혹시 이거 아세요?

전 세계가 에너지 전환에 박차를 가하고 있는 지금, 코발트(Cobalt)는 단순한 희소금속이 아니라 ‘전환의 열쇠’로 평가받고 있다. 리튬이온 배터리의 핵심 소재로서, 코발트는 전기차, 에너지 저장장치(ESS), 스마트 그리드까지 다양한 분야에서 필수적인 존재로 떠오른다. 그러나 공급 불균형과 채굴 윤리 문제, 대체 기술 개발 등의 이유로 코발트의 입지는 끊임없이 재조정되고 있다. 이 글에서는 코발트가 왜 중요한지, 그리고 과연 ‘에너지 전환 시대에 정말 필수적인가’에 대해 산업적 관점과 개인적 고민을 담아 깊이 있게 다뤄본다. 에너지 전환의 중심에 선 금속, 코발트 전기차의 시대, 신재생 에너지의 확대, 그리고 탄소중립을 향한 전 세계의 움직임 속에서 ‘코발트’는 생각보다 자주 등장하는 이름이다. 배터리 산업에 조금이라도 관심 있는 사람이라면 코발트가 리튬이온 배터리에서 얼마나 중요한 역할을 하는지 알고 있을 것이다. 실제로 코발트는 양극재의 주요 구성 원소로서, 배터리의 에너지 밀도와 수명, 열안정성을 좌우하는 핵심 역할을 한다. NCM(니켈-코발트-망간), NCA(니켈-코발트-알루미늄) 같은 고성능 배터리에서 코발트는 니켈의 단점을 보완하고, 발열을 억제하며, 안정적인 충전·방전을 가능하게 만든다. 특히 고출력이나 고온 환경에서도 배터리의 구조적 붕괴를 방지하는 데 있어 코발트는 거의 필수적이라 해도 과언이 아니다. 내가 처음 이 사실을 접했을 때 가장 놀라웠던 건, 배터리 하나에 들어가는 코발트의 양이 꽤 많다는 점이었다. 보통 전기차 1대당 5~10kg의 코발트가 들어간다. 글로벌 시장에서 전기차 보급률이 매년 수천만 대씩 늘어나는 걸 감안하면, 이건 그야말로 ‘코발트 전쟁’의 서막이라 할 수 있다. 뿐만 아니라 코발트는 ESS(에너지 저장 시스템)와 같은 고용량 배터리 장치에서도 중요한 위치를 차지한다. 전력망에서의 공급과 수요를 조절하거나, ...

철(Fe)은 지구상에서 가장 흔하면서도 중요한 금속 원소 중 하나다. 산업 재료로서의 활용뿐 아니라, 화학적으로도 매우 다양한 산화 상태와 화합물을 형성한다는 점에서 과학자와 공학자 모두에게 흥미로운 대상이다. 특히 Fe²⁺(철(II))와 Fe³⁺(철(III))의 산화 상태는 금속 반응성, 전자 전달, 생리적 기능 등 여러 분야에서 핵심적인 역할을 한다. 이 글에서는 철의 대표적인 산화 상태와 그에 따라 달라지는 화합물의 특성을 정리해보고, 실생활과 산업 현장에서의 의미까지 조망한다. 철(II)과 철(III), 같은 철이지만 완전히 다른 존재 철은 전이금속답게 다양한 산화수를 가질 수 있는 능력을 지닌다. 그러나 그중에서도 가장 안정적이고 흔하게 나타나는 산화수가 바로 +2와 +3, 즉 **Fe²⁺(철(II))**과 **Fe³⁺(철(III))**다. 이 둘은 전자 하나 차이일 뿐이지만, 화학적 성질과 용도는 놀라울 정도로 다르다. Fe²⁺는 일반적으로 환원성(전자 주기)이 강한 이온이다. 공기 중에서는 쉽게 산화되어 Fe³⁺로 바뀌기 때문에, 실험실에서 Fe²⁺ 용액은 반드시 신선하게 사용하거나 산소 접촉을 최소화해야 한다. 푸르스름한 녹색빛을 띠는 Fe²⁺는 대표적으로 FeSO₄(황산철), FeCl₂(염화철(II)) 같은 형태로 존재하며, 철분 보충제, 폐수 처리제 등으로 응용된다. 반면 Fe³⁺는 상대적으로 안정된 산화 상태이며, 강한 산화제 역할을 할 수 있다. Fe³⁺를 포함한 화합물은 갈색 또는 적갈색을 띠며, 가장 대표적인 것이 Fe₂O₃(산화철(III)), 흔히 말하는 ‘녹’이다. 실험실에서는 **FeCl₃(염화철(III))**가 자주 쓰이며, 이것은 인쇄 회로기판의 식각(etching) 공정에서도 활용된다. 이 둘의 차이는 실제로 피부로 느낄 수 있는 경험이 있다. 예전에 폐수 처리 실험을 한 적이 있는데, 같은 조건에 FeS...

망간(Mn)은 철강 산업에서 빼놓을 수 없는 합금 원소로, 내충격성 강화와 조직 안정화, 산소 제거 역할까지 다방면에서 중요한 기능을 한다. 철과의 상성이 좋아 대량 합금에 적합하며, 특히 내마모성과 연성 개선에 탁월한 특성을 지니고 있다. 이 글에서는 망간이 철강에서 수행하는 주요 역할들과 그 과학적, 공업적 의미에 대해 짚어본다. 내충격성과 강도 개선에 기여하는 망간의 실질적 역할 망간이 철강에서 얼마나 중요한지 제대로 이해하려면, 먼저 망간 없는 철을 떠올려보는 게 좋다. 순수한 철은 상대적으로 연하지만, 쉽게 변형되며 내충격성도 떨어진다. 바로 이 지점을 보완해주는 것이 망간이다. 망간은 철에 소량(보통 0.3~2%) 첨가되었을 때, 결정 구조를 안정화시키고 강도를 높이는 데 크게 기여한다. 망간은 오스테나이트 상을 안정화시키는 원소 중 하나로, 특정한 조성비 아래에서는 마르텐사이트 변태를 억제하고, 연성 있는 상을 유지하도록 돕는다. 특히 높은 인성과 연성이 필요한 구조물용 강재에는 필수적인 존재다. 철망간 합금은 충격을 받을 때 쉽게 부러지기보다는, 에너지를 흡수하고 퍼뜨리는 방식으로 대응하게 된다. 개인적으로 내가 현장에서 망간강을 접했던 첫 기억은 건설현장의 고충격 구조부 자재였다. 보통 철강 구조물은 강도가 높으면 취성(깨짐 성질)이 올라가는데, 망간이 포함된 강재는 강하면서도 유연해서 용접 후에도 뒤틀림이 적었다. 특히 크레인 구조물이나 고속철도 부품 등에 쓰였는데, 강한 힘을 받는 환경에서 망간이 얼마나 중요한지 실감할 수 있었다. 흥미로운 건, 망간이 지나치게 많아지면 오히려 냉간취성(저온에서의 깨짐 성질)을 유발할 수 있다는 점이다. 그래서 산업계에서는 철-망간의 조성을 아주 정교하게 설계해야 하며, 조성 설계는 단순히 수치상의 데이터가 아니라 '철과 망간의 대화'라고 생각될 정도로 섬세하게 다뤄져야 한다. 결과적으로 망간은 철강의 충격흡수 능력을 향상시키고, 용도에 따라 다양한 기계적 특성을 부여하는 ‘철의 ...

크로뮴(Chromium)은 스테인리스강의 핵심 구성 원소로, 우리가 매일 접하는 주방도구부터 항공, 건축까지 다양한 산업 분야에서 필수적인 역할을 한다. 특히 크로뮴은 내식성과 내열성을 획기적으로 개선하는 데 기여하며, 스테인리스강이라는 이름 자체를 가능하게 만든 주인공이기도 하다. 이 글에서는 크로뮴이 스테인리스강에 어떤 방식으로 작용하는지, 또 어떤 비율이 실질적으로 사용되는지를 중심으로 크로뮴의 존재감에 대해 짚어본다. 크로뮴, 스테인리스강을 ‘녹슬지 않게’ 만든 결정적 요소 스테인리스강의 핵심은 바로 ‘녹슬지 않는 철’이라는 점이다. 철(Fe)은 본래 공기 중에서 산소와 쉽게 결합해 산화되며 녹슬기 쉽지만, 여기에 크로뮴(Cr)을 10.5% 이상 첨가하면 상황이 완전히 달라진다. 크로뮴은 산소와 결합해 얇고 치밀한 산화 크로뮴(Cr₂O₃) 층을 형성하는데, 이 산화막은 공기 중의 산소와 수분이 철과 직접 반응하지 못하도록 막아주는 ‘보호막’ 역할을 한다. 이 보호층은 무색투명하며 아주 얇기 때문에 눈으로는 거의 보이지 않는다. 하지만 철보다 훨씬 빠르게 산화되며, 동시에 자기회복능력까지 갖고 있다. 즉, 표면이 긁히거나 손상되어도 주변 산소와 빠르게 반응해 다시 보호막을 형성하는 것이다. 개인적으로 이 산화 크로뮴의 자기복원력은 마치 인간의 피부처럼 느껴진다. 상처를 입어도 다시 아물고, 재생되는 성질. 그래서 나는 스테인리스강이 단순한 금속 이상의 지능적인 재료라고 생각한다. 기술이 진화하면서 금속도 점점 ‘살아있는’ 물질처럼 느껴지는 시대다. 실제로 크로뮴 비율이 13% 이상으로 들어가는 스테인리스강은 강한 염분, 습기, 고온에서도 훌륭한 내식성을 유지하며, 특히 의료기기나 주방기구, 실외 구조물 등에서 널리 쓰인다. 예를 들어 우리가 자주 보는 주방용 칼, 세척기 내부, 철제 난간 등이 모두 이 계열의 스테인리스강이다. 하지만 크로뮴이 많다고 해서 무조...

전력 소비의 패턴이 변화하고 있습니다. 과거처럼 공급이 수요를 리드하는 시대는 지났고, 이제는 잉여 전력을 저장해두었다가 필요할 때 꺼내쓰는 ‘에너지 저장 시스템(ESS)’이 전력 관리의 핵심으로 떠올랐습니다. 이 흐름에서 주목받고 있는 기술 중 하나가 바로 바나듐 흐름전지(Vanadium Redox Flow Battery)입니다. 기존 리튬이온 배터리의 대체재로서, 또는 장주기 전력 저장의 해결책으로서 바나듐 흐름전지는 산업계와 학계 모두의 시선을 끌고 있습니다. 이 글에서는 ESS 확대와 바나듐 전지의 원리, 장단점, 그리고 현장에서의 실제 활용 가능성까지 함께 살펴보며, 개인적으로 느낀 인사이트도 나누고자 합니다. 바나듐 흐름전지가 ESS 시장에서 주목받는 이유 ESS 시장이 커지는 데에는 뚜렷한 배경이 있습니다. 태양광, 풍력 같은 재생에너지는 생산량이 일정하지 않고, 발전량이 수시로 변합니다. 이런 전력을 안정적으로 공급하기 위해서는 전력을 저장해두었다가 필요한 시간에 공급할 수 있는 장치, 즉 ESS가 필수죠. 현재 시장에서 가장 널리 쓰이는 건 리튬이온 배터리지만, 이 기술에도 한계가 있습니다. 수명이 짧고 화재 위험이 있다는 점, 그리고 대형 설비에 적합하지 않다는 것이 대표적입니다. 이런 단점을 보완할 대안으로 떠오른 것이 바로 바나듐 흐름전지(VRB)입니다. 이 기술은 양극과 음극 모두에 바나듐을 사용하여 산화수의 변화만으로 에너지를 저장하고 방출합니다. 가장 큰 특징은 전해질과 전극이 분리되어 있어, 에너지 저장량과 출력량을 독립적으로 설계할 수 있다는 점입니다. 이 구조 덕분에 대규모 전력 저장이 필요한 전력망이나 산업 단지에서 매우 유리한 조건을 갖추게 되죠. 제가 처음 바나듐 흐름전지를 접한 건 에너지 전시회에서였습니다. 그 당시 설명을 들으면서 느낀 건, 이 기술은 ‘배터리’라기보다는 일종의 전기 화학 플랜트에 가깝다는 점이었습니다. 배터리라고 하면 흔히 스마트폰이나 전기차를 떠올...

티타늄은 이름만 들어도 첨단이라는 느낌이 드는 금속입니다. 가볍고 강하며, 녹슬지 않고 인체에도 친화적이라는 완벽에 가까운 스펙을 자랑하죠. 실제로 항공기, 인공관절, 고성능 자전거 프레임, 심지어는 시계까지 다양한 분야에서 티타늄은 ‘프리미엄 소재’로 인정받고 있습니다. 하지만 모든 금속이 그렇듯, 티타늄 역시 이상적인 조건 아래서만 진가를 발휘합니다. 실제 제조나 가공 현장에서 보면 티타늄은 꽤나 까다로운 재료입니다. 이 글에서는 티타늄의 물리적 특성에서 오는 가공성의 어려움과, 현장에서 마주치는 한계들을 기술적으로 살펴보고, 저만의 경험과 해석도 함께 담아보겠습니다. 티타늄의 가공성 – 기술자들을 긴장하게 하는 금속 티타늄이 가공이 어려운 이유를 설명할 때 가장 먼저 언급되는 특성은 낮은 열전도율입니다. 열이 한곳에 머무는 경향이 강하기 때문에 절삭이나 드릴링 중에 열이 공구 끝에 몰리게 됩니다. 이게 왜 문제냐면, 고속 가공을 할수록 공구의 열화가 빨라지고, 결국 절삭날이 타버리거나 찢기는 현상까지도 발생합니다. 저는 과거 대학원 실험실에서 티타늄을 선반으로 깎아보려다 초경 팁이 3분 만에 나간 적이 있었어요. 그때 느꼈죠. “아, 이 금속은 단단한 게 아니라 예민한 거구나.” 또한 티타늄은 탄성계수가 낮아 진동에 민감합니다. 흔히 말하는 '채터링'이라는 진동 현상이 쉽게 발생해서, 가공면이 울퉁불퉁하거나 균일하지 못한 결과가 나오곤 하죠. 실제로 5축 머시닝센터에서 티타늄 블록을 정밀 절삭하는 프로젝트를 진행했을 때, 설정한 조건 그대로 했더니 예상보다 훨씬 거친 표면이 나와 수차례 공정 조건을 바꿔야 했던 기억이 있습니다. 특히 기계 진동까지 얹히면 진짜 컨트롤하기 어려워요. 여기에 티타늄은 가공 중 스프링백 현상이 매우 큽니다. 쉽게 말해, 성형이나 절곡을 하면 재료가 원래 모양으로 되돌아가려는 힘이 강해서 원하는 형상을 만들기가 어렵다는 얘기입니다. 그래서 프레스 성형에서는 금형 설...