글: 류준영 머니투데이 미래산업부 차장(과학과기술 편집위원)

“KIGAM이 거대 우주 발사체 분야에서 지금까지 단역에 불과했다면, 이제는 우주탐사 분야에서 우리가 어엿한 ‘주인공’이 될 수 있는 절호의 기회다.”

이평구 한국지질자원연구원(KIGAM) 원장이 꺼내든 비 장의 카드. 그는 「과학과기술」과의 인터뷰에서 “지구에서는 자원빈국이지만 우주에서는 자원부국이 될 수 있다”라며 이렇게 말했다.

근거 없이 던진 얘기가 아니다. 실제로 한국의 첫 번째 달 탐사선 다누리호에 KIGAM의 순수 기술로 만든 ‘달 감마선 분광기(KGRS)’가 장착됐다. 현재 24시간 작동하는 분광기를 통해 KIGAM은 10초마다 수신되는 달 표면 감마선 데이터 수집·처리·해석·관리를 성공적으로 수행하고 있다.

이 원장은 “KIGAM의 감마선분광기로 달 표면에서 방출되는 감마선을 측정해 달의 원소와 자원을 분석하고 5종 이상의 달 원소지도 제작을 목표로 하고 있다”라면서 “달 자원의 조사와 산정, 자원 채굴 및 선광(選鑛, 캐낸 광석에서 쓸모없는 것을 가려냄), 자원 추출, 자원 분리·저장의 달 현지 자원 개발 기술 분야를 주도하게 될 것”이라고 말했다. KIGAM은 이처럼 이전과 결이 다른 연구를 본격화해 지구를 넘어 ‘우주자원시대’로 나아갈 위대한 도전기의 첫 장을 넘기고 있다.

이 원장은 KIGAM에서 미세먼지, 인공댐 퇴적물의 중금속 오염 및 오염원 추적 연구를 30년 가까이 수행해 왔다. 그는 “지금까지 국내 핵심광물 자원 탐사·개발·활용이 KIGAM의 도전무대였다면, 앞으로는 지구 밖 광물자 원 탐사가 새 무대가 될 것”이라며 “대한민국의 미래를 위한 마중물이 될 것으로 확신한다”라고 역설했다.

이 원장은 작년 12월 취임해 약 9개월의 시간을 보냈다. 임기 초에 코로나19라는 큰 난관을 만나 기관 운영에 적잖은 어려움이 많았다고 소회한 이 원장은 그동안 도전적 연구를 추진할 수 있도록 내부 평가 체계를 개편하는 등 팬데믹 쇼크에서 빠르게 벗어날 체질 개선을 이뤘다고 말했다. 이 원장은 연구원이 이제껏 한 번도 하지 않았던 희소금속, 기후변화, 지질재해, 우주자원탐사에 대한 연구 기반을 조성하는 데도 공을 들이고 있는데, “제 임기가 미래 지질자원 연구 100년 먹거리를 위한 마중물과 자양분 역할을 할 수 있다면 그것으로 만족한다”라고 밝혔다. 다음은 이평구 원장과의 일문일답.

Q. KIGAM은 어떤 연구기관인가.

A. KIGAM은 국토안심개발과 자원확보를 통해 국가산업발전과 국토보전을 책임지며 국토지질, 광물자원, 석유해저, 지구환경 및 기후변화 대응 등 다양한 지구과학 연구를 수행하고 있는 국가연구기관입니다. 1918년 지질조사소를 기원으로 1948년 중앙지질광물연구소로 창립한 이래 국내 유일의 지질자원 분야 정부출연연구기관으로 국민 안전과 국가 발전에 기여해왔습니다. KIGAM은 그동안 지진·활성단층·화산·산사태 등 각종 지질재해 관련 맞춤형 지질정보의 구축과 더불어 글로벌 에너지 전환과 4차 산업혁명 시대에 필요한 희소금속 등 국가 전략자원 확보를 위한 탐사·개발, 폐자원 재활용·자원순환 등 광물자원 전 주기 선순환 기술 개발을 중점적으로 수행하고 있습니다.

우주 천체 도달하면, 그때부턴 KIGAM의 영역

자원빈국 설움 날리고 미래 100년 먹거리 찾을 것

Q. 요즘 과학·산업계 가장 큰 화두가 ‘우주’이던데.

A. 우주 천체에 당도하면 우리 인류는 무엇을 하게 될까요? 현지에서 활동하려면 물과 산소가 필요하고, 현지에서 조달 가능한 양이 어디에 얼마나 있는지 알려면 지질학이 필요합니다. 이것이 바로 KIGAM의 영역입니다. 토양에서 식물이 자랄 수 있느냐에 대한 연구도 KIGAM이 하는 일과 맞닿아 있습니다. 현장에서 자원 확보에 쓸 제련 장비를 만드는 것도 우리 역량이 필수입니다. 물론, 우주로 나아가고 천체에 당도하기 위한 것은 우리 영역이 아니지만 그 뒤에는 우리가 주인공입니다. 그래서 지난해 9월 한국항공우주연구원, 한화에어로스페이스 등과 우주자원 활용 기술 개발을 위한 다자간 업무협약을 체결했고, 미 항공우주국(NASA) 리소스(RESOURCE) 프로젝트와 연계해 우리의 강점인 우주현지자원활용기술(ISRU)에 많은 연구와 준비를 이어가고 있습니다.

Q. 구체적으로 말해 달라.

A. 지난 8월 3일 발사된 한국형 달궤도선(KPLO) 다누리호에 KIGAM에서 개발한 감마선분광기(KPLO Gam-ma-Ray Spectrometer, KGRS)가 탑재됐습니다. 달 표면의 감마선 측정자료를 수집해 5종 이상의 달 원소지도를 제작할 계획입니다. 청정 에너지원으로 주목받고 있는 헬륨-3, 생명유지를 위해 필요한 자원인 물·산소, 달 기지 건설에 활용될 수 있는 건설자원 등을 탐색한 결과는 달 지질 및 자원 연구 등에 쓰일 예정입니다. 달 자원이 본격적으로 활용 가능해진다면, 자원빈국이라는 자조적 설움을 날려버릴 수 있는 대한민국 미래 100년 먹거리 자원이 될 수 있습니다. 또 ISRU 기술이 과학기술 주요 임무로 선정됨에 따라 약 500억 원 규모의 2단계 달 착륙선 개발사업을 추진하고 있습니다. 조직개편을 통해 우주자원탐사 전담조직도 구성할 계획입니다. 이를 통해 달과 화성의 ISRU 탑재체 개발을 통해 달의 중저위도 바다지역의 탐사와 원소지도 제작을 통해 산소·수소 등 휘발성 물질을 추출할 것으로 기대하고 있습니다. 아르테미스 프로그램을 주도하고 있는 NASA와의 협력도 급물살을 타고 있습니다.

자원빈국? 조사사업 제대로 시도조차 하지 않은 곳 많아

국내 33개 휴·폐광서 리튬·니켈·망간·코발트 집중 탐사

3D 지질 모델링 플랫폼, AI 광체 타켓팅 기술 활용

Q. 우리나라 광물자원 개발에 가장 큰 문제는?

A. 우리나라는 흔히 ‘자원빈국’이라고 알려져 있습니다. 그런데 사실은 시도하지 않기 때문에 자원을 발견하지 못한 것입니다. 1960년대 태백산 광화대를 시작으로 대대적인 광물자원 조사가 있었는데, 이후 큰 규모의 조사가 이뤄진 적 없습니다. 당시에는 철과 아연, 구리와 같은 ‘베이스 메탈’을 찾는 데 조사 역량을 집중했었습니다. 실제 희소금속 광상(鑛床, 땅속에 유용한 광물이 천연적으로 모여서 채굴의 대상이 되는 부분)이 있어도 그때는 중요하지 않았기에 신경을 안 쓴 것입니다. 예를 들어 경북 울진은 리튬 페그마타이트 광상이 나오는 곳인데, 1960년대 이후 꽤 시간이 흐른 1980년대 후반에 조사를 했는데도 이를 제대로 파악하지 못했습니다. 국내 자원 조사를 기피한 것 역시 또 다른 이유입니다. 자원을 발견하지 못하는 것은 곧 조사사업 실패를 뜻하기 때문입니다. 실패를 용납하지 않는 연구 문화와 제도가 이런 결과를 낳는 데 영향을 끼쳤다고 볼 수 있습니다. 따라서 해외광물자원 탐사와 더불어 이제 실패를 두려워 않고 핵심광물(희소금속)을 찾는 새로운 도전을, 국내광물자원 탐사를 본격적으로 시작해야 할 때라고 생각합니다.

Q. 글로벌 원자재 공급망 재편과 함께 자원 패권주의가 빠른 속도로 확산되고 있다.

A. 멕시코는 리튬 개발을 국유화하고 있고, 칠레와 아르헨티나는 리튬 공급량을 조절하며 신(新)자원 민족주의를 가속화하고 있습니다. 인도네시아는 니켈과 보크사이트의 원광(原鑛, 제련 과정을 거치지 않은, 파낸 상태 그대로의 광석) 수출을 금지하고 있습니다. 전 세계적인 현상이지만 핵심광물 등 자원의 자급자족이 어려운 우리나라에는 굉장히 큰 타격이 아닐 수 없습니다. 특히 반도체, 배터리, 자동차 등 국내 핵심 산업이 원료 수급에 실패해 휘청거리고 있고, 앞으로의 전망도 그리 밝진 않습니다.

Q. 우리는 어떤 식으로 대응해야 하나.

A. KIGAM은 잊혀지던 국내 광물자원 탐사 개발을 본격적으로 시작하는 새로운 도전을 하고 있습니다. 국내 33개 휴·폐광을 중심으로 배터리 양극제 원료 광종인 리튬, 니켈, 망간, 코발트의 집중 탐사를 시작했습니다. 또 전국 규모 광물자원 원소 분포도인 희소금속 전국 지구화학도의 전국 25,000지점에 대한 미량원소 36개 화학성분 자료를 바탕으로 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등의 희소금속의 유망 지역을 도출해 본격적으로 조사를 수행하고 있습니다. 여기에 적용되는 3D 지질 모델링 플랫폼을 이용해 광상의 디지털 트윈을 구축하고, AI 기술을 이용해 광체를 타겟팅하는 기술을 개발했습니다. 또 첨단 스마트마이닝 기술인 드론이나 무인비행선 기반의 물리탐사 시스템을 통해 탐사자료를 데이터 플랫폼에 취득하고 저장해 기본적인 자료 처리까지 가능하게 하고 있습니다. KIGAM 기술네트워크를 활용한 유망자원 채굴권 확보에도 노력하고 있습니다. 특히 바나듐과 리튬 중심의 국내 탐사를 넘어 국외에 서는 몽골에서 구리, 미얀마에서 크롬 등의 자원 탐사를 하며 핵심광물 확보를 위한 영역을 확대하는 중입니다. KIGAM의 자원개발 기술협력 네트워크를 바탕으로 주요 협력국인 호주(CSIRO), 캐나다(GSC), 카자흐스탄, 몽골, 태국, 인도네시아 등과 핵심광물 공급망의 확보를 위해 다각적인 협력을 진행하고 있습니다.

CCS 모니터링 및 주입설비 자립화 사업 기획

2024년 대륙붕 7억 톤 저장 후보지 추가 개발

Q. 이루고자 하는  과업 중 꼭 성공시키고 싶은 것이 있다면.

A. KIGAM은 뉴노멀이 된 기후위기에 효과적으로 대응이 가능한 지질자원 기후변화 솔루션을 제공할 의무가 있습니다. 특히 ‘탄소중립을 위한 탄소포집·활용·저장기술(CCUS) 고도화’를 중점적으로 수행하고 있습니다. 이산화탄소 저장(CCS) 분야에서는 대규모 CO2 주입, 저장효율 혁신기술 개발을 통해 서해 군산분지 대규모 CCS를 위한 최종 후보지 확보 예비조사를 실시하고 있습니다. 특히 해상 플랫폼에서 광역 탄성파 탐사(20×20 km)와 정밀 탄성파 탐사(4×4 km)를 통해 샘플링 및 해저 코어를 회수한 후 지질 모델링을 통해 1억 톤 규모의 대규모 저장소를 확보하는 도전적 연구를 수행하고 있습니다. 이러한 CCS 기술 노하우를 바탕으로 CCS 모니터링 및 주입설비에 자립화 사업도 기획하고 있습니다.

상용화에 필요한 저장소 설계기술, 주입기술, 모니터링 기술 연구도 함께 진행하고 있습니다. 2024년부터 국내 유일의 6천 톤급 물리탐사연구선 탐해3호를 활용해 국내 대륙붕 7억 톤 분량을 저장할 수 있는 후보지를 추가 개발하는 도전적 연구를 수행합니다. 해외 선진기관과의 CCS 분야 국제공동연구도 활발하게 이뤄지고 있습니다. 세계 최고 수준의 이산화탄소 저장 기술을 갖춘 캐나다 지질조사소(GSC), 호주의 CO2CRC, 네덜란드 포르토스 등 해양 및 지중저장을 위한 기술협력을 진행하고 있습니다. 대규모 CCS 저장소의 발굴과 해외감축사업 롤모델 구현을 통해 우리의 기술을 융합 접목하고 그 범위를 확대해나가 국가온실가스 감축 목표에 기여하고자 합니다.

또한 KIGAM이 원천기술을 확보한 광물 탄산화 기술과 연계, 산업계 맞춤형 실증 기술로 발전시키는 CCUS 상용화에도 나섰습니다. 특히 발전소 공정의 부산물을 재활용하는 ‘석고 이용 광물탄산화 기술’과 해수담수화에서 탄소를 제거하고 마그네슘 등 자원을 얻고 해양부산물을 최소화하는 ‘해수담수화 농축수 자원화 및 CO2 동시 처리 기술’은 탄소중립 실현을 위한 온실가스 저감의 핵심 역 할을 할 것입니다.

이밖에 기후변화의 근본적인 대응을 위해 한반도 운석 충돌구 조사, 한라산 천연구역조사, 동해 울릉분지 국제공 동연구 시추, 북극 스발바르 탐사와 같은 과거 기후변화, 즉 제4기 환경변화 복원 연구를 통해서 미래 기후변화 예 측에 필요한 기초연구 역량 강화에 집중하고 있습니다. 그리고 아직 피부로 와닿진 않지만, 전 지구적으로 심화되고 있는 집중호우와 가뭄 등에 선제적으로 대비하기 위해 안정적인 지하수 확보와 생태환경 보전 연구를 꾸준히 수행하고 있습니다. 이런 기후변화 기술 관련 연구는 단순히 과학기술 발전에 그치지 않고, 우리에게 새로운 경제적 기회를 제공할 수 있을 것으로 기대를 모으고 있습니다.

지질재해연구 그룹 일원화… 활성단층 조사 본격화

도시복합지질재난 대응 스마트 솔루션 개발 중

Q. 근래 잦은 자연재해로 지진, 산사태, 화산 등에 대한 일반인들의 관심도가 높다.

A. KIGAM에서는 지난 2월 조직개편을 통해 지진, 단층, 화산, 산사태의 지질재해연구 그룹 일원화를 했습니다. 지난 2017년 경주지진 발생 이후 양산단층 전 구간 활성단층 1단계 조사를 마무리한 것에 이어 최신기술로 다학제적 연구를 수행 중입니다. 동남권 조사로 얻은 기술과 역량을 바탕으로 충청권과 수도권 활성단층 조사도 올해부터 본격화해 전국으로 확대하고 있습니다. 특히 올 여름에 수행된 몽골 모고드 단층 현장조사를 통해 해외 대형 고지진의 흔적을 바탕으로 판 내부 지진·활성단층의 실증연구를 국내 고지진과 연계적용해, 앞으로 지진대비를 위한 선제적 연구로 활용할 계획입니다.

미래 어느 시점에 지진이 발생할지 예측하는 것은 사실상 불가능한 일입니다. 그러나 내가 사는 지역 근처에 지진단층이 존재하는지 여부, 실제 강진이 발생하면 어느 정도 세기로 흔들리는지는 대략 알 수 있습니다. 이런 물리적, 통계적 정보를 제공해 시설물 내진 설계 등에 활용할 예정입니다. 육지 지진뿐만이 아닌 동남권 해저 활성 단층 조사사업을 수행하며, 지난해 국내 최초로 대륙붕 최대 깊이(200.3 m)의 비교란 시추 코어를 획득하는 데 성공하기도 했습니다. 이를 통해 한반도 동남권 해저단층의 구성과 활성단층을 파악할 수 있는 해저단층지도의 제작을 위한 중요 연구자료를 확보했습니다.

또 여름철 집중호우 빈발에 따른 대처를 위해 사전기상 예보와 연동된 산사태 조기경보기술 제공으로 산사태 피해저감 골든타임 확보에도 노력하고 있습니다. 현재 지리산 일대를 대상으로 기상정보 연동 산사태 조기경보 시스템을 구축하고 시범 적용하고 있습니다. 나아가 우리나라 지질특성에 최적화된 산사태 피해영향범위 산정을 통해 산사태 조기경보 발령으로 신속한 대피를 위한 모니터링 시스템을 구축하고 있습니다.

한반도 복합 지질재해(지진·화산·산사태) 연구 역량과 데이터를 바탕으로 도시복합지질재난의 능동 대응 스마트 통합 솔루션을 개발하고 있습니다. 특히 싱크홀로 불리며 최근 발생 빈도가 증가하고 있는 지반함몰에 대해서는 물리적 해석기법을 이용해 발생 기본 원리를 밝히고 취약성을 평가할 수 있는 모델을 개발 중에 있습니다. 이러한 도시지질재난에 능동적으로 대응하고자 도시환경 데이터 정보화를 통해 빅데이터 구축·처리 기술, 복합지질재난의 조기 감지, 사전 예방을 위한 지능형 모니터링 예측 기술, 리질리언스 산정 기술 등을 연구범위로 선정해 연구를 진행하고 있습니다.

Q. 끝으로 연구자들에게 전하고 싶은 말씀이 있다면.

A. ‘도전하는 사람에게만 실패의 기회가 있다.’ 제가 좋아하는 명언입니다. 10% 정도의 적당한 목표를 설정하고 달성한다면, 그건 제자리걸음에 지나지 않습니다. 우리 연구원 후배들에게는 10%가 아닌 10배 이상의 과감한 목표를 설정하고 도전하라고 말합니다. 연구자들에게 100% 실패해도 되는 도전적 연구를 장려하고 제도적으로 지원할 계획입니다. 특히, 신진연구자들의 생애 최초 연구에 있어 기존에 있는 창의성과 기술력을 넘어선, 어쩌면 100% 실패할 수도 있는 도전적 연구 그룹인 최초 연구 그룹을 지원하고 자 합니다. 달·화성 ISRU와 서해 대규모 CO2 저장소 확보 가 바로 매우 도전적인 한계 연구라고 할 수 있습니다. 어쩌 면 과학난제를 해결하는 데 앞장서는 게 바로 지질자원 연구가 아닐까 합니다. 지질자원 및 관련 융합연구분야와 연계된 난제에 대한 도전적 연구를 통해 과학기술계에 필요한 장기 연구 아이템을 만들어나갈 것입니다. 이러한 도전적 연구가 장려되고 지속적으로 수행된다면, 지질자원 분야에서 롤모델이 될 수 있는 대표 과학자, 스타 과학자는 나오지 말래도 나올 수밖에 없습니다.

* 이 글은 한국과학기술단체총연합회에서 발간하는 ‘과학과기술’로부터 제공받았습니다.