원도 삼척시 도계읍’ 이라고 써 있고요.

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지질박물관 내부에도 유문암을 볼 수 있었어요. 예전에 다른 곳에서도 이렇게 생긴 크고 작은 돌을 많이 보았어요. 쓰여 있는 것과 같이 수석 좋아하시는 분들에게 인기가 있었던 것 같습니다. 자세히 보면 몽글몽글하고 귀여운 형태입니다. ^^ 보는 시각에 따라서 다양하게 볼 수 있을 것 같아요. ——————————————————————— 유문암 Rhyolite 산지 : 경상북도 청송 시대 : 중생대 백악기 용암이 이동하면서 빠르게 식을 때 용암 내의 일부 물질들이 불균질하게 결정화되면서 석영과 알칼리장석 반정들을 보여주는 반상조직과 물이 흐른 듯한 유동 구조를 보여준다. 일부의 경우에는 이 표본처럼 예쁜 꽃모양의 반상조직을 보여주기도 하여 관상용 수석으로 애용되기도 한다. 경상북도 청송지역에서는 이러한 유문암을 ‘꽃돌’이라고 부르며 반상조직의 모양에 따라 국화석, 매화석, 장미석, 모란석, 해바라기석 등의 명칭을 붙여 판매된다.

향팔

오 정말 꽃 모양이네요. ‘꽃돌’이란 이름도 이쁘고요.

밥심

어렸을 때 이렇게 꽃핀 수석을 보고 이건 꽃을 돌에다 그린건가 하고 생각했던 기억이 어렴풋이 나네요. ㅎㅎ

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태백고생대자연사박물관이 있네요. 강원도에 삼엽충 박물관이 있다고 어디선가 본 것 같은데 찾으니 태백고생대자연사박물관이 나옵니다. https://tour.taebaek.go.kr/tpmuseum

향팔

태백에 둘러볼 만한 곳이 많군요!

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“ 이제 영국에서는 증기기관을 원동력으로 사용하는 새로운 산업들이 등장했습니다. 그중 가장 대표적인 산업이 바로 제철공업입니다. 잉글랜드의 콜브룩데일은 영국 제철공업의 중심지였는데 이곳에서는 모래를 굳혀 주형을 만들어서 철을 제련했습니다. 당시 철 생산량이 증가함에 따라 철 제련에 사용되던 목탄의 수요 역시 증가하고 있었습니다. 이에 따라 1709년 제철업자 다비 1세는 목탄 대신 당시 영국에 풍부하던 석탄으로 철을 제련하는 기술을 개발했습니다. 일반적으로 석탄을 이용하면 황을 비롯한 불순물이 섞일 가능성이 발생하고, 결과적으로 철의 품질이 저하됩니다. 다비 1세는 이런 불순물을 제거하기 위해 휘발분이 높은 석탄을 1,000~1,300도에서 가열했습니다. 이렇게 만들어진 것이 바로 ‘코크스cokes’입니다. 코크스가 타면서 발생하는 일산화탄소가 산화철을 환원시키면서 철이 만들어졌습니다. 이후 다비 1세의 아들인 다비 2세는 용광로를 가동시킬 때 석회석을 이용했습니다. 석회석이 철의 불순물인 이산화규소(SiO2)를 제거하기 때문에 결과적으로 더욱 품질이 좋은 철을 생산할 수 있었습니다. 다비 1세의 손자인 다비 3세는 콜브룩데일의 제철소를 영국에서 가장 큰 제철소로 발전시켰습니다. 와트가 개량한 증기기관을 설치한 것입니다. 그는 이렇게 대량생산된 철을 이용해 새로운 다리를 건설하기도 했습니다. 콜브룩데일에서 생산되는 철의 양이 급증함에 따라 이를 영국 전역으로 수송하는 문제가 발생했기 때문이었습니다. 콜브룩데일 옆에 흐르는 세번 강은 영국에서 가장 긴 강으로, 당시 아직 강을 가로지르는 다리가 없었습니다. 다비 3세는 1779년 영국 기술자인 존 윌킨슨과 함께 세계 최초의 철교를 건설했습니다. 이른바 ‘아이언 브리지’입니다. 아이언 브리지 건설 이후 콜브룩데일은 영국의 산업혁명 중심지로 부상할 수 있었습니다. 수많은 용광로가 건설되었고 석탄과 철광석 채굴량은 급증했습니다. 1740년에 1만 7,000톤에 불과했던 철 생산량은 한 세기 뒤인 1839년에 124만 8,000톤으로 증가했습니다. 영국이 전 세계의 공장이 된 것입니다. 모두 철의 생산 덕분이었습니다. ”

『김서형의 빅히스토리 Fe연대기』 pp.142~146, 김서형 지음

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