미국내 석탄 매립지에서 84억달러(약 12조 1296억원) 상당의 희토류가 매장되어 있다는 연구 결과가 발표돼 주목받고 있다. 

텍사스대학교 오스틴 연구팀은 미국내 석탄재에 약 1100만톤(t)의 희토류 원소가 포함된 것으로 추정된다고 밝혔다. 해당 연구에 대해서는 과학 전문매체 사이테크데일이, 인터레스팅엔지니어링 등 다수 외신이 17일(현지시간) 보도했다.

희토류 원소는 원자번호 57에서 71까지 15개 원소에 스칸듐과 이트륨을 더한 17개 원소를 통틀어 이르는 것으로, 스마트폰부터 신재생 에너지 기술에 이르기까지 광범위하게 사용되는 핵심 소재다. 

사이테크데일리에 따르면 현재 미국은 희토류 공급을 거의 전적으로 수입에 의존하고 있으며, 그 중 약 75%가 중국에서 공급된다. 이러한 의존도는 글로벌 공급망의 복잡성과 지정학적 긴장으로 인해 우려를 불러일으키고 있다. 

이번 연구 결과는 이러한 상황에서 추가채굴을 하지 않고도 미국내에 막대한 양의 희토류가 존재한다는 사실을 새롭게 밝혀낸 것으로, 수입 의존도를 낮추고 핵심 광물 조달 전략에 변화를 가져올 것으로 전망된다.

쓰레기에서 보물로⋯석탄재의 재발견

석탄 연소후 발생하는 분말 형태의 부산물인 석탄재는 오랫동안 산업 폐기물로 여겨져 왔다. 그러나 과학자들은 최근 석탄재가 풍부하고 접근 가능한 희토류 공급원임을 확인했다. 희토류는 배터리, 태양광 패널, 고성능 자석 제조에 필수적인 원소다.

이번 연구의 공동 저자인 텍사스 오스틴 대학 경제지질국 브리짓 스캔런 연구 교수는 "이번 발견은 '쓰레기에서 보물로'라는 격언을 실제로 보여주는 사례"라며 "폐기물을 활용해 자원을 회수하고 동시에 환경 영향도 줄이는 순환 경제를 구축하고자 한다"고 말했다.

매장량의 8배⋯글로벌 공급망 영향 주목

연구팀은 미국 석탄재에 함유된 희토류가 약 1,100만 톤에 달하는 것으로 추정했다. 이는 현재까지 알려진 미국 내 희토류 매장량의 약 8배에 해당하는 규모다. 석탄재를 자원으로 평가한 최초의 전국적인 분석이라는 점에서, 이번 연구는 미국의 핵심 광물 공급망 강화에 새로운 가능성을 제시한다.

특히 석탄재 추출 방식은 기존 광업 방식과 달리 에너지 집약적인 정제 과정의 필요성을 줄여준다. 석탄 연소 과정에서 이미 광물과 모암이 분리되었기 때문이다. 

공동저자인 와이오밍 대학의 데이빈 배그도나스 연구원은 "전국적으로 엄청난 양의 석탄재가 존재하며, 광물 추출의 초기 단계가 이미 완료된 상태"라고 설명했다.

연구팀은 1985년부터 2021년까지 생산된 석탄재의 약 70%, 약 1873만톤이 잠재적으로 회수가능한 것으로 추산했다. 

지역별 함량 차이⋯경제성 분석 필요

연구 결과에 따르면 석탄재 내 희토류 함량은 지역별로 차이를 보인다. 애팔래치아 분지의 석탄재는 킬로그램당 평균 431밀리그램(으로 가장 높은 농도를 나타냈으나, 회수 가능성은 30%에 불과했다. 반면 파우더 리버 분지의 석탄재는 농도가 상대적으로 낮은 킬로그램당 264밀리그램이지만, 회수율은 70%로 높아 대규모 회수에 더 유리한 것으로 분석됐다.

스캔런 교수는 "이러한 지역별 차이는 경제적으로 가장 실현 가능한 매장지를 결정하는 데 중요한 요소"라며 "이러한 광범위한 분석은 이전에는 이루어진 적이 없으며, 향후 연구의 기반을 제공할 것"이라고 강조했다.

잠재력을 현실로⋯기술 개발 및 투자 필요

이번 발견은 매우 고무적이지만, 이를 현실적인 해결책으로 만들기 위해서는 과제가 남아있다. 엘리먼트 USA(Element USA)와 같은 기업들은 석탄재 및 광산 부산물에서 희토류를 추출하는 데 필요한 기술과 인력 개발에 힘쓰고 있다. Element USA의 최고 전략 책임자인 크리스 영은 "광산 부산물에서 희토류를 얻는다는 아이디어는 매우 합리적"이라면서도 "이러한 상식을 경제적인 해결책으로 전환하는 것이 과제"라고 말했다.

미국은 자국내 희토류 회수 분야에 대한 투자를 확대하면서 큰 기회를 맞이하고 있다. 이처럼 간과되었던 자원을 활용함으로써, 미국은 해외 공급원에 대한 의존도를 줄이고 폐기물을 전략적인 국가 자산으로 전환할 수 있을 것으로 기대된다.

◇ 참고 문헌: Robert C. Reedy, Bridget R. Scanlon, Davin A. Bagdonas, James C. Hower, Dennis James, J. Richard Kyle, Kristine Uhlman의 "미국의 석탄재 자원과 희토류 원소 생산 잠재력", 2024년 9월 17일, International Journal of Coal Science & Technology .

DOI: 10.1007/s40789-024-00710-z