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서울공대 이야기

땅 속 희유금속, 식물로 찾는다

응용지구화학연구실



멋진 초록색 중절모가 놓인 전효택 교수의 책상 위에는 잔디밭에서 활짝 웃고 있는 전 교수의 대학교 재학 시절 사진이 있었다. 인터뷰 내내 전 교수의 눈빛은 사진 속 청년처럼 열정적으로 빛났다.

“대학 때 배운 광상학과 지구화학탐사가 참 재밌었습니다. 당시 우리나라의 응용지구화학 분야는 불모지와 다름없었습니다. 지구식물학과 지구화학탐사를 전공하신 교수님이 각각 한 분씩 계셨죠. 대학 시절 이 분들로부터 많이 배웠습니다.”

전 교수는 미개척지였던 응용지구화학과 자원환경지질학을 30여 년에 걸쳐 연구했다. 2006년에는 자원환경지질 분야에서의 업적을 인정받아 ‘김옥준상’을 받았으며, 2007년 한국지구시스템공학회에서 ‘서암상’을 받았다. 올해 11월에는 서울대에서 탁월한 연구실적을 낸 교수에게 주는 ‘학술연구상’도 받았다.



[서울대 에너지자원공학과 전효택 교수]

산업의 비타민, 희유금속 확보戰


전 교수의 응용지구화학연구실에서는 희유금속을 탐사하는 지구화학탐사 기술과 중금속에 오염된 지역의 오염수준을 조사하고 정화하는 환경지구화학을 연구한다.

희유금속 중 산업의 비타민으로 불리는 희토류 금속은 특정 지역에 편중돼 묻혀 있고 매장량이 매우 적다. 하지만 반도체와 디스플레이에는 물론이고 신소재 개발, 항공산업 등 많은 분야에 쓰고 있어서 현재 수요가 매년 폭증하고 있다.

희토류 금속 세계 생산량의 96%을 생산하는 중국은 희토류 금속을 발 빠르게 자원무기화했다. 미국과 일본, 유럽연합(EU) 또한 희유금속 비축량을 확대하는 등 희유금속 전쟁을 벌이고 있다. 우리나라도 최근 희유금속 확보전에 뛰어들어 자원외교를 하고 있다.

“21세기에는 희유금속 자체가 성장동력입니다. 공급 안정성을 유지하기 위해서는 해외자원을 개발하는 것도 중요하지만 국내에 있는 희유금속도 탐사하고 개발해야 합니다.”

과거 70년대까지만 해도 1000여 개의 금속 광산에서 금속자원을 생산했다. 그런데 원가가 너무 비싸서 경제성이 낮았다. 게다가 중국에서 지나치게 싼 값으로 막대한 양의 희유금속이 들어오면서 가격경쟁에서 밀린 대부분의 금속광산이 문을 닫았다. 현재는 수 개의 금속광산이 운영되며, 전체 소비량의 95% 이상을 수입에 의존하고 있다.

“지금은 희유금속이 매우 비싸졌습니다. 그리고 첨단산업에서 수요가 매우 많아졌죠. 때문에 경제성이 높아졌습니다. 안정적 공급을 위해서라도 국내 희유금속을 더 탐사하고 개발해야 합니다. 해외 희유금속은 물론이고요.”



[식물을 채취해 잎, 줄기, 뿌리에 들어있는 성분을 분석하면 유용광물이 모여있는 지역을 찾을 수 있다.]

식물로 희유금속 찾고, 중금속도 찾고

응용지구화학연구실에서는 희유금속 탐사에 식물을 이용한다.

“지표에 희유금속을 함유한 광체(광물의 집합체)가 있으면 이것이 풍화되면서 주변 토양에도 희유금속이 많아집니다. 그 위에서 생장한 식물이 희유금속을 흡수하죠. 바로 이 식물의 잎, 줄기, 뿌리에 함유된 성분을 분석하면 희유금속이 많이 있는 지역을 찾을 수 있습니다.”

희유금속 대부분은 지구를 이루는 물질에서 차지하는 비중이 0.1% 미만이다. 금이나 은, 아연, 카드뮴, 비소를 비롯해 몰리브덴, 니켈, 코발트 등이 이에 속한다. 특히 금은 암석 토양 식물 속에 ppb단위(10억분의 1비율, 1000톤 중 1그램)로 존재하는 미량이기 때문에 화학분석방법도 중요하다.

“식물을 이용한 방법은 중금속오염 지역의 정화 연구에도 쓰입니다. 식물이 자라는 토양이 중금속에 오염돼 있으면 식물에도 중금속이 많아지죠. 이것을 이용해 중금속에 오염된 토양을 찾습니다.”




식물을 중금속 오염 지역에서 재배하면 토양의 중금속이 식물로 이동해 토양이 정화된다. 친환경적으로 중금속 오염지역을 복원하는 것이다. 물론 그 식물을 먹을 수는 없지만 척박한 환경에 산림을 조성해 그 지역을 휴양지로 바꿀 수 있다.

최근에는 미생물을 이용한 환경정화방법이 각광을 받고 있다. 지금까지는 미생물을 유기 오염물질 정화에 많이 썼다. 전 교수는 무기물 즉, 중금속 처리에 미생물을 이용했다.

“미생물은 매우 매력적입니다. 어떤 미생물은 중금속을 흡착합니다. 그러면 물이나 토양 속의 중금속이 줄어들죠. 또 다른 미생물은 중금속인 크롬 6가를 3가로 환원시키는 촉매 역할을 합니다. 크롬 6가는 매우 무서운 중금속이죠. 그런데 크롬 3가로 환원되면 위험하지 않습니다. 미생물 중에는 중금속 이온을 침전시켜서 고체로 만드는 것도 있습니다.”

중금속을 흡착하거나 고체화 또는 환원시키는 미생물을 찾아서 배양하고 토양에 넣으면 중금속 오염지역을 친환경적으로 정화할 수 있다.

응용지구화학분야를 전공하려면

21세기 산업은 정보통신을 비롯한 첨단 IT산업과 친환경 사업 분야가 큰 부분을 차지한다. 희유금속은 첨단 산업의 발전에 꼭 필요한 요소다. 토양의 중금속 처리를 연구하는 환경지구화학도 마찬가지다. 현재 각 대학이나 기업체, 정부기관 등 이 분야의 인재를 필요로 하는 곳이 많다. 앞으로도 수요는 늘어날 전망이다.

전 교수는 이 분야를 공부하려면 중, 고등학교 때부터 지구과학을 반드시 공부해야 한다고 강조했다. 그 중 지질 분야는 반드시 익혀야 한다. 지구를 구성하는 화학물질의 이동을 탐구하는 분야이므로 화학에 취미가 있으면 더 좋다. 식물을 이용해 광물탐사를 하기 때문에 생명과학도 열심히 공부해야 한다.

대학 진학 후에는 지질학은 기본이고 식물학과 미생물학을 부전공하는 것이 좋다. 물론 요즘 연구는 모든 자료를 컴퓨터로 처리하기 때문에 컴퓨터와 통계학도 알아둬야 한다.

“에너지와 자원의 시대가 왔습니다. 앞으로도 국내에 남은 희유금속을 더 탐사하고 개발할 것입니다. 물론 친환경적인 방법으로 자연을 정화하기 위한 노력도 계속할 것입니다.”

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