정은혜 서울대 에너지자원신기술연구소장이 10일 연구소에서 태양열·풍력 등 재생에너지부터 탄소 포집·저장·활용(CCUS), 자원 재활용까지 이어지는 에너지자원 전 주기에 관해 설명하고 있다. /임형택 기자


서울대 에너지자원신기술연구소 앞 언덕은 유난히 미끄러워 겨울마다 악명이 높았다. 눈이나 비가 얼어붙으면 차량은 미끄러지고 보행자는 중심을 잃기 일쑤였다. 연구소는 이 문제를 해결하기 위해 2014년 지열 융설(融雪) 시스템을 구축했다. 지하 500m에서 얻은 열을 도로 밑 배관에 순환시켜 결빙을 녹이는 방식이다. 연구소 건물의 냉난방에도 같은 지열을 활용한다. 10일 서울대 에너지자원신기술연구소에서 만난 정은혜 소장(에너지자원공학과 교수)은 “지열을 주말즉시대출 실생활에 바로 쓰는 모습을 보여주고 싶었다”고 설명했다.
?도시광산에서 찾는 자원 안보



서울대 에너지자원신기술연구소는 태양열·풍력 같은 재생에너지부터 탄소 포집·활용·저장(CCUS), 지하공간 활용, 자원 재활용까지 에너지 자원의 전 주기를 연구하는 곳이다. 서민전세자금대출 최근 연구의 핵심은 ‘버려지는 자원’을 다시 살려 국가 핵심광물 공급망을 안정화하는 것이다. 정 소장은 “한국은 자원 빈국이지만 제품과 이를 재활용할 기술을 보유하고 있다”며 “기술을 어떻게 활용하는지에 따라 자원 부국이 될 수도 있다”고 설명했다.
전기차와 반도체, 인공지능(AI) 등으로 전력 수요가 폭증하면서 핵심광물 확보가 산업 생존 30만원 대출 과 직결되고 있다. 정 소장이 주목하는 해법은 바로 ‘도시광산’이다. 도시광산은 폐배터리·산업 폐기물에서 리튬, 니켈, 코발트 같은 유가 금속을 회수한다는 데서 이름이 붙여졌다. 그는 “광산을 새로 파는 대신 쓰레기 더미에서 광물을 뽑아내는 시대”라며 “환경오염을 줄이고 안보 리스크도 낮출 수 있다”고 설명했다.
연구소에서 가장 많은 역량 사무총무법무 을 투입하는 분야는 2차전지 재활용이다. 폐배터리에서 리튬·코발트·니켈을 고순도로 뽑아내는 습식·건식 공정, 전 공정 불순물 저감 기술, 경제성을 높이기 위한 공정 최적화 연구를 하고 있다. 정 소장은 “땅에서 자원을 캐는 것보다 단가를 낮추는 것이 관건”이라며 “현실적으로 쉽지 않아 정부 보조금 같은 정책이 병행돼야 상용화까지 이어질 수 있다”고 했다.
개인신용조회 연구소는 폐배터리뿐 아니라 인도네시아산 저등급 니켈(NPI)이나 염수 자원에서 친환경적으로 원료를 회수하는 기술도 개발하고 있다. 에너지 저장 성능을 끌어올리기 위한 신규 전극 소재 개발에도 속도를 내고 있다. 핵심광물 확보는 국가 경쟁력과 직결된다. 전기차의 2차전지와 모터에는 리튬·니켈·코발트가, AI 서버와 데이터센터의 핵심인 그래픽처리장치(GPU)·반도체에는 고순도 인듐·갈륨이 들어간다. 한국은 이 같은 희귀 자원 대부분을 수입에 의존한다. 정 소장은 “미·중 패권 경쟁과 지정학적 갈등으로 글로벌 공급망 불확실성이 커지고 있다”며 “안정적인 공급망 확보 여부가 국가의 경쟁력을 가를 것”이라고 말했다.
?석유 캐던 기술로 탄소중립
탄소중립 실현을 위한 연구도 큰 축이다. 연구소는 산업 현장에서 발생하는 이산화탄소를 포집해 지하에 저장하거나 연료로 바꾸는 CCUS 기술을 개발하고 있다. 정 소장은 “CCUS는 사실 석유·가스를 캐내던 기술을 거꾸로 활용한 것”이라며 “원래는 땅속에 물을 주입해 에너지를 끌어올렸다면 이제는 같은 원리로 탄소를 주입해 대기에서 격리하는 것”이라고 설명했다. 환경을 파괴하던 기술이 환경을 지키는 기술로 재탄생한 셈이다.
과거 광물자원 개발에 사용하던 지질탐사, 선광, 제련 기술은 지금 재활용 공정에도 그대로 쓰인다. 최근엔 AI와 데이터 분석 등이 더해지며 공정 최적화 속도가 한층 빨라지고 있다. 정 소장은 “기술의 뿌리는 시간이 지나도 변하지 않는다는 점이 중요하다”고 강조했다. 낡아 보이는 기술이 새로운 환경에서 첨단 기술로 되살아날 수 있다는 얘기다.
?달에서 광물 캐는 시대 온다
최근 에너지자원신기술연구소는 ‘지하’와 ‘우주’를 잇는 도전적인 연구에 나섰다. 지표면 수준의 에너지와 자원을 다루던 시대를 넘어 인간이 닿기 어려운 공간을 미래 자원의 보고로 삼기 위한 준비다.
연구소가 주목하는 첫 번째 무대는 지하다. 지하 공간은 일정한 온도와 압력을 유지하는 특성 덕분에 이산화탄소 저장소, 방사성 폐기물 심부처분지 등으로 활용할 수 있다. 최근에는 민간 기업과 손잡고 지하 데이터센터 모델을 시험하고 있다. 전력 소모가 큰 데이터센터를 지하에 두면 냉각 효율을 높일 수 있어서다. 또 전자기펄스(EMP) 공격에서도 상대적으로 안전하다. 정 소장은 “지하 공간을 자원으로 활용해 국가 안보와 산업 경쟁력을 동시에 강화할 수 있다”고 설명했다.
지하 공간은 원자력 발전 과정에서 나온 고준위 방사성 폐기물을 처분하는 공간으로도 이용할 수 있다. 원자력 발전의 필연적 부산물인 고준위 방사성 폐기물은 길게는 수십만 년 동안 인체에 치명적인 수준의 장기 독성을 뿜어낸다. 이런 이유로 지하 수백m 심층처분이 불가피하다. 국내 고준위 방사성 폐기물의 대부분을 차지하는 사용후핵연료는 지난해까지 1만9536t이 누적돼 있는 것으로 나타났다.
장기적으로 연구소는 극한 환경 자원 개발을 새로운 과제로 삼고 있다. 대표적인 무대가 심해저다. 태평양 해저에는 망간단괴가 지천으로 깔려 있지만, 고압·저온 환경에서 이들을 경제적으로 채취할 기술이 아직 없다.
우주 자원 채굴도 연구소의 관심사다. 달이나 소행성에는 리튬, 희토류 등 차세대 산업에 필요한 원소가 매장돼 있다는 가설이 유력하다. 다만 기술과 비용이 문제가 된다. 정 소장은 “달에 한 번 다녀오는 데만 막대한 비용이 드는 만큼 결국 단가를 낮추는 것이 관건”이라며 “산소가 거의 없는 극저온 환경에서 자원을 안전하게 채굴할 기술을 준비해야 한다”고 말했다.
아직 초기 단계지만 정 소장은 장기적인 과제로 우주용 자원 개발을 위한 기반 기술을 축적해야 한다고 강조했다. 연구소에서는 극한 환경에서 쓸 수 있는 신소재를 개발하고, 저비용 채굴 시스템을 마련하는 등의 시나리오를 짜고 있다. 그는 “지하와 우주는 서로 다르지만 둘 다 인류가 아직 충분히 활용하지 못한 자원의 보고”라며 “앞으로 이 영역을 누가 선점하느냐에 따라 산업 경쟁력이 달라질 것”이라고 했다.
이영애 기자 0ae@hankyung.com