희토류

2010년 9월 중국과 일본은 동중국해의 무인도 센카쿠열도를 두고 대립했었다.

일본이 영해를 침범한 중국 어선의 선장을 나포했고,

중국은 희토류 수출 중단으로 대응했다. 17일만에 일본은 백기를 들었다.

순식간에 희토류 가격이 치솟았고, 정보기술 분야에 필수적인 희토류 수입이 막히자 일본이 견딜 수가 없었던 것이다.

2017년 8월에도 희토류 가격이 인상되었다는 신문 기사가 많이 실렸다.

이번에는 전기자동차 산업의 급성장이 희토류 가격의 상승을 이끌었다.

배터리의 음극과 양극 자석을 만드는 데 사용되는 희토류는 78% 상승했다고 한다.

네오디늄이라는 희토류는 영구 자석을 만드는 데 필요한 합금의 핵심성분이라고 한다.

주로 전기차와 풍력 발전에 쓰이는 터빈을 제작하기 위한 전자석에 들어간다고 한다.

희토류는 화학적으로 매우 안정되어 있고, 건조한 공기에서도 잘 견디며 열을 잘 전도하는 특징이 있고,

상대적으로 탁월한 화학적, 전기적, 자성적, 발광적 특징이 있다고 한다.

그래서 희토류는 전기/하이브리드 자동차와 풍력발전, 태양력발전 등 저산소 녹색성장에 필수적이라고 하며,

LCD, LED, 스마트폰의 IT 산업, 카메라, 컴퓨터의 전자제품, CRT, 형광램프 등의 형광체, 광섬유에 필수적이고

방사성 차폐효과가 뛰어나 원자로 제어제로도 사용된다고 한다.

희토류의 정의에 대해서는 국제적 표준이 없지만

IUPAC(The International Union of Pure and Applied Chemistry)는 희토류 원소를 17개로 규정했다.

lanthanum, cerium, praseodymium, neodymium, promethium, samarium, europium, gadolinium(이상 LREE), terbium, dysprosium, holmium, erbium, thulium, ytterbium, lutetium(이상 HREE) 및 scandium와 yttrium이 그것이다.

희토류는 2016년 기준 126,000톤이 생산되었는데,

이중 85%가 중국에서, 10%가 호주에서 생산되었고, 나머지는 말레이지아, 브라질, 인도, 러시아, 베트남에서 생산되었다.

생산된 희토류는 촉매제로 24%, 자석으로 23%, 연마제로 12% 등으로 사용되었다.

전세계 희토류 매장량은 2017년 기준 478메가톤으로 추정된다.

이중 35%가 중국, 11%가 브라질, 10%가 호주 등지에 매장되어 있다고 한다.

매장 형태는 62%가 카보나타이트, 16%가 알칼리성 화성암, 산화철구리금이 15%, 사금 5% 등이다.

그런데 478메가톤중 실질적으로 중국, 브라질, 그린란드, 러시아 등지만 경제성 있는 채굴이 가능하다고 한다.

희토류는 1788년 처음 발견되었고

1950년대까지는 연간 5000톤 미만만이 채굴되었었다.

1960년대 이후 TV 스크린, 석유 산업, 컴퓨터 시스템에 희토류가 사용되면서 채굴량이 늘어났고,

지금은 자가촉매(auto-catalysts), 유동촉매(fluid catalysts), 금속공학(metallurgy), 의료시스템, 첨단 공학, 청정에너지, 군사방어시스템에까지 사용되고 있다.

특히 청정에너지와 관련, 풍력발전을 위한 터빈(wind power turbines), 전기자동차, 고효율 전구(energy-efficient lighting), 촉매 변환 장치(catalytic converters)에 사용된다고 한다.

희토류 시장은 9개 분야로 나뉘는데, 촉매, 연마, 유리, 형광체, 안료, 야금, 배터리, 자석, 도자기 분야에 사용된다고 한다.

청정에너지 영역에서는 풍력과, 선형 형광 램프, 소형 형광 램프, 발광 다이오드, 전기자동차, 전기 자전거, 니켈수소배터리, 촉매 변환기에 희토류가 사용된다고 한다.

이중 선형 형광램프 LFL과 소형 형광 램프 CFL 시장은 감소할 것으로 예상되며

발광 다이오드 LED는 연간 4%, 전기자전거는 연간 0.4%, 전기자동차는 연간 30%씩 성장할 것으로 예상된다.

희토류가 전세계에 걸쳐 적지 않은 매장량을 갖고 있음에도

채굴시 경제성 뿐만 아니라, 많은 환경 문제가 야기되어 실질적으로 몇몇 나라에서만 공급되고 있다.

그중에서 네오디늄(Nd)과 디스프로슘(Dy)이 하이브리드 및 전기차의 생산 급증과 관련하여 공급 부족이 예상되는 희토류들이다.

전체 희토류 생산량중 디스프로슘은 0.9%이며 1400톤 정도이다.

2011년 희토류 품귀 현상을 겪으며

전세계는 대체 광산을 찾기도 했고, 대체 소재를 찾기도 했다.

배터리의 주행거리를 최대화 하기 위해 희토류 사용이 불가피하기도 하지만

최근 토요타는 희토류 사용을 줄인 전기모터용 자석을 개발하기도 했다.

삼성SDI도 니켈과 코발트, 알루미늄을 사용한 NCA 배터리 개발에 집중하고 있다고 한다.

그리고 희토류에는 포함되지 않지만 희소금속인 코발트도 가격이 오르고 있다.

4차 산업혁명의 대표 기술로 꼽히는 전기자동차를 보면, 전기자동차 생산량은 2015년 240만 대에서 2020년 770만 대까지 늘어날 것으로 예측되며, 전기자동차 한 대를 만들기 위해서는 리튬 10~50kg, 코발트 2~10kg, 니켈 8.8~44kg, 망간 8.2~42kg이 사용된다고 한다.

여기에 배터리의 성능이 매우 중요한데, 희소금속 ‘코발트’의 몸값을 올리고 있는 것이 전기차 배터리다. 2017년 12월 29일 기준으로 전년 대비 코발트 가격 상승 폭은 130.8%에 달했다. 같은 기간의 전체 희소금속들 중 가장 높은 가격 상승률이다.

희토류 자원의 안정적 확보, 그리고 대체 소재의 발굴은 미래 산업과 청정 에너지를 위해 직면하고 있는 과제인 셈이다.