헬륨은 재활용이 가능할까? – 고가 희귀가스의 회수 기술

 

서론: 사라지는 헬륨, 우리는 정말 다시 사용할 수 있을까?

헬륨은 눈에 보이지 않는 가스지만, 우리가 살아가는 산업 구조와 과학기술, 심지어 의료 분야까지도 이 기체에 의존하고 있습니다. 풍선에 쓰이는 헬륨은 그저 장난감용으로 생각되기 쉽지만, 사실 헬륨은 반도체, 초전도체, 핵융합 실험, 항공우주 기술, 의료 MRI 장비 등에서 없어서는 안 될 고순도 특수 가스입니다. 그만큼 수요는 꾸준히 증가하고 있지만, 공급은 제한적이며 매장지조차 한정되어 있습니다. 특히 헬륨은 천연가스와 함께 매장된 상태로만 얻을 수 있고, 자연 상태에서는 거의 생성되지 않기 때문에 재활용과 회수가 매우 중요한 자원입니다.

하지만 많은 사람들은 헬륨이 기체이기 때문에 공기 중으로 날아가 버리면 다시 회수할 수 없다고 오해하곤 합니다. 실제로 헬륨은 공기보다 가볍고, 누출되면 지구 대기를 벗어나 우주로 흩어지기 때문에 ‘사라지는 자원’으로도 불립니다. 이러한 특성 때문에 헬륨은 재활용이나 회수가 불가능하다고 여겨지기도 합니다. 그렇다면 정말 헬륨은 재활용이 불가능한 가스일까요? 아니면 기술적으로 회수해서 다시 사용하는 방법이 존재할까요? 이 글에서는 헬륨의 재활용 가능성과 현재 상용화되고 있는 회수 기술, 그리고 헬륨을 둘러싼 국제적 공급 문제까지 종합적으로 분석해보겠습니다.

헬륨은 왜 재활용이 어려운가요? – 기체의 특성과 누출 문제

헬륨이 재활용되기 어려운 이유는 그 자체의 물리적 특성 때문입니다. 헬륨은 원자번호 2번의 원소로, 매우 작은 원자 구조를 가지고 있으며, 다른 어떤 기체보다 확산 속도와 누출 속도가 빠릅니다. 헬륨 분자는 금속의 미세한 틈이나 고분자 재질의 기공을 뚫고 빠져나갈 정도로 작기 때문에, 일단 한 번 누출되면 회수하는 것이 거의 불가능해집니다. 실제로 풍선에 헬륨을 주입하더라도 시간이 지나면 자연스럽게 공기보다 빨리 빠져나가게 되는 이유도 바로 이 특성 때문입니다.

또한 헬륨은 불활성 기체이기 때문에 다른 물질과 결합하지 않습니다. 이는 화학 반응을 하지 않는다는 의미이며, 반대로 생각하면 화학적 방법으로 포집하거나 정제하기가 어렵다는 뜻이기도 합니다. 예를 들어, 수소나 이산화탄소는 화학적으로 흡수하거나 포집할 수 있는 기술이 다양하게 존재하지만, 헬륨은 이런 방식으로는 모을 수 없습니다. 결국 헬륨의 회수는 물리적 방식에 의존할 수밖에 없으며, 이는 고도의 설비와 비용이 필요함을 의미합니다. 게다가 공기 중에서의 헬륨 농도는 약 0.0005%로 매우 희박하기 때문에, 일단 방출되면 사실상 자연 상태에서 다시 추출하는 것이 불가능에 가깝습니다.

 

그럼에도 불구하고 가능한 헬륨 회수 기술 – 고부가가치 산업에서는 이미 사용 중입니다

헬륨은 회수와 재활용이 어렵긴 하지만, 불가능한 것은 아닙니다. 특히 고가 장비나 정밀 산업이 사용되는 곳에서는 헬륨 회수 시스템이 적극적으로 도입되고 있습니다. 대표적인 예로는 병원이나 연구소의 MRI 장비입니다. MRI는 초전도 자석을 냉각시키기 위해 액체 헬륨을 사용하며, 한 번에 수백 리터의 헬륨이 들어갑니다. 이 장비에서 헬륨이 누출되면 비용적인 손해가 막대하기 때문에, 헬륨 리클레이머(Helium Reclaimer)라는 회수 장치가 설치되어 있습니다.

이 장치는 헬륨 증발 가스를 다시 모아서 냉각, 압축, 정제 과정을 거쳐 재사용 가능한 헬륨으로 복원해주는 장비입니다. 이 과정은 매우 정밀하게 이루어지며, 헬륨의 순도 역시 재사용 가능한 수준으로 유지됩니다. 또 다른 예로는 반도체 공정에서의 진공 상태 유지, 레이저 냉각, 핵융합 실험 등에서도 회수 장치가 도입되고 있습니다. 물론 이러한 시스템은 구축 비용이 높기 때문에, 일반 풍선 산업이나 소규모 장비에는 적용되지 못하고 있지만, 헬륨 단가가 상승하고 공급이 불안정해질수록 회수 기술의 필요성은 점점 커지고 있습니다.

최근에는 액체 헬륨 회수 뿐만 아니라, 기체 헬륨을 다단계 필터와 압축기술을 통해 재정제하는 방식도 연구되고 있습니다. 이 기술은 우주 산업, 항공 기술, 대형 실험 시설 등에서 적용 가능성이 높습니다. 특히 미국, 유럽, 일본 등은 헬륨의 전략적 중요성을 인식하고, 회수 및 저장 기술에 대한 국가적 연구 자금을 투입하고 있습니다. 이런 기술들이 상용화된다면, 헬륨을 보다 안정적이고 지속가능한 자원으로 활용할 수 있을 것입니다.

 

결론: 헬륨은 회수할 수 있다, 단 그것은 기술의 문제입니다

헬륨은 분명히 회수가 어렵고 재활용에 제약이 있는 자원이지만, 기술적으로는 회수와 재사용이 가능한 기체입니다. 단순히 헬륨이 날아가면 끝이라는 오해와 달리, 이미 MRI 장비, 반도체 공정, 연구소 실험실 등에서는 적극적인 회수 시스템이 운영되고 있으며, 헬륨을 정제하고 다시 활용하는 기술이 발전하고 있습니다. 물론 비용과 장비 구축의 한계로 인해 모든 산업 분야에 적용하기에는 아직 어려움이 있지만, 헬륨 가격이 계속 상승하고 있는 지금, 재활용 기술의 필요성은 더 이상 선택이 아닌 필수가 되고 있습니다.

앞으로 헬륨 자원의 수요는 더 커질 것이며, 특히 헬륨-3와 같은 미래 에너지원에 대한 관심이 높아지면서, 헬륨의 전략적 가치는 더 부각될 것입니다. 이에 따라 헬륨 회수 기술은 단지 경제적 이익을 넘어, 자원 안보와 산업 지속 가능성을 위한 핵심 기술로 자리 잡게 될 것입니다. 우리는 이제 헬륨을 소비만 하는 자원이 아니라, 관리하고 순환시켜야 할 자원으로 바라보아야 합니다. 그리고 이 과정은 기술적 진보와 인식의 전환에서 출발하게 됩니다.