스마트폰 배터리에 숨겨진 비밀! '희토류'란 무엇일까?
아빠! 스마트폰을 매일 쓰면서 항상 궁금했는데요, 배터리가 이렇게 작은데 어떻게 하루 종일 전기를 모아두고 작동할 수 있는 거예요?
우리 민지가 아주 예리한 질문을 했네! 스마트폰 배터리가 작으면서도 강력한 힘을 내는 데는 아주 특별한 비밀 물질이 들어있기 때문이란다. 그걸 바로 희토류(Rare Earth Elements)라고 불러.
희토류요? 이름이 되게 희귀하게 생겼어요. 희귀한 흙이라는 뜻인가요?
맞아! 한자 뜻 그대로 풀어보면 '희귀한 땅의 원소'라는 뜻이야. 17개의 특별한 금속 원소를 묶어서 부르는 말이지. 하지만 실제로는 땅속에 아주 없어서 희귀하다기보다는, 순수한 상태로 extraction(추출)하기가 너무 어렵고 뭉쳐서 존재하지 않아서 '희귀하다'는 이름이 붙었단다.
1. 배터리와 스마트폰 속 희토류의 역할
아하! 그럼 그 희토류가 스마트폰 배터리에서 무슨 일을 하는 건가요?
스마트폰에는 주로 '리튬 이온 배터리'가 들어가는데, 배터리의 성능을 높이고 안전하게 만들어 주는 첨가제로 희토류가 쓰인단다. 예를 들어 란타넘(Lanthanum)이나 세륨(Cerium) 같은 원소는 배터리가 충전되고 방전될 때 구조가 쉽게 부서지지 않도록 견고하게 지지해 주는 역할을 해.
배터리가 오래가도록 도와주는 '기둥' 같은 역할을 하는 거네요!
정확해! 그리고 배터리뿐만 아니라 스마트폰의 진동 모터나 스피커에 들어가는 아주 강력한 자석인 '네오디뮴 자석'을 만들 때도 네오디뮴(Neodymium)이라는 희토류가 필수로 들어가지. 디스플레이의 선명한 색상을 내는 데도 이트륨, 테르븀 같은 희토류가 핵심적인 역할을 담당한단다.
2. 희토류가 '첨단 산업의 비타민'으로 불리는 이유
우와, 스마트폰 하나에 희토류가 정말 많이 들어가는군요. 그래서 '산업의 비타민'이라고 부르는 건가요?
우리 민지 표현력이 대단한데? 맞아. 우리가 건강을 위해 비타민을 조금만 먹어도 큰 효과를 보는 것처럼, 희토류도 제품 전체 분량에서 차지하는 비중은 적지만 없으면 첨단 기기 자체가 작동할 수 없기 때문에 비타민이라고 불러. 스마트폰, 전기자동차, 풍력 발전기, 심지어 우주선과 전투기까지 희토류 없이는 만들 수 없단다.
그런데 아빠, 그렇게 중요한 희토류라면 그냥 땅에서 많이 파내면 되는 거 아니에요?
3. 희토류 채굴의 문제점과 미래 대체 기술
좋은 질문이야. 하지만 희토류를 채굴하고 정제하는 과정에는 큰 문제가 있단다. 희토류는 정제할 때 독성 화학물질과 방사성 물질이 함께 나와서 심각한 환경오염을 일으켜. 또한 특정 국가가 세계 희토류 생산의 대부분을 독점하고 있어서 자원 무기화 문제가 생기기도 한단다.
환경도 오염되고, 특정 나라만 가지고 있으면 나중에 스마트폰을 못 만들 수도 있겠네요...
그래서 과학자들이 두 가지 노력을 하고 있단다. 첫째는 다 쓴 스마트폰과 배터리에서 희토류를 다시 추출하는 '도시 광산' 재활용 기술이고, 둘째는 희토류를 전혀 쓰지 않거나 아주 적게 쓰는 '대체 배터리 소재'를 개발하는 거야.
아! 버려진 스마트폰도 다시 잘 모아야겠어요. 아빠, 오늘 희토류에 대해 들으니 우리가 쓰는 스마트폰이 정말 대단한 과학의 집약체라는 걸 알았어요!
하하, 우리 민지가 흥미를 가지니 아빠도 기쁘네. 민지야, 혹시 또 어떤 게 궁금하니?
아까 말씀해 주신 희토류 종류중에 란타넘(Lanthanum)이란 물질에 대해서 궁금해요!
