직접 리튬 추출이란?

리튬은 전기화 시대를 가능하게 하는 가장 중요한 핵심 광물 중 하나입니다. 

전 세계 리튬 수요는 2035년까지 연평균 13% 이상 성장할 것으로 예상됩니다. 이러한 성장세는 전기차(EV)와 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)에 대한 수요 증가에 힘입은 것으로, AI 데이터센터와 재생에너지 확대를 지원하는 에너지 저장 솔루션도 주요 성장 동력으로 작용하고 있습니다. 

리튬 수요가 지속적으로 늘어남에 따라, 이를 더욱 신속하고 책임감 있게 생산하는 것의 중요성도 커지고 있습니다.

당사는 세계 최대 규모이자 가장 다양한 리튬 제품 포트폴리오를 보유하고 있으며, 주요 리튬 채굴 및 가공 방식 전반에 걸친 선도적인 기술력과 운영 역량을 갖추고 있습니다. 이를 바탕으로 전 세계 주요 시장에 안정적이고 지속가능한 리튬 공급을 제공할 수 있는 유리한 위치에 있습니다. 

리튬은 어디에서 발견될까요? 

현재 상업적으로 생산되는 리튬은 주로 두 가지 원천에서 얻어집니다. 

첫 번째는 경암(hard rock) 광상으로, 대표적으로 스포듀민(spodumene)이 있습니다. 이러한 광상은 주로 호주, 브라질, 캐나다, 중국 및 여러 아프리카 국가에 분포해 있습니다.

두 번째는 염수(brine) 광상입니다. 염수 광상은 염분과 다양한 광물이 풍부하게 녹아 있는 고농도의 소금물 속에 리튬이 포함된 형태입니다. 대표적인 지역은 아르헨티나, 볼리비아, 칠레에 걸쳐 있는 안데스 산맥의 ‘리튬 트라이앵글(Lithium Triangle)’로, 세계적으로 가장 중요한 리튬 염수 자원지로 알려져 있습니다. 

리튬은 어떻게 채굴될까요? 

경암에서 리튬을 채굴하는 방식은 철광석이나 보크사이트를 비롯한 다른 광물을 채굴하는 방식과 매우 유사합니다. 

반면, 염수 광상에서 리튬을 추출하는 방법은 크게 다르며, 현재는 전통적인 증발 연못 방식과 직접 리튬 추출(DLE, Direct Lithium Extraction) 방식이라는 두 가지 주요 기술이 사용되고 있습니다. 당사의 리튬 사업 포트폴리오에는 이 두 방식을 모두 활용하는 선도적인 운영 자산이 포함되어 있습니다.

증발 연못 방식을 이용한 리튬 생산은 지하의 염수 대수층(saline aquifer), 즉 ‘살라르(Salar)’라고 불리는 염호 지대에서 염수를 끌어올리는 것부터 시작됩니다. 이렇게 채취한 염수는 수백 헥타르 규모에 달하는 대형 인공 증발 연못으로 보내집니다. 이후 1년 이상의 기간 동안 태양열을 이용한 자연 증발 과정을 거치며 수분이 서서히 제거되고, 리튬과 기타 금속·광물이 농축된 고농도 염수가 남게 됩니다. 이 과정에서 불순물을 제거하고 리튬 성분을 단계적으로 분리하는 처리가 함께 이뤄지며, 최종적으로 현장 가공시설에서 탄산리튬(Lithium Carbonate) 으로 전환돼 제품이 생산됩니다. 

직접 리튬 추출(DLE)은 어떻게 작동할까요? 

당사의 운영 현장에서는 DLE 기술을 통해 자연 증발 과정을 선택적 흡착 공정으로 대체합니다. 즉, 넓은 증발 연못 대신 보다 집약적이고 첨단 기술이 적용된 공정을 활용해 리튬을 추출합니다. 

DLE 공정에서는 지하 염수를 펌프로 끌어올려 처리 시설로 보내고, 이 과정에서 리튬은 특수 흡착제에 선택적으로 결합합니다. 이후 지하 대수층에서 취수한 뒤 처리 과정을 거친 산업용수를 사용해 흡착제에 붙어 있는 리튬 이온을 분리하는데, 이를 탈착(stripping) 과정이라고 합니다. 이 과정을 통해 농축된 리튬 용액이 만들어지며, 이후 추가 정제 과정을 거쳐 최종적으로 탄산리튬으로 전환됩니다.

리튬이 추출된 후 남은 염수는 추출된 리튬 성분을 제외하면 원래와 거의 동일한 성분 구성을 유지합니다. 이러한 염수는 염수 환원 관리 프로그램의 일환으로 살라르에 다시 반환되며, 일반적으로 재침투 또는 재주입 방식을 사용합니다. 

DLE는 기존 염수 기반 리튬 추출 방식과 어떻게 다를까요? 

가장 큰 차별점은 처리 속도, 회수율, 순도 그리고 수자원 보전에 있습니다.

DLE를 활용하면 염수에서 탄산리튬을 생산하기까지 전체 공정이 약 하루 정도면 완료되는 반면, 전통적인 증발 연못 방식은 동일한 과정에 1년 이상이 소요될 수 있습니다.

또한 DLE는 더 높은 리튬 회수율을 제공합니다. 일반적으로 염수에 포함된 리튬의 약 80~90%를 회수할 수 있어, 전통적인 증발 연못 방식의 약 50%보다 훨씬 효율적입니다. 아울러 더 높은 순도의 원료를 생산할 수 있어 이후 정제 및 가공 공정을 보다 단순화할 수 있다는 장점도 있습니다.

수자원 관리 측면에서도 차이가 있습니다. DLE는 염수를 농축하기 위해 장기간 태양열 증발에 의존하지 않기 때문에, 염수에 포함된 액체 성분의 상당 부분을 환경으로 되돌려 보낼 수 있습니다. 이는 수자원 보전 측면에서 중요한 이점으로 평가됩니다.

물론 DLE에도 고려해야 할 점은 있습니다. 기존 증발 연못 방식에 비해 공정이 더욱 복잡하고 첨단 설비가 필요하며, 일반적으로 에너지 사용량도 더 많습니다. 따라서 당사는 가능한 한 재생에너지를 활용해 DLE 시설을 운영함으로써 환경 영향을 최소화하고 지속가능성을 높이는 데 우선순위를 두고 있습니다. 

DLE를 활용한 우리의 접근 방식

당사는 직접 리튬 추출(DLE) 기술의 선구자입니다. 위 사진에 소개된 아르헨티나의 페닉스(Fénix) 사업장은 30년 이상 상업 규모에서 선택적 흡착 기반 DLE 공정을 성공적으로 운영해 왔습니다. 또한 DLE는 앞으로의 리튬 생산을 이끌 핵심 기술로 평가받고 있습니다. 현재 올라로즈(Olaroz) 와 생산 확대 단계에 있는 살 데 비다(Sal de Vida) 사업장에서는 증발 연못 방식을 활용하고 있지만, 향후 확장 프로젝트에는 DLE 기술을 우선적으로 적용하고 있습니다.