우주의 안정된 원소들을 화학적 특성에 따라 아주 잘 정리한 것이 주기율표다. 주기율표의 의미를 잘 이해하고 배치된 원소 이름만 잘 외워도 화학에 대한 이해가 매우 커진다. 필자도 고등학교 때 주기율표를 제대로 외운 뒤에는 대학 1학년 때까지 화학시험 문제를 거의 틀린 적이 없었다.

그런데 그때 전혀 외우지 않은 부분이 있었다. 58번 세륨부터 71번 루테튬까지의 원소들이다. 여기에 21번 스칸듐, 39번 이트륨, 57번 란타늄을 포함해 17종의 원소를 희토류 원소라 부른다. 이름과는 달리 그다지 희귀하지 않고 다만 농축된 덩어리로 발견되지 않고 다른 것들에 섞여 지각에 많이 분포하고 있다. 26번 철보다 무거운 이 원소들은 모두 초신성의 폭발을 통해 생성된 것들이다.

물리, 화학에서 별로 중요하지 않던 희토류 원소들이 최근 들어 관심을 끌고 있다. 희토류를 조금만 섞어도 전기, 자기, 광학적 성질이 크게 좋아지기 때문이다. 이들이 첨단산업의 비타민이라 불리는 이유이기도 하다. 최근 자석, 태양광 전지, 광자기 메모리 장치 등에 폭넓게 쓰이면서 그 수요가 폭발적으로 늘었다. 예를 들어 탄소배출을 줄이려는 노력의 일환으로 전기자동차, 풍력발전기가 늘고 있는데 이들에 들어 있는 전기모터, 발전기의 부품에 있는 영구자석에는 희토류 원소가 들어 있다.1980년대까지는 미국이 최대 생산국이었으나 1990년대 이후 중국이 최대 생산국이 됐다. 세계적 수요에도 불구하고 미국이나 호주 등 기존 생산국에서는 생산을 중단하거나 생산시설을 제3국에 만들었다. 그 이유는 추출 과정에서 엄청난 환경오염이 발생하고 나아가 우라늄이나 토륨 등 방사선을 오랫동안 방출하는 물질들의 배출이 있기 때문이다. 희토류 금속의 채굴 정제과정에서는 엄청난 양의 먼지가 발생하고 카드뮴, 납 등의 중금속과 방사성물질들이 나오게 되고 이런 물질이 섞여 있는 독성 폐수가 지하수를 오염시킨다. 일본이 말레이시아에서 운영하던 희토류 제련소 인근 주민 중에 수천 명의 피해자가 발생하고 기형아가 출생했던 사건은 유명하다. 호주가 말레이시아에 만들어 놓은 공장에는 매년 수십t의 방사성 폐기물이 쌓여 가고 있다. 중국 광산 인근의 흙 속에서는 방사성 토륨이 검출된다고 한다. 중국이 최대 생산국이 될 수 있었던 것은 환경 문제를 무시하고 생산할 수 있었기 때문이다. 태양광 발전 역시 희토류에서 자유롭지 않다. 깨끗한 햇빛을 받아 전기를 생산하는 것 같은 태양광 패널 속에도 희토류 원소가 들어 있다는 사실을 주지할 필요가 있다. 새똥에 의해 발전효율이 떨어지는지의 여부를 넘어 태생적인 문제가 있는 것이다. 전기자동차 모터도 마찬가지이다.

20세기 후반 과학발전으로 놀라운 물리, 화학적 성질을 가지고 있는 희토류 금속에 인류 문명사회는 이미 중독돼 있다고 할 정도로 구석구석 너무도 많은 곳에서 쓰이고 있다. 희토류 원소들이 이토록 어두운 면을 가지고 있는 원소들이라는 것을 명심해 여기에서 자유로워지기 위한 과학연구에 보다 많은 노력이 경주돼야 할 것이다. 다행히 국내 많은 연구자들이 희토류 없는 자석 등 대체물질 연구에 열심이라는 소식이 간간이 들려온다.

올여름 그린란드 산 정상에 기상 관측 사상 최초로 눈이 아닌 비가 내렸다고 한다. 기후위기는 바로 우리 턱밑까지 와 있다. 이 문제를 제대로 해결하기 위한 깨끗한 에너지 해결책이 무엇인지 정말로 머리를 맞대고 고민할 필요가 있다.