‘탄소 제로’ 마그네슘 제조에 도전하는 미국의 스타트업

미국 스타트업 마그라테아는 새로운 전해조를 사용해 전기로 마그네슘을 생산할 수 있다.

미국 캘리포니아에 본사를 둔 기업 마그라테아(Magrathea)는 바닷물로 마그네슘 금속을 생산할 수 있는 새로운 전해조를 가동하기 시작했다. 이 기술은 차량과 방위산업 등에 사용되는 마그네슘을 온실가스 순배출 제로인 상태로 생산할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.

마그네슘은 매우 가벼운 금속이며 차량의 알루미늄 합금을 비롯해 자동차와 비행기의 부품 등에 사용된다. 또한 강철과 티타늄 생산 공정을 비롯한 산업 분야와 방위산업에도 활용된다.

현재 마그네슘 생산은 중국이 주도하고 있으며, 가장 일반적인 마그네슘 생산 방식에서는 기후변화를 유발하는 온실가스가 상당히 많이 발생한다. 마그라테아가 기후친화적인 생산 공정 규모를 확대할 수 있다면 새로운 마그네슘 공급원이 될 수 있을 뿐만 아니라 마그네슘을 많이 사용하는 자동차 제조업의 환경오염을 줄이는 데도 기여할 수 있을 것이다.

마그라테아가 제시한 공정의 핵심은 바로 ‘전해조’이다. 전해조는 전기를 사용하여 물질을 구성 요소로 분해하는 전기분해 장치이다. 마그네슘 생산에서 전해조를 사용하는 것은 새로운 시도가 아니지만, 마그라테아는 새로운 접근 방식을 제시했다. 마그라테아의 알렉스 그랜트(Alex Grant) 공동 창립자 겸 CEO는 “우리는 전해조를 이용한 마그네슘 생산 방식을 현대화하여 21세기로 가져왔다”고 말했다.

전체 공정의 시작은 ‘소금물’이다. 바닷물과 염호(소금호수)의 물, 지하수에는 소량의 마그네슘이 포함되어 있다. (바닷물의 마그네슘 농도는 약 1,300ppm으로, 마그네슘은 바닷물 무게 기준으로 약 0.1%를 차지한다.) 이러한 바닷물이나 염수를 정제하고 농축해서 건조하면 ‘고체 염화마그네슘 염’이 된다.

마그라테아는 이렇게 생산된 염(현재는 미국의 다국적 식품 기업인 카길(Cargill)에서 구매)을 전해조에 넣는다. 전해조는 약 700℃의 온도에 도달한 후, 용융된 염에 전류를 통과시켜 마그네슘과 염소를 분리해 마그네슘 금속을 생성한다.

일반적으로 이 공정에서 전해조를 가동하려면 안정적인 전력 공급원이 필요하다. 전해조의 온도는 염이 용융 상태로 남아 있을 수 있는 수준으로 유지된다. 온도가 너무 많이 내려가면 염이 고체화되어 공정에 문제가 생기고 장치에 손상을 줄 가능성도 있다. 반면에 온도를 필요 수준 이상으로 너무 많이 올리면 에너지를 낭비하게 된다.

마그라테아의 접근 방식에는 유연성이 있다. 마그라테아는 기본적으로 용융염을 액체 상태로 유지하는 데 필요한 온도보다 약 100℃ 더 높은 온도로 전해조를 가동한다. 그런 다음 이러한 추가적인 열을 창의적인 방식으로 활용한다. 이를테면 반응기에 투입될 마그네슘 염을 건조하는 데 이 열을 사용하는 식이다. 이러한 준비 작업은 간헐적으로 수행될 수 있으므로 마그라테아는 전기 요금이 저렴하거나 재생에너지 공급이 더 많은 시점에 전기를 공급받아 비용과 배출량을 줄일 수 있다. 또한 이 공정에서는 부수적으로 산화마그네슘이 생성되는데, 산화마그네슘은 대기 중 이산화탄소를 포집하는 데 사용될 수 있어 남은 탄소 오염을 상쇄하는 데 도움이 될 수 있다.

올해 1월에 마무리된 독립적인 생애주기 평가에 따르면 이 생산 공정은 온실가스 ‘순배출 제로’를 달성할 수도 있다. 그랜트 CEO는 “처음부터 그 수준에 이르지는 못하겠지만, 현재 산업 전반에서 사용되는 방식보다 훨씬 기후친화적인 생산 공정으로 발전할 가능성은 충분하다”고 강조했다.

사이먼 조위트(Simon Jowitt) 네바다 광산국 국장 겸 네바다 대학교 리노 캠퍼스 산하 경제지질학 연구센터 소장은 “마그네슘 생산에 도전하는 건 결코 간단하지 않을 것”이라고 말했다.

미국 지질조사국의 데이터에 따르면 2024년 기준 전 세계 마그네슘 공급량의 약 95%를 중국이 생산하고 있다. 거의 독점에 가까운 이러한 시장 지배력 덕분에 중국 기업들은 저렴한 가격으로 마그네슘을 대량 공급할 수 있고, 이로 인해 다른 기업들이 시장에서 경쟁하기 어려운 상황이다. 조위트 소장은 “따라서 이 분야의 경제성은 불확실하다”고 지적했다.

미국은 반덤핑 관세를 포함한 일부 무역보호 조치를 시행하고 있지만, 대체 공정을 시도하는 신규 업체들은 여전히 다양한 장애물에 직면할 수 있다. 미국 유타주에 본사를 두고 있는 US마그네슘(US Magnesium)은 최근 몇 년간 미국에서 마그네슘을 생산하는 유일한 기업이었지만, 장비 고장과 환경에 대한 우려로 인해 2022년에 생산을 중단했다.

마그라테아는 2025년 말이나 2026년 초에 유타주에 시범 공장을 건설할 계획이다. 이 공장은 연간 약 1,000톤의 마그네슘을 생산할 수 있으며 2027년에 가동될 예정이다. 2월에 마그라테아는 주요 자동차 제조사와 협약을 체결했다고 발표했으나 이름은 공개하지 않았다. 해당 자동차 제조사는 시범 공장에서 생산된 마그네슘을 사전 구매했으며 이를 기존 제품에 적용할 계획이다.

시범 공장 가동 후 마그라테아는 다음 단계로 연간 약 5만 톤의 생산 능력을 갖춘 상업용 공장을 건설할 계획이다.

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