이차전지의 중요성 및 주요 광물
다가오는 미래 이차전지의 중요성
미래 환경 문제와 관련하여 탄소 중립을 위해 에너지 및 산업의 친환경 ･ 전기화를 통해 기존 화석 연료 기반의 에너지 패러다임을 원자재(광물) 중심으로 전환하는 움직임이 활발해지고 있다. 이에 전기 에너지 저장 및 사용을 위한 특정 광물 자원의 중요성이 점점 커지고 있는 현실이다.
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| 이차전지, 출처-삼성SDI 홈페이지 |
핵심 광물 자원의 중요성 부각
앞으로 관련 기술이 발전해 태양광, 풍력, 수소, 배터리 등의 친환경 에너지 기술 보급이 확대되어 석유 자원의 수요는 점점 줄어드는 반면 구리, 리튬, 니켈, 코발트 등의 광물 자원 수요는 기하급수적으로 증가할 것으로 전망된다.
특히 배터리 관련 분야에서는 전기차 및 에너지 저장 시스템(ESS) 보급 확대에 따라 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연 등에 대해 100배 이상의 급격한 수요 증가가 예상된다.
주요 광물 자원의 무기화 우려
배터리 핵심 광물의 수요가 점점 늘어남에 따라 몇몇 특정 국가에 매장 및 생산이 집중되어 있는 불평등한 현실이 큰 걱정거리가 될 수도 있다.
수요는 늘어났지만, 일부 특정 국가에 집중적으로 매장 되어 있어, 이를 정치적 ⋅ 경제적으로 악용 할 경우가 우려 되기도 한다. 자원민족주의, 비탄력적 공급 구조, 환경규제 등이 광물 자원의 가격 상승 및 공급망 불안을 가중시킬 우려가 존재한다.
또한 배터리 핵심광물의 매장 및 생산뿐만 아니라, 정련 ･ 제련 등 가공 단계 이후 공급망을 특정 국가(중국)가 장악한 현 상황도 걸림돌로 작용한다.
자원의 무기화
현재 자원 보유국들은 핵심 광물을 국유화 하여 수출을 통제하며, 외국기업 생산설비 투자를 유도하는 등 핵심 광물을 자국의 경제적 ･ 정치적 수단으로 활용하고 있다.
- 멕시코 : 리튬 국유 재산화 및 국영 기업(리티오멕스) 설립
- 아르헨티나, 볼리비아, 칠레 등 ‘리튬판 OPEC’ 결성 계획 발표
- 인도네시아 : 니켈 최대 생산, 채광부터 제련까지 자국에 외국 기업 생산 시설 및 투자 유치
- 중국 : 리튬 화합물(정 · 제련) 시장의 우월적 지위 활용, 국제 거래 기준 통화를 위안화 설정, 배터리 소재 반값 계약(CATL) 등 배터리 시장 패권 강화 추진
문제점
배터리 소재 핵심 광물 수요 증가에 따라 신규 공급원이 제때에 확보되어야 하지만 신규 광산 개발은 성공률이 낮고 리드타임(약 16년, 광물 탐사부터 생산까지의 시간)이 길어 광물 수요에 맞춰 공급하기가 어려운 상황이다.
광물 채굴 및 정 · 제련 시 발생하는 환경 오염 또한 큰 문제로 당면하고 있다. 많은 이산화탄소 발생, 막대한 양의 물 소비, 화학물질로 인한 환경 파괴 등이 광산 개발의 걸림돌로 존재하고 있다.
이러한 문제점들은 비용 증가와 함께 공급망 불안을 가중시키는 요소이다.
우리나라의 대응 전략은?
우리나라는 배터리 양극재 기술 경쟁력은 확보하였으나, 주요 원재료인 수산화 리튬, 전구체 소재 등의 대부분을 중국에 의존하고 있다. 앞으로 고성장이 전망되는 배터리 시장에서 국내 기업의 경쟁력을 유지 ･ 확대하기 위해서는 배터리 핵심 광물의 안정적 공급망 구축을 위한 구체적인 전략이 필요하다.
따라서 국가적 차원에서 배터리 핵심 광물의 국내외 공급망 현황을 정확히 진단하고, 관련 기술 및 각 나라별 정책 동향 파악 등을 통해 배터리 핵심 소재 광물의 계획과 정책 추진이 필요하다.
배터리 핵심 소재 광물
배터리(이차전지)기술
전기차 배터리 기술은 크게 원자재 탐사(채굴) → 정 ･ 제련 → 배터리 ･ 전기차생산 → 배터리 재활용 ･ 재사용으로 구분된다.
이중 경제적 가치가 높고 공급망 이슈가 큰 양극재의 핵심 광물(리튬, 니켈, 코발트, 망간)의 중요성이 크게 대두되고 있는 상황이다.
<배터리 주요 소재 및 구성요소>
| 4대 소재 | 소요 비용 비중 | 원자재명 | 비고 |
| 양극재 | 42.3% | 리튬, 니켈,코발트, 망간, 알루미늄, 철 |
LFP, NCM, NCA 등 |
| 음극재 | 8.1% | 흑연, 실리콘 | - |
| 분리막 | 9.9% | PE | - |
| 전해액 | 4.5% | 리튬 | 리튬염 형태 |
출처 : 한국 과학기술기획 평가원
리튬
리튬은 배터리 산업 필수 광물로 배터리(71%), 도자기 및 유리(14%), 윤활제(4%), 폴리머생산(2%) 등에 사용되는 광물이다.
주로 호주에서 채굴한 리튬의 정 ･ 제련을 통해 탄산 리튬(LFP 배터리용) 및 수산화 리튬(삼원계 배터리용)이 모두 생산되고 있으며, 남미에 분포한 염호형에서는 탄산 리튬이 주로 생산 되고 있다. 탄산 리튬은 추가 공법을 통해 수산화 리튬으로 변환이 가능하다.
니켈
니켈은 주로 스테인리스(68%), 저합금 고장력강(8%), 비철합금(8%), 전기 도금(7%), 배터리(5%) 등에 사용된다.
니켈은 브라질, 캐나다, 러시아 등에 분포한 황화광 타입을 정 ･ 제련하여 고품위 Class 1 니켈을 생산, 배터리용으로 사용되고 있다.
또한 인도네시아, 필리핀, 서호주 등에 분포한 산화광 타입은 정 ･ 제련하여 저품위 Class 2 니켈을 생산, 주로 스테인리스강을 제작하는 데 활용되고, 고압침출법 등의 추가 공정을 통해 배터리용으로 사용된다.
코발트
코발트는 배터리(50%), 촉매 및 도료(21%), 무선기기(13%), 초합금(11%) 등에 주로 사용된다. 광산에서 생산되는 코발트 중 60% 정도는 구리의 부산물로 생산되며, 38%는 니켈의 부산물로 생산된다. 민주 콩고의 구리 벨트가 대표적인 코발트 부존지이다.
배터리 제조용으로는 수산화코발트, 황산코발트가 사용되고 있으며 대부분이 중국에서 가공되어 사용되고 있는 현실이다.
망간
망간은 제강용으로 90%가 사용되며, 배터리 제조용으로 사용되는 양은 미미한 수준이다.
망간은 남아프리카 공화국, 호주, 브라질, 가봉 등의 국가에서 주로 생산되지만, 정 ･ 제련 및 합금 생산의 대부분은 중국이 독점하고 있다.
망간에서 황산 망간을 추출하여 배터리 전구체 원료로 사용하고 있다. 현재 배터리 산업에서의 망간 이슈는 영향력이 미미한 수준이지만 관련 기술 개발되어 코발트를 대체할 수 있는 하이 망간 배터리가 개발된다면 망간의 중요성이 더 커질 것으로 예상된다.
