독서습관83_친환경차 시대를 이해할 수 있는_슈퍼배터리와 전기자동차 이야기_세트 플레처_2015_성안당_독서후기(180706)

저자 세트 플레처(Seth Fletcher)가 2011년 <Bottled Lighting: Superbatteries, Electric Cars, and the New Lithium Economy>라는 이름으로 출판한 책을 2015년에 한원철 씨가 한국어판으로 번역 출판한 책이다. 저자는 <사이언티픽 아메리칸>지의 편집 데스크로 <멘스 저널>, <아웃사이드>, <살롱>지 등에도 집필하며, 미국 뉴욕 브루클린에 거주한다(2015년 당시)

이 책은 전기자동차 배터리에 대한 발표자료를 준비하기 위해 관련된 도서를 도서관에서 검색하다 접하게 되었다. 친환경자동차가 개발되어 연비를 개선하고 이산화탄소 배출량을 상당히 줄일 수 있다고 한다. 하지만 조금만 안쪽으로 들어가서 친환경자동차가 무엇인가라는 질문에 답하려 하면 생각의 정리가 필요하다. 

이 책을 통해 전기자동차가 최근에 친환경차로서 조명을 받고 있지만 시작은 19세기에 이미 있었다는 점을 알게 되었다. 주행거리의 한계로 인해 내연기관의 발전으로 사라졌던 것이다. 

그리고 리튬의 발견에서부터 오늘날 리튬이온전지의 발전에 따른 리튬 개발에 대한 부분이 후반부에 설명이 되었다. 볼리비아의 우유니 염호, 즉, 소금호수가 리튬이 풍부해서 개발하면 공급에 영향이 없겠다는 생각을 가지고 있었는데 실상은 많이 달랐다. 

볼리비아의 우유니 염호는 고지대이고 칠레로 둘러쌓여 항만 접근성이 멀다는 단점이 있고 특히 비가 내리는 시기에는 건조시간이 길다는 점이 언급되었다. 칠레와 볼리비아간의 전쟁으로 항만 접근성을 잃은 볼리비아는 남미 최빈국중의 하나로 볼리비아의 도로와 칠레의 도로 수준도 차이가 크다고 한다. 특히 자국의 자원이 해외 기업에 의해 개발되는 것을 원하지 않아 자체 개발을 하고자 하는 면도 더딘 점이다. 

우유니 염호와 달리 칠레의 아타카마 염호는 사막에 위치하고 강수량이 거의 없어 리튬으로 개발하기 유리한데다 대량으로 개발이 되고 있다고 한다. 

전기자동차 시대에 배터리와 배터리에 들어가는 리튬에 대한 이해를 높일 수 있는 책이었다. 

이하 발췌내용이다. 

[31] 나트륨이나 칼륨과 같은 보다 무거운 알칼리 금속들과 같이 리튬은 19세기 초에 최초로 분리되었다. 1800년 스웨덴의 우트 섬에 있는 광산을 방문한 브라질의 화학자가 수정과 같은 광물을 발견하고 각각 스포듀민과 페타라이트(엽장석)라고 이름을 붙였다. (중략) 17년 후 앤스 야곱 베르세리우스의 연구소에 근무하고 있던 요한 오거스트 알페드슨이라는 젊은 스웨덴 화학자가 엽장석을 리튬염으로 분리하여 원소를 발견한 것으로 칭송을 받았다. 베르세리우스는 새로운 광물을 그리스어로 돌을 의미하는 리토스로부터 리튬이라고 이름 붙였다. 

[68] 봅 햄린은 자신의 엑슨 시대를 회한을 담아 이야기했다. "스탠 휘팅검에게 이러한 말을 한 적이 있다. '지금 되돌아 생각하면 도대체 왜 리튬과 탄소를 섞어 볼 생각을 하지 않았을까? 그것은 알고 있는 것처럼 현재의 리튬 이온 전지를 가능하게 한 것이다. 말하는 것은 쉽고 행하는 것이 어려울지 모르겠지만 거기에는 특정 종류의 탄소가 필요하고 과거의 경험이 없으면 간단히 구분할 수 있는 것이 불가능했을 것이다. 나의 좌우명은 돌발적인 비약은 타인에게서 일어나기 마련이다.'라는 것이다. 대약진으로서 전해지는 진보는 지금까지 몇 가지 있었지만 하나하나 주의 깊게 보면 관계자의 오랜 기간에 걸친 몰두가 있었던 것이다. 나는 그러한 경험을 충분히 해왔다."

[73] 굿이노프는 자연과학의 필수과목 학점을 채웠고, 아울러 의학부 선택을 남겨두고 있었기 때문에 1년 차 때 화학을 이수했다. 그는 제정신이 아닌 세계를 살아가는 젊은이로서의 책임과 씨름했다. '인생의 의미는 타인으로부터 칭찬받는 것이 아니라, 위대하고 영원한 것에 매진하는 것'임을 그는 느끼기 시작했다고 굿이노프는 기록하고 있다. 

[118] 2006년 1월 <누가 전기자동차를 죽였는가?>라는 다큐멘터리 영화가 선댄스 영화제에서 개봉되었다. 그 해 여름에는 일반 영화관에서 상영되어 예상 외의 히트작이 되었다. 이 영화는 제너럴 모터스가 대체 에너지에 대하여 불성실한 자세를 가지고 있다는 인식을 강하게 하는 역할을 했다. 

[208] "기술이 급속하게 발달해 있다고 생각되는 때가 있으면, 전혀 진보가 느껴지지 않을 때도 있을 것입니다. 그러나 많은 경우 가장 위대한 발견은 천재적인 혜안이 아니라, 많은 시간과 견실한 노력이라는 시련으로부터 태어나는 것입니다. 그리고 그 대부분은 상상력과 헌신만으로는 달성 불가합니다. 정부가 자금을 투자하고, 관여하는 것이 필요한 것입니다. 그와 같이 하여, 우리들은 인간을 달에 보냈습니다. 그와 같이 하여, 월드 와이드 웹을 세상에 내놓는 것이 가능했습니다. 그리고 그와 같이 해서, 21세기에 있어서 경쟁력의 열쇠가 될 클린 에너지 경제의 구축을 재촉하게 될 것입니다."

[326] 아타카마 염호의 리튬 농도는 평균 2,700ppm이다. 그것은 자연이 준 첫번째 아타카마의 강점이다. 또 하나는 지옥과 같은 사막의 경관이 증발광물을 추출하기 위한 최적의 환경인 것이다. 화성과 같은 환경에서 증발지의 염수는 지구상의 리튬 산지 어디보다도 격렬하게 태양에 데워져, 연간 3,500mm의 속도로 물이 증발한다. 두 번째로 증발 속도가 빠른 리튬 산지는 이곳으로부터 남서로 수 시간 걸리는 장소에 위치한 아르헨티나의 푸나에 있고, 그곳에서는 1년에 2,600mm의 비율로 증발한다. 우유니에서는 연간 1,300mm에서 1,700mm이다. 우유니 염호와는 달리 아타카마 염호의 염수는 리튬에 대한 마그네슘의 비율이 상당히 낮다. 이 때문에 우유니 염호보다 쉽고 싸게 리튬을 제품화하는 것이 가능하다. 이러한 이점에 더하여 기존의 인프라가 이용 가능하기 때문에 SQM은 마음만 먹으면 세계 총 리튬 수요의 3~4배를 생산 가능하다고 호언할 정도로 마음을 놓고 있는 것이다. 

[328] 리튬의 농도가 높아감에 따라 염수의 황색감이 늘어, 드디어 선명한 황등색에 가까워진다(마그네슘과 리튬이 황색을 띠기 때문이다). 최후의 산출물, 6%의 리튬 용액은 진한 황록색을 띠고 있다. (중략) 리튬의 농도를 0.2%에서 6%로 올리는 데는, 거의 14개월에 걸쳐 증발지로부터 증발지로 옮겨지기를 계속하지 않으면 안 된다. 6%를 조금이라도 넘으면 리튬은 침전을 시작한다. 

[330] 볼리비아의 정부 주도 사업에는 적어도 3개의 과제가 있다고 슬레이터는 설명했다. 첫 번째가 정치, 두 번째가 우유니 특유의 로지스틱한 문제, 낮은 증발 속도, 리튬에 대한 마그네슘의 높은 농도, 바다로 가는 나쁜 통로, 마지막으로 사회이다. 지역사회는 자신들의 토지에 잠자는 리튬을 채굴하는 조건으로 이 지방에 만연하는 빈곤을 어떻게 하라고 정부에게 요구하고 있다. 지금까지 정부는 그러한 요구에 응하지 않았다. 

[343] "~ 나는 학생들에게 자신에게 도전하라고 말하고 있다. 현재와 비교하여 환경에 영향을 최소로 하는 제철 방법같은 발상이 아닌 역으로 공기를 깨끗하게 하는 방법, 물을 깨끗하게 하는 프로세스를 생각해 보라고..., 그러면 제련소의 주변에는 나무가 무성하고, 물은 제련소로부터 정화되어 나오기 때문에 모두 앞다투어 제련소를 자신의 집 가까이에 유치하려고 할 것이다. 거리를 달리면 빨아들인 공기보다 깨끗한 공기가 배기관으로부터 나오는 자동차를 생각해 보자. 왜 그러한 생각을 해보지 않는가? 왜 우리들에게 가능한 최선이 제로라고 생각하는가? 지금, 우리들은 마이너스 쪽에 있지만, 바라 마지않는 최고의 상태는 마이너스 쪽에 있으면서 가능한 한 제로에 가까이 가는 것인가? 나는 이렇게 말하고 있다. 왜 제로 축을 돌파하여 플러스 쪽으로 갈 수 없는가? 왜? 그것을 방해하는 것은 당신들의 상상력의 한계인 것이라고..."

[344] 리튬 황전지의 개념은 단순하여 리튬 금속의 음극, 황 원소의 양극, 이온 액체와 액상 폴리머와 리튬염의 혼합물로서 되어 있는 전해질로 구성되어 리튬과 황이 Li2S를 만드는 반응으로 작동한다. 이론상 리튬 황 전지는 현재 사용되는 리튬이온 전지의 5배의 에너지를 축적할 수 있다는 계산이 나와 커다란 기대를 모으고 있다. 

 당장의 이점 중 하나가 탄소를 사용하지 않는 것이다. 현재 리튬이온 전지의 음극에는 모두 LiC6가 사용되고 있다. 리튬은 중량으로 그 10%에 지나지 않는다. 탄소의 중량을 모두 활성을 지닌 전하를 운반하는 리튬으로 변환시킬 수 있다면 가벼운 고 에너지 밀도의 전지를 만들 수 있는 장점이 생긴다. 

 황 또한 커다란 메리트를 가진다. 황 원자의 무게는 현재 가전용 전지에 사용되고 있는 산화코발트 분자의 약 3분의 1로서 특히 1개의 황 원자는 2개의 리튬 원자와 결합하는 것이 가능하므로, 양극쪽에서의 경량화 효과도 크다. 리튬 황 전지를 제대로 작동할 수 있게 한다면, 1kg당 수백 와트시(Wh)를 축적하는 것이 가능하여, 전기자동차의 항속거리를 한 번에 500~600km의 영역으로까지 올리기에 충분하다. 하지만 이 전지가 안고 있는 근본적인 문제는, 황의 전기전도율이 최악인 것이다. "황전극을 제대로 작동하게 하려면 나노 스케일에서의 많은 처리가 필요하다."라고 케안스는 말한다. 

[372] 클린 자동차 기술의 추진을 촉진하기 위해서 정부가 가지는 가장 효과적인 수단은 아마도 기업별 평균연비(CAFE) 기준이다. 사실 2010년 10월에 환경보호청과 도로교통안전국은 CAFE 기준을 2016년에 예정하고 있는 1갤론당 평균 35.5마일(약 15km/L)로부터 2025년까지 62마일(약 26km/L)의 높은 수치로 올릴 가능성을 시사했다.