탄소도 제거하고 니켈도 생산하는 ERW 기술을 아시나요? 메탈플랜트의 비결

일명 ‘강화된 풍화작용(ERW)’은 현재 탄소 제거 분야에서 가장 주목을 받는 분야다.

오랫동안 베일에 가려진 채로 활동해왔던 메탈플랜트(Metalplant)라는 스타트업이 ‘강화된 풍화작용’ 기술로 탄소 제거는 물론 니켈까지 생산하는 기술을 선보였다고 카본헤럴드가 최근 소개했다. 

이 스타트업의 방법은 니켈 함유가 많은 감람석을 ‘강화된 풍화작용’ 방법으로 갈아서, 농지에 뿌리고 농지에서 자란 식물조직에서 순수한 니켈을 회수한다. 즉, 강화된 풍화작용으로 니켈이 방출되는 단점도 막고 회수한 니켈을 판매해 경제적 가치도 높이는 기술이다.

메탈플랜트의 CEO 에릭 매츠너(Eric Matzner)는 메탈플랜트 이전에 비영리 프로젝트 베스타(Vesta)를 시작한 적 있다. 베스타 역시 강화된 풍화작용과 관련있는 프로젝트로, 주로 해안에서 이 작업을 실시해왔다.  

메탈플랜트의 방식은 광업과 농업을 수직으로 통합하는 프로세스다. 에릭 CEO는 "옥수수, 콩, 밀 등의 전통적인 식량 작물을 키우는 농업에 강화된 풍화작용(ERW) 기술을 통합할 경우, 연구 결과 약 2년에 걸쳐 작물 수확량이 16% 증가한 것으로 나타났다"고 밝혔다.  

메탈플랜트는 현재 알바니아(Albania)로 북부에 현장을 갖추고 있다. 알바니아 표면적의 11% 이상이 구불구불한 토양으로 구성되어 있으며 천연 금속 함량으로 인해 식용 작물에 적합하지 않다고 한다. 메탈플랜트는 이러한 광물이 노출된 500평방 킬로미터의 농지에서 작업하고 있다. 이 농지 지하는 수 킬로미터에 달하는 감람석 층을 포함하고 있다.

메탈플랜트는 미국 에너지부(DOE)의 에너지 첨단 연구 프로젝트 기관(ARPA-E)과 함께 식물을 사용하여 토양의 중요 물질을 추출하는 연구로 최대 1000만 달러(약 138억원)의 자금을 지원받는다고 발표됐다. 

ARPA-E 이사 이블린 왕(Evelyn N. Wang)은 "ARPA-E는 니켈을 첫 번째 목표 핵심 물질로 추출하기 위한 식물 채굴을 탐구함으로써 에너지 전환을 지원하는 데 필요한 비용 경쟁력 있고 저탄소 발자국 추출 접근 방식을 달성하는 것이 목표"라고 밝혔다. 

메탈플랜트가 니켈 추출에 사용하는 식물은 돌작물(Alyssum murale)이다. 돌작물은 알바니아가 원산지인데다가 금속성분이 많은 토양에서 자란다. 또한, 다른 식물보다 100배 이상의 니켈을 흡수하기 때문에 건조시킬 경우 1% 이상의 니켈을 회수할 수 있다고 한다. 

이 스타트업은 알바니아 토양에서 유사한 과다축적 식물을 최적화하는 데 15년 이상을 소비한 티라나 농업 대학교의 아이다 바니(Aida Bani) 교수와 파트너십도 맺었다. 이다 바니 교수는 식물채광과 농업 기술의 대부격인 인물이라고 한다. 

또한, 이 스타트업이 사용하는 감람석은 풍화 속도가 가장 빠른 광물 중 하나로 알려져 있을 뿐만 아니라 마그네슘 함량이 높아 톤당 탄소 제거 능력이 가장 높다. 1톤의 풍화 감람석은 대기 중 1톤 이상의 이산화탄소를 제거할 수 있지만, 광물에 미량의 니켈이 포함되어 있기 때문에 농지에 사용하는 것은 문제가 있다. 따라서 현재까지 감람석은 풍화 작용을 위해 사용되지 않으며 광물 현무암을 선호하고 있다. 하지만 현무암은 이산화탄소 제거 효율이 톤당 3~5배 정도 낮다.

토양에서 금속을 회수하기 위해 니켈 과다축적 식물을 사용하는 과정은 ‘식물채광(phytomining)’으로 알려져 있다. 메탈플랜트는 채석장에서 금속 추출까지의 과정인 탄소 음성 금속의 회수 및 생산을 위한 강화된 풍화작용과 식물성 채광의 실제 조합을 최초로 시연했으며, 이에 대해 특허를 출원했다. 

메탈플랜트는 성장 기간 내내 농장을 계속 운영하여 식물의 바이오매스를 늘리기 위해 노력하고 있다. 왜냐하면 헥타르당 바이오매스 양이 많을수록 일반적으로 더 많은 니켈을 회수할 수 있기 때문이다. 문헌에 따르면 일부 품종은 헥타르당 약 400kg의 니켈을 생산했으며, 식물은 2% 니켈을 함유하여 헥타르당 20톤의 바이오매스를 생산했다. 

전 세계 연간 300만 톤이 넘는 니켈 생산량 중 50% 이상이 현재 인도네시아에서 생산되고 있다. 그런데 생산과정이 매우 파괴적이어서 땅을 파고 최대 몇 퍼센트 니켈인 니켈 라테라이트 광석에 도달하려면 숲을 제거해야 한다. 그런 다음 순도를 높이기 위해 대부분 석탄 화력 발전소를 사용하여 일부 니켈의 CO2 배출량이 20-70톤에 달하며, 다른 금속보다 훨씬 높다.

한편, 메탈플랜트는 일련의 제품을 판매할 계획이다. 주력 제품은 일정량의 니켈염과 함께 일정량의 순 이산화탄소 제거량이 결합된 것이다. 이 제품은 네거티브니켈(NegativeNickel™)이라고 부른다. 타깃 고객은 친환경 철강 생산업체와 EV 공급업체다.