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[과학에세이] 희토류 원소의 과학과 경제 /성대동

中 수출 제한으로 각국 원광확보 비상

이젠 폐전자제품 내원소 회수에 나설 때

  • 디지털콘텐츠팀 inews@kookje.co.kr
  •  |   입력 : 2010-11-15 20:39:21
  •  |   본지 30면
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주식시장에서 작년과 올해 희토류원소 주식을 산 사람은 많은 수익을 올렸다. 중국이 최근 댜오위다오, 일본명 센카쿠열도를 둘러싼 영토 분쟁에서 희토류 수출 금지를 무기로 일본을 압박하면서 희토류원소는 국제시장에서 가격이 급등하고 있다. 희토류원소는 희귀금속원소의 일종으로 화학주기율표 상에서 란탄 계열의 15개 원소에 스칸듐과 이트륨 두 원소를 포함하여 모두 17개의 원소를 뜻한다. 땅속에 귀하게 존재한다는 뜻으로 희토류원소라고 이름을 붙였지만 실제로는 암석과 토양 중에 상당량 존재한다. 희토류 원소 가운데 세륨이라는 원소는 우리가 잘 아는 모나자이트라는 광물에서 나오는데 지구상에 비교적 많은 양이 존재한다.

지구상에 가장 많이 존재하는 원소는 산소이다. 다음으로 많이 존재하는 원소가 규소이다. 현재 과학자들이 발견한 원소는 118가지에 이르고 그 중에 세륨은 25번째로 자연에 많이 존재한다. 희토류원소는 암석이나 토양에서 화학적으로 농축하고 추출한 후 얻는다. 가장 처음 얻은 희토류원소는 가돌리움이라는 원석에서 추출한 이트륨이라는 원소다. 이트륨이라는 원소의 이름은 이 원소를 발견한 지역이름인 이터비에서 유래하였다. 가돌리움이라는 원석도 이 원석을 발견한 사람인 요한 가돌린에서 따왔다. 희토류원소의 확보 경쟁이 치열하게 된 것은 이들 원소들은 열을 잘 전달하고 화학적으로 안정하여 휴대전화, 태양광발전, 컴퓨터, 반도체, 액정표시장치(LCD) 및 전기자동차의 제조에 필수 재료이기 때문이다. 국내에서도 늦은 감이 있지만 포스코와 LG상사가 손잡고 희토류 금속, 리튬 등 희귀금속 확보에 본격적으로 뛰어들 채비를 하고 있다.

1948년까지만 해도 세계에서 희토류원소를 가장 많이 생산한 나라는 인도와 브라질이었다. 1950년대에는 남아프리카공화국이, 1960년에서 1980년까지는 미국 캘리포니아의 마운틴패스 광산에서 가장 많은 희토류원소를 생산하였다. 2010년 현재 희토류 생산량이 가장 많은 나라는 중국이다. 현재 중국은 세계 전체 희토류원소 소비량의 97%를 생산한다. 컴퓨터 데이터 저장용 하드디스크의 제조와 원자로에서 중성자흡수 조절용 막대에 쓰이는 디스프로슘이라는 희토류원소는 중국의 바얀오보 지역의 퇴적층에서 생산되고 있다.

희토류원소의 쓰임새는 날로 많아지는데 생산량은 한정돼 있기 때문에 각국은 희토류원소의 확보에 혈안이 돼 있다. 내년에도 전 세계에서 약 4만t 이상의 희토류원소가 필요하다. 현재 중국은 2010년부터 2015년까지 매년 수출 물량을 3만5000t톤으로 제한하겠다고 발표한 바 있다. 희토류원소의 품귀는 전자제품에 들어갈 신소재 생산에도 막대한 차질을 주고 있다. 영구자석을 대신하여 소형 나노자석을 만드는데 필요한 원소도 희토류원소이다. 미국의 제너럴모터스사는 현재 개발 중인 나노자석의 원료인 희토류원소를 구하지 못해 아예 연구책임자들을 전원 중국으로 이주시켰다. 문제는 중국이 희토류원소를 계속 공급해 줄 것인가에 달렸다.

희토류원소를 생산할 때 엄청난 환경오염물질이 배출된다. 희토류원소자체가 인체에 독성이 큰 화학물질들이다. 중국도 그동안 불법적으로 채굴되던 희토류원소의 원석 광산들은 폐쇄하고 있다. 심각한 환경재앙 때문이다. 만일 중국이 세계가 요구하는 희토류원소의 적정량을 계속 공급하지 않을 경우 세계는 큰 충격에 빠질 위험이 있다. 다행히 호주, 브라질, 캐나다와 남아프리카공화국, 미국이 희토류원소가 포함된 원광을 채굴하려고 시도하고 있다. 희토류원소의 확보와 관련해 또 다른 시도도 이어지고 있다. 그것은 쓰고 버린 전자제품에서 희토류원소를 회수하는 방법이다. 이미 일본에서는 폐 전자제품에서 희토류원소를 상당량 회수하고 있다. 현재 사용하고 있는 전자제품과 폐전자 제품 중에 사용된 희토류원소의 양은 약 30만t에 이를 것으로 추정된다. 지금까지 버렸던 휴대전화와 같은 전자제품이 희토류원소를 회수하는데 귀한 값을 지불할 때가 다가왔다.

전 동아대 교수·美 캘리포니아 대학 연구교수

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