심해저 광물자원 확보 예산 모자라 "연구로드맵 지지부진"

망간단괴 채굴·가스 하이드레이트 시추 위해

해양硏·지질자원硏 집광기등 핵심기술 개발중

투자순위 밀려 연구 차질… 국가적 지원 절실

그림과 같이 5,000m 깊이의 심해저에 내려간 집광기는 해저면에 분포한 망간단괴를 채집하게 된다. 특히 5,000m 깊이의 심해저에서 발생하는 엄청난 수압을 견디며 망간단괴를 끌어올리기 위해서는 유연하면서도 강한 재질의 파이프와 고성능 펌프기술이 중요하다.

해양탐사선 무인잠수정의 작업 개념도

한국자원연구소가 보유한 물리탐사선 탐해2호

육지의 광물자원이 점차 고갈됨에 따라 미개척지로 남아있던 심해저의 자원이 주목 받고 있다. 이미 석유나 천연가스 등 화석연료 채굴의 상당 부분 해양에서 이뤄지고 있다. 최근에는 한발 더 나아가 심해의 광물자원을 놓고 세계가 확보경쟁을 벌이고 있다.

그러나 5,000m의 심해저는 우주탐사에 비길만한 수준의 고도의 기술력이 필요하다. 심해저 광물자원 확보라는 격전장의 최대 무기는 바로 기술력인 셈이다. 우리나라는 한국지질자원연구원과 한국해양연구원이 주축이 돼 이 분야에서 상당한 연구개발 실적을 올렸다.

하지만 최근에는 예산 부족으로 2010년까지 예정된 연구 로드맵이 지지부진한 상태다. 파퓰러사이언스 5월호에서는 국내 심해 광물자원 확보 현장을 심층 취재해 소개하고 있다.

◇망간단괴ㆍ하이드레이트 풍부

현재 우리나라가 기술개발에 역점을 두고 있는 것은 망간단괴 채굴과 가스 하이드레이트 시추. 망간단괴에는 망간은 물론 니켈, 구리 등 고가의 희귀금속이 많이 함유돼 있다. 가스 하이드레이트는 얼음 형태로 굳어진 청정에너지다. 두 가지 자원의 공통점은 웬만한 기술력으로는 접근하기 어려운 수심 5,000m 이상의 깊은 바다 속에 존재한다는 것이다.

현재 망간단괴 채굴과 가스 하이드레이트 시추를 위한 연구개발은 한국지질자원연구원과 한국해양연구원이 주도하고 있다. 특히 망간단괴는 해양연구원이 탐사 및 집광기를 개발하고, 지질자원연구원이 양광과 제련 관련 연구를 담당하고 있다.

채굴 대상 지역은 우리나라가 지난 94년 국제해저기구를 통해 확보한 하와이 동남방 태평양 해상의 클라리온-클리퍼톤 광구 등 총 7만5,000㎢. 해양연구원은 이를 위해 탐사선을 이용한 해저 지층 조사와 심해저 무인잠수정 '해미래'를 활용한 탐사기술을 연구하고 있다.

◇우주탐사에 맞먹는 기술 필요

탐사를 통해 주요 채굴지역이 결정되면 5,000m 깊이의 심해저에 집광기를 내려 보내 해저면에 널려 있는 망간단괴를 채집하게 된다. 현재 해양연구원 산하 해양시스템안전연구소에서 집광기를 개발하고 있는데, 이 집광기의 역할은 망간단괴 채집 및 1차 분쇄작업이다.

이렇게 채집되고 분쇄된 망간단괴를 끌어올리는 장치가 지질자원연구원이 개발 중인 양광시스템이다. 언뜻 해상으로 끌어올리는 것은 특별한 기술이 필요하지 않아 보일 수 있다. 하지만 5,000m 깊이의 심해저에서 엄청난 수압을 견디며 해상으로 망간단괴를 끌어올리는 장치를 개발하는 것은 쉽지 않다.

지질자원연구원은 최근 거제 고현항 앞바다에서 심해저 광물자원 수거를 위한 양광시스템의 1단계 테스트에 나섰다. 이 시스템의 구조는 집광기를 통해 채집된 망간단괴를 유연하면서도 강한 파이프를 통해 해수와 함께 끌어올리는 형태다.

이렇게 채집된 망간단괴는 수송선을 통해 지상의 제련시설로 옮겨지고, 제련을 통해 망간·구리·코발트·니켈 등의 희귀금속을 추출하게 된다.

기술개발을 담당한 윤치호 지질자원연구원 지반안전연구부 박사는 "이번 테스트는 30m의 얕은 바다에서 이뤄졌지만 기술력은 1,000m까지 가능한 상태"라며 "앞으로 5,000m 이상의 심해저 광물을 끌어올릴 수 있는 기술확보를 추진할 계획"이라고 밝혔다.

심해저 망간단괴를 채굴하는 또 하나의 핵심기술인 집광기는 현재 기계 장치부의 기술개발을 마친 상태다. 또한 올해부터 전자·전기제어 장치부의 기술개발에 들어가 내년까지 완료한 뒤 늦어도 2009년 초에는 성능 테스트에 나설 계획이다.

탱크와 같이 무한궤도를 장착한 이 장비는 해저 면을 돌아다니며 망간단괴를 빨아들이고, 1차 분쇄 과정을 거쳐 양광시스템에 전달하는 역할을 담당한다.

◇심해저 광물자원 탐사 엇박자 행보

현재 가스 하이드레이트 시추 작업은 가스하이드레이트개발사업단을 중심으로 지질자원연구원과 한국석유공사, 한국가스공사 등이 탐사 및 부존지역 확인 연구를 진행 중이다.

사업단은 올 가을께 시추 작업을 통해 가스 하이드레이트의 실제 부존 여부를 확인할 계획이다. 그러나 사업단은 예산 확보에서 큰 어려움을 겪고 있다.

현재 지질자원연구원이 개발한 양광시스템은 30m급으로 전체적인 시스템 구조를 테스트하는 것에 불과해 5,000m급 장비를 개발하기 위해서는 아직 갈 길이 멀다. 이와 관련, 윤 박사는 "500~1,000m급 펌프 개발은 예산만 투자된다면 현재 기술력만으로도 제작이 가능하지만 5,000m급은 현재 기술로는 어렵다"고 밝혔다.

2009년 초 테스트에 들어갈 집광기 역시 100m 이내의 얕은 바다에서 테스트를 진행할 예정으로 5,000m급 심해저용을 목표로 한 것과는 다소 거리가 멀다.

집광기를 개발 중인 홍석 해양시스템안전연구소 박사는 "현재 개발 중인 장비는 시험 집광기로 500m급에 맞춰 개발되고 있다"며 "하지만 전력공급 및 통제장비가 탑재되는 해상장비 등을 모두 갖추는데 소요되는 예산 확보가 어려워 1단계로 얕은 바다에서 테스트를 진행하는 것"이라고 설명했다.

심해저 광물자원 개발은 장기적인 투자를 필요로 하지만 이 같은 장기 플랜이 오히려 관련사업 추진에 장애물로 작용하고 있다는 지적도 있다. 장기적인 사업이다 보니 연구개발 투자 순위에서 자꾸만 뒤로 밀리고 있다는 것.

심해저 자원개발 관련 연구를 추진 중인 한 과학계 인사는 "자원 빈국인 우리나라는 국가 경제라는 차원에서도 심해저 광물자원 개발에 적극 나서야 할 때"라고 지적했다.