최근 희소금속(Rare Metal)의 일종인 희토류를 둘러싼 일본과 중국 사이의 마찰에서 나타났듯이 금속 자원의 공급 차질을 우려하는 국가 간의 힘겨루기가 격화되고 있다. 가채연수로 본 자원의 희소성과 특정 국가의 생산 집중도를 고려하면 상당수의 금속 자원에서 공급불안이 발생할 가능성이 있다. 자원의 희소성뿐 아니라 자원보유국의 정책 불안정성이 자원공급에 영향을 미칠 수 있기 때문에 특정 국가의 생산집중도가 높은 금속이 잠재적인 공급불안정성을 갖고 있다고 할 수 있다. 구체적으로는 희토류 이외에도 크롬, 안티모니 등의 희소금속도 공급불안정성이 높은 자원이다. 앞으로 중국 이외 지역의 희토류 생산이 확대되겠지만 중국 발 공급불안이 당분간 지속될 가능성이 있다. 이와 같은 금속 자원의 공급제한은 그린 제품을 비롯한 첨단 제조업의 생산과 신흥국의 경제성장에도 부정적으로 작용할 수 있을 것으로 보인다. 한국의 제조업 경쟁력에도 잠재적인 위협요인 될 수 있다. 금속자원 공급난이 확산될 경우 최종재와 일부 중간재 부품산업에서는 경쟁력이 높지만 소재기술의 경쟁력이 약하고 자원 보유가 빈약한 우리나라의 경우 그 영향을 받을 수 있는 여지가 크기 때문이다.

 

앞으로 더 가열될 금속자원 확보 경쟁에 대응하기 위해서는 자원밀도가 낮은 광구라도 개발 및 생산 코스트 상승 폭을 억제할 수 있는 자원 관련 기술의 개발이 중요해질 것이다. 최근 일본의 사례에서 보는 바와 같이 잠재력이 있는 해저 금속자원을 효과적으로 채굴할 수 있는 친환경 자원개발 기술도 중요해질 것이다. 폐기물의 안정적 수집체제를 구축하여 금속 자원을 리사이클할 수 있는 기반을 마련하는 것도 중요하다. 금속 자원의 희소성이 첨단 소재·부품의 조달 난으로 확대될 가능성도 염두에 두고 희소자원을 대체할 수 있는 첨단 제조업의 기반기술도 강화해 가야 할 것이다.

 

< 목 차 >

 

1. 금속 자원 확보 경쟁 확대의 의미
2. 금속 자원 확보전의 파장
3. 금속 자원 확보를 위한 각국의 대응
4. 시사점

 

1. 금속 자원 확보 경쟁 확대의 의미

 

최근 희소금속(Rare Metal)의 일종인 희토류(稀土類: Rare Earth : 원소기호 21, 39와 57~71)를 둘러싼 일본과 중국사이의 마찰에서 나타났듯이 금속 자원의 공급 차질을 우려하는 국가 간의 힘겨루기가 격화되고 있다.

희토류는 그린카, 휴대폰, 반도체, LCD, 의료기기, 원자로 등에 쓰이는 17개의 소재를 말한다. 미국 지질조사소(USGS)에 따르면 희토류의 매장량은 세계의 연간생산량의 798배로, 700년을 넘는 가채연수를 가지고 있어서 석유의 40년 정도에 비해 상대적으로 풍부한 편이다. 그러나 수요가 급증하고 있는데다 세계 생산의 97%를 차지하고 있는 중국이 수년 전부터 전략물자로서 통제를 강화하고 수출물량을 줄이기 시작해 공급차질이 우려되고 있다. 만약 중국이 계속 희토류 수출량을 삭감하여 공급차질이 발생할 경우 우리 산업에도 영향을 줄 수 있다.

최근 주목을 받고 있는 희토류뿐만 아니라 그린카용 배터리에 사용되는 리튬, 특수철강재에 쓰이는 티타늄, 망간, 촉매에 쓰이는 팔라듐 등의 백금계열의 금속, LCD에 쓰이는 인듐, 휴대폰에 사용되는 탄탈 등의 희소금속에 대해서도 자원 확보전이 가열되고 있다. 예를 들면, 리튬의 경우 가채연수가 500년을 넘어 생산량에 비해 자원 매장량이 풍부한 편이지만 향후 전기자동차의 보급과 함께 희소해질 가능성이 있어서 우리나라를 비롯하여 일본, 유럽, 중국이 유력 자원보유국인 볼리비아 광산에 대한 개발권 확보경쟁을 펼치고 있다.

이들 희소금속은 에너지 위기를 극복하기 위한 그린 산업의 발전에 따라 앞으로 수요가 급증할 것으로 예상되고 있다. 이에 따른 자원자체의 공급 부족이 발생할 수 있고 각국이 차세대 그린 산업에서의 경쟁우위를 확보하기 위해 자원을 무기로 활용하거나 선점하려는 전략이 확산되면서 인위적인 공급차질이 발생할 수도 있다.

이러한 희소 자원뿐만 아니라 원래 매장량이 풍부한 것으로 인식되어 왔던 구리, 아연 등의 베이스 메탈(Base Metal)의 경우도 수요 급증과 함께 가격 상승세를 보이고 있다. 구리의 경우 가채연수가 30년, 주석은 20년, 아연은 18년 정도에 불과한 실정이다. 중국, 인도 등 신흥공업국의 성장으로 이들 베이스 메탈의 수요가 급증하고 베이스 메탈의 가격도 상승 추세를 보이고 있다.

희소금속이나 베이스 메탈 산업 자체의 규모에는 한계가 있으나 이들 자원의 확보에 차질을 빚게 될 경우 관련 전기전자, 자동차, 철강, 기계, 의료, 군수, 각종 인프라 산업 등 많은 산업의 생산을 위축시키고 경제에도 막대한 영향을 주기 때문에 주요국은 전략적 관리가 필요한 금속 자원을 지정하면서 자원 확보전에 매진하고 있는 상황이다.

상당수 금속 자원에 공급 불안 가능성 잠복

신흥국의 고성장에 따른 베이스 메탈의 소비 급증, 그린 산업 발전으로 인한 희소금속 의존도 확대, 자원 보유국의 공급 통제, 대규모 자원 기업의 고가격 정책 등으로 인해 상당수의 금속 자원에서 공급불안이 발생할 가능성이 있는 상황이라고 할 수 있다.

미국의 경우 2007년에 이러한 공급 차질이 발생할 우려가 있는 금속을 Critical Mineral로 지정하고 있다. 그 품목은 베이스 메탈로는 구리, 희소금속으로서는 망간, 갈륨, 인듐, 니오브(Niobium), 탄탈(Tantalum), 리튬, 티타늄, 바나듐(Vanadium), 백금계열 금속, 희토류 등이 지정되었다. 한편 일본의 경우 최근 경제성장세의 정체와 함께 베이스 메탈의 수요가 위축되고 있지만 코발트, 네오듐, 디스프로슘, 리튬 등 31개를 희소금속으로 지정하고 니켈, 크롬, 텅스텐, 몰리브덴, 코발트, 망간, 바나듐 등의 7개를 전략비축 물자로서 관리하고 있다.

EU의 경우 지난 2008년에 전략물자를 지정한 데 이어 금년 6월에 「Critical raw materials for the EU」를 발표하였다. 여기서는 희토류를 포함한 희소금속을 중심으로 41개 자원의 중요성이 지적되었으며, 그 중에서 자원 대체 및 리사이클의 가능성, 자원보유국의 불안정성 등을 고려해서 14개(17개 희토류를 1개로 계산)를 고위험 자원으로 분류했다. 안티모니, 베릴륨(Beryllium), 코발트, 게르마늄, 텅스텐, 마그네슘, 그라파이트, 형석(螢石) 등이 지정되었다.

<그림 1>에서와 같이 가채연수로 본 자원의 희소성과 1~3위 생산국의 집중도를 비교하여 금속자원의 공급 불안 정도를 가늠할 수가 있다. 이를 보면 구리, 아연 등의 베이스 메탈의 경우도 가채연수에 여유가 없는 실정이지만, 생산국이 상대적으로 분산되고 있으며, 에너지와 달리 리사이클도 가능하다. 중장기로 볼 경우 자원고갈 문제가 서서히 대두할 수는 있으나 단기적인 공급차질의 가능성은 상대적으로 낮을 것으로 보인다.

다만, 구리의 경우를 보면, 향후 생산량 확대를 담당하는 지역이 정치적 불안정성이 큰 아프리카의 콩고민주공화국 및 잠비아나 수송 인프라가 미진한 몽고, 외국자본에 대한 강경책이 나오기 쉬운 중남미 등에 집중되고 있다. 중국이 주도하는 세계 최대급의 동 광산 개발프로젝트는 극도의 정치혼란을 보이고 있는 아프가니스탄에서 추진되고 있다. 이들 국가의 관련 인프라 부족에 따른 생산 및 수송 차질, 자원 관련 세율 인상, 국유화 등이 구리 가격의 상승세를 부추길 요인이 된다. 이러한 공급 불안감 때문에 투기적 자금이 구리 시장에 유입되는 경향도 있으며, 이것이 가격의 급등락 리스크로 작용하게 된다.

철광석의 경우 구리에 비해 자원 매장량에 상대적으로 여유가 있으나 호주 BHP 등 독점적인 자원 메이저의 지배력이 강해 수요 확대기에 가격이 급등하기 쉬운 상황이 지속되고 있다. 구리나 철광석 등의 베이스 메탈의 경우 대량의 자원을 활용하는 데다 대체기술의 개발도 쉽지 않다는 어려움이 있다.

희소금속의 경우 가채연수가 짧으면서 생산 집중도가 높은 품목이 공급차질 리스크가 크다고 할 수 있으며, EU가 지정한 안티모니가 이에 해당한다. 가채연수가 11년이면서 중국의 생산 집중도가 90%를 넘고 있다. 안티모니는 납 전지용 전극이나 반도체 재료 첨가제, 섬유 및 플라스틱 첨가제 등에 사용되고 있다.

가채연수 15년으로 남아공 등 상위생산국의 집중도가 74%에 달하는 크롬도 공급불안 우려가 높은 것으로 보이며, 가채연수 16년으로 생산 집중도가 98%인 스트론튬(Strontium)도 이 범주에 들어간다. 크롬은 스테인리스 등 각종 금속의 부식을 억제하는 합금 재료로 사용되고 있으며, 스트론튬은 고온초전도 재료, 브라운관 유리용 첨가제, 자석 재료 등에 사용되고 있다.

그리고 자체 수요를 우선하여 자원의 보전과 수출 통제를 강화하기 시작한 중국이 1위 생산국이면서 생산 집중도가 높은 품목도 잠재적인 공급불안 자원이라고 볼 수 있을 것이다. 이에는 비스무스(Bismuth), 갈륨, 바나듐(Vanadium) 그리고 희토류 등이 있다. 비스무스는 납을 대신하여 전자기기의 새로운 땜납 재료로서 첨가되거나 의약품, 총알, 낚시 도구 등에 사용되고 있으며, 갈륨은 LED, 파워 칩 등에 사용되고 있다. 바나듐은 고층빌딩 등의 고강도 철강재, 자동차용 부품, 각종 공구, 항공기용 합금(티타늄과 혼합), 원자로, 치과용 임플런트, 석유화학용 촉매제, 전력저장용 대형전지, 형광체 등에 사용되고 있는 중요한 재료이다.

 

2. 금속 자원 확보전의 파장

 

중국 발 희토류 공급 불안 장기화 가능성

자원공급의 불안정성은 소재기업에게 부담을 가중시켜 다양한 제품을 생산하는 기업의 코스트 상승 요인으로 작용하게 된다. 예를 들면 유리 기판의 연마제 등에 쓰이는 세륨의 가격은 금년 1~6월에 kg당 10달러 수준에 그쳤지만 중국의 수출규제 강화로 급상승하여 지난 8월에는 40달러, 중일마찰의 여파가 확산된 10월에는 55달러로 상승했다. 중국정부가 지난 7월에 2010년 하반기 희토류 수출 허가 물량을 크게 줄여 2010년 연간 수출이 40%나 감소하게 되었기 때문이다. 이에 따라 세륨을 가공해서 연마제를 생산하고 있는 쇼와덴코 등의 일본기업은 11월의 출하 물량부터 공급가격을 4배로 인상했으며, 코닝, 아사히유리 등의 유리 제조업체를 거쳐서 LCD나 HDD를 생산하고 있는 기업에게도 비용 상승효과가 파급된다.

일본은 세계 최대의 희토류 수입국이며, 각종 첨단 소재를 우리나라 등에 공급하고 있어서 희토류 파동으로 1차적으로 충격을 받게 되면 그 부담을 한국 등의 조립업체에게 전가할 수 있는 구조이다. 중국이 희토류를 독점하고 있으나 세륨을 활용한 연마제의 경우 쇼와덴코 등 일본계 기업이 세계시장을 주도하고 있어서 비용 전가가 용이하다.

이와 같은 가격 상승보다 더 큰 문제는 희토류 물량 확보에 차질이 발생할 경우 소재, 조립 등을 포함한 공급사슬이 차단되고 관련분야를 포함해서 막대한 규모의 생산차질이 발생할 수 있다는 것이다. 사실, 쇼와덴코는 중국에서 7~12월에 조달할 수 있는 세륨 물량이 1~6월의 1/3에 불과하다고 한다.

일본기업은 수년 전부터 이러한 리스크를 고려해서 희토류 재고를 늘려 왔기 때문에 희토류의 공급 차질이 광범위한 산업의 생산 차질로 당장 이어지지는 않을 것으로 보이지만 중국의 희토류 수출 감소세가 지속될 경우 내년 이후에 악영향이 발생할 가능성도 배제할 수 없다. 쇼와덴코의 경우도 내년 초까지의 재고는 확보된 상황이지만 그 이후에 관해서는 불확실성이 있다고 한다.

세륨 이외의 기타 희토류의 가격도 전반적으로 상승세를 보이고 있다. 하이브리드 및 전기 자동차용 모터의 핵심재료 중 하나인 디스프로슘의 경우 작년 말의 kg당 100~200달러 수준에서 지난 8월에는 300~400달러 수준으로 급등하여 10월 이후에는 거래가 제대로 이루어지지 않고 있다. 중국정부는 전기자동차를 전략적으로 육성 및 보급하겠다는 방침하에 중국기업이나 현지에 진출한 외자계 기업에 대한 희토류 공급을 우선할 것으로 보인다.

중국의 희토류 생산은 세계의 97%를 차지하지만 매장량은 36% 정도이기 때문에 다른 지역의 희토류 자원개발이 활기를 띨 경우 중장기적으로 희토류의 공급불안 문제가 완화될 가능성은 있다. 사실, 1990년대에 중국의 저가 수출 공세로 생산이 중단되기 이전까지 최대 생산국이었던 미국이 생산 재개에 나서고 있다. 미국 최대의 Mountain Pass 광산이나 호주의 광산 등이 생산 재개를 준비 중에 있다. 또한 이번 희토류 마찰로 일본이 베트남, 몽고, 아프리카 지역 등에서 희토류 자원개발에도 더욱 박차를 가할 것으로 보인다. 따라서 중국이 일본에게 첨단 소재가공기술 보유기업의 중국 투자나 기술이전을 요구하면서 희토류 자원을 교섭수단으로 활용할 수 있는 기간은 앞으로 1~2년 정도 밖에 안될 수도 있다. 그동안 일본기업이 재고를 활용하고 소재 사용량 절약, 리사이클, 일본 이외 지역으로의 핵심소재 수출량 감축 등의 방법으로 중국의 희토류 수출 삭감에 대응할 수도 있다.

그러나 중국 이외의 광산을 개발하는 데에는 시간이 소요되는 것이 사실이다. 미국의 Mountain Pass 광산의 경우 전기자동차용 모터에 쓰이는 영구자석 재료인 디스프로슘이 많지 않고 미국 내의 기타 광산을 개발하는 데에는 수년 이상 소요된다. 생산재개가 예정되고 있는 호주의 Mount Weld의 경우 리만쇼크 이후 광산 오너의 자금 사정 악화로 중국비철금속광업사(CNMC: China Nonferrous Metal Mining Co.）가 51.6%의 지분을 확보하게 됨으로써 중국의 영향을 크게 받게 되었다. 일본 도요타자동차 계열의 도요타통상과 일본정부가 개발을 추진하고 있는 베트남 희토류 광산의 경우 그린카 기준으로 수십만대에서 백 수십만대 정도를 생산할 수 있을 만큼의 디스프로슘을 함유하고 있고 2012년부터 생산을 개시하겠지만 중국 발 희토류 공급 불안이 1~2년 사이에 끝날 수 있을지는 단언하기 어렵다.

신흥국경제와 그린산업에도 영향

희토류를 포함한 희소금속의 공급불안은 전기자동차, 2차전지 등의 그린 산업의 성장을 제약하는 요인이 될 수도 있다. 태양전지의 경우도 희소금속을 활용하는 화합물 소재 방식에 부담을 주는 등 그린 제품의 기술표준 경쟁에도 영향을 주게 된다.

제조업체로서는 기술이나 가격과 함께 사용하는 자원의 매장량, 생산국 및 생산 기업의 독점력, 자원보유국의 정책 방향 등을 변수로 고려하면서 그린 산업 전략을 강구할 필요성이 높아진다고 할 수 있다.

베이스 메탈의 희소성 확대도 그린 혁명에 영향을 주게 된다. 구리 등의 베이스 메탈은 건설이나 수송, 가전제품 등에 사용되어 왔지만 자동차의 전자화가 진행되고 스마트 그리드를 구축하기 위해서도 구리 등의 베이스 메탈 사용량이 늘어나는 추세에 있기 때문이다. 닛산자동차가 준비하고 있는 전기자동차인 ‘Leaf’에는 50kg 이상의 구리가 사용된다. 희소금속의 경우 베이스 메탈의 부산물로서 생산되는 경우도 많아 베이스 메탈의 자원 고갈이 희소금속의 공급불안과 연계되는 측면도 있다.

베이스 메탈의 공급불안은 신흥국의 경제성장에 장애요인이 될 수도 있다. 빌딩, 통신 및 수송 인프라, 주택 등의 건설을 위해서는 철강, 구리 등의 베이스 메탈이 필수적이며, 이러한 금속을 대체할 수 있는 것은 항공기의 탄소섬유, 자동차 일부의 플라스틱 및 일부 탄소섬유 등 아직 일부에 한정되고 있기 때문이다.
중국의 경우 구리의 전체 소비량은 세계 1위가 되었으나 1인당 소비량은 2008년 기준으로 3.87kg에 그치고 있으며, 기타 BRICs의 경우도 인도 0.43kg, 러시아 5.05kg, 브라질 1.8kg에 그쳐 한국의 16.79kg, 독일의 17.03kg, 일본 9.28kg, 미국 6.64kg과 큰 차이를 보이고 있다. 베이스 메탈의 소비는 경제성장과 함께 확대되고 일정한 수준에 달한 후 소비증가세가 둔화되는 패턴을 보여 왔는데, BRICs의 경우 당분간 한국의 공업발전 과정과 같이 베이스 메탈의 소비 확대가 상당 기간 지속될 것으로 보인다. 그러나 만약 BRICs의 1인당 구리 소비량이 한국 수준으로 확대될 경우 BRICs 합계 연간 구리 소비량은 4,800만톤에 달해, 이는 세계의 총생산량(리사이클 포함)의 2.1배가 되며, 이로 인해 구리 자원의 가채연수는 기존의 30년에서 8년 정도로 단축(리사이클 고려하지 않음)되기 때문에 이러한 성장은 지속가능하지 않다는 것을 알 수 있다.

즉, 현재의 기술구조를 유지할 경우 모든 개도국이 경제성장을 지속하고 그린 산업을 발전시키는 데 있어서 금속 자원의 한계가 다가오기 때문에 중국을 비롯한 각국이 자원 수출 통제, 자원개발권 확보 등의 자원쟁탈전에 나설 수밖에 없는 실정인 것이다. 그리고 이러한 금속자원 확보 경쟁으로 그린 산업의 성장에 부담이 가중되는 것은 국제유가 등 기존 에너지원의 상승 요인으로 작용할 수 있기 때문에 제조업체 및 제조입국으로서는 에너지를 포함한 전반적인 자원문제의 맥락에서도 금속자원 문제를 고려해야 할 것이다.

 

3. 금속 자원 확보를 위한 각국의 대응

 

핵심 분야 및 국가와 집중적 경제개발 협력

앞으로 심화될 것으로 보이는 금속자원 확보경쟁에 대처하기 위해서는 해외자원개발을 통해 일정한 물량을 안정적으로 확보할 수 있어야 할 것이다. 다만, 다양한 자원 보유국에 대규모 인프라를 건설하면서 개발권을 확보하는 한편 외국 금속 회사의 매수 및 지분 참여에 수백억 달러를 투입하고 있는 중국이나 대규모 M&A에 열중하는 구미계 글로벌 비철금속 메이저와 경쟁하면서 우리나라가 자원개발에서 큰 성과를 거두는 것은 쉽지 않은 과제이다.

일본의 경우도 막대한 개발 원조를 제공하면서 최근 베트남, 몽고, 카자흐스탄 등에서 희토류 자원개발 프로젝트를 잇달아 합의하고 있다. 우리 제조업의 경우 일본과 달리 희토류를 직접 수입하기보다 일본이 수입해서 가공한 소재 및 부품 등을 수입하는 경향이 강하기 때문에 일본 등과도 입장이 다르다. 우리로서는 자원 잠재력이 있으면서 중국과 달리 제조업 비중이 낮은 호주, 캐나다, 러시아 등의 자원부국과 자원 전반에 관해서 우호적인 관계를 강화하면서 리튬의 볼리비아, 백금속 및 바나듐 등의 남부 아프리카, 크롬 등 희소금속의 카자흐스탄, 구리 및 각종 희소금속의 몽고 등 개발 대상과 지역을 선택하면서 원자력 등의 인프라 비즈니스를 포함한 포괄적인 경제개발 협력관계를 구축하는 노력을 강화해야 할 것이다.

또한 우리로서는 최근 포항제철이 인도네시아의 석탄 및 철광석을 확보하면서 대형 고로를 건설하는 프로젝트를 추진하고 있는 바와 같이 제조 기술의 강점을 살릴 수 있는 자원 부국에 대한 투자를 고려할 수 있다. 그러나 제조업과 자원 분야의 잠재력을 동시에 갖춘 유망국가는 많지 않기 때문에 당장 실질적 협력이 가능한 대상국가가 많지 않은 어려움이 있다.

해저자원 포함한 자원개발 기술 강화

금속 자원 개발에는 최종적으로 확보하는 금속자원의 500배(구리 기준), 100만배(금 기준)에 달하는 막대한 양의 광석을 폐기(자원밀도가 낮은 광구일수록 폐기물이 확대)하고 막대한 에너지를 투입하는 등 환경을 악화시키는 문제가 있다. 희토류의 개발 현장의 경우 방사능을 포함한 폐기물의 오염 문제가 심각하기 때문에 이러한 문제를 완화할 수 있는 친환경 기술이 중요하다고 할 수 있다.

바이오 공법이나 초미세 로봇 기술 등을 활용하면서 깊은 지중 속에서 금속자원만을 효과적으로 분리하여 채취할 수 있는 혁신적인 기술의 개발 등이 가능하다면 생산 가능한 자원 매장량의 확대에도 기여할 수 있을 것이다.

자원개발에서는 광석 중의 매장 밀도가 높고 경제성 확보가 용이한 것부터 개발되고 일정한 생산수준을 달성한 후에는 밀도가 낮은 자원만 남게 되어 생산량의 확대가 어려워져 밀도가 낮은 자원을 개발하게 되는데, 석유의 경우와 같이 이 단계에서는 가격이 급등할 수밖에 없다. 예를 들면 채굴이 용이한 구리 자원이 고갈되고 밀도가 낮은 광구에 의존하게 되면서 구리 가격이 100배로 올라간다면 기존 전력망을 비롯하여 존립자체가 어려워지는 산업이 나올 수 있는 것이다. 이러한 사태를 피하기 위해서는 자원밀도가 낮은 광구이라도 코스트 상승 폭을 억제할 수 있는 기술의 개발이 중요해진다고 할 수 있다.

또한 금속자원의 한계가 나타나면서 향후의 자원개발에서는 해저 자원의 중요성이 높아질 것으로 보여 관련 기술의 축적이 필요하다. 일본의 경우 2007년부터 해저자원연구회라는 조직이 활동을 개시했다. 2008년부터 경제산업성도 해저자원 조사를 위탁해, 일본 근해에서 베이스메탈, 희소금속 등이 매장된 유망 광구를 잇달아 발견하고 있다. 일본정부는 2009년도에 수심 2천 미터의 해저를 400미터까지 굴삭할 수 있는 장비를 탑재한 6,100톤급의 해양자원 조사선의 건조를 결정했다.

해저자원개발 전문 기업인 Nautilus사가 개발 중인 파푸아뉴기니아 영해의 해저광구의 경우 지상 광구를 훨씬 능가하는 밀도로 매장된 구리, 금, 은, 아연 등의 자원이 확인되고 있으며, 상업성 확보가 가능한 것으로 나타나고 있다. 일본 근해와 같이 지구의 각 지각 Plate(20개 정도 존재하는 폭 100km의 암반)의 경계 지점의 해저산맥에서 유망한 금속자원이 있는 것으로 추정되고 있다.

해저산맥의 분화구 부분인 해저열수광상(海底熱水鑛床)에는 동, 납, 아연 등의 베이스메탈과 함께 금, 은의 귀금속, 갈륨 등의 희소금속이 매장되고 있다. 이 분화구에서 나오는 에너지를 전력으로 활용하면서 해저자원 개발을 위한 기지를 설치하는 것도 이론적으로 가능하다. 또한 해저산맥의 산화물이 부착된 망간 Crust(Cobalt Rich Crust)에는 망간, 철, 니켈, 코발트 등이 매장되고 있다. 그리고 가장 깊은 지역에 있는 망간 단괴(團塊)에는 망간, 철 이외에 니켈, 코발트 등의 희소금속이 매장되고 있다.

우리나라의 경우도 이러한 해저 금속 자원에 주목하는 세계적인 추세에 따라 남태평양의 통가 영해에서 해저자원 개발에 나서고 있는데, 앞으로 갈수록 이러한 해저자원 개발의 중요성이 높아질 것으로 보인다. 우리나라로서는 조선 산업경쟁력을 활용하면서 수 천 미터의 해저를 굴삭 할 수 있는 탐사선을 모함으로 하여 해저 자원을 정밀하게 탐사할 수 있는 유인 탐사선, 무인 탐사 장치, 각종 탐지 센서, GPS(인공위성 활용 위치 추적) 등이 연계된 탐사 시스템의 경쟁력 확보가 중요할 것이다.

생물의 다양성 조약의 강화로 해저 생물의 생태계를 보전하면서 자원을 개발할 수 있는 친환경기술의 개발도 과제가 될 것이다. 공해상에서의 자원개발에는 어려움이 많아지고 있기 때문에 남태평양의 섬나라, 필리핀 영해 등 유망한 지질구조를 가진 지역에서의 개발을 모색할 필요도 있다.

또한 동해 등에서 추정되고 있는 유망한 금속 광구에 관해서 일본과의 해저자원 공동개발 협력이나 구미의 해저자원 탐사 전문 기업과의 제휴 및 협력을 모색할 필요도 있을 것이다.

금속 자원의 리사이클 기술 개발 및 시스템 확대

금속 자원은 석유 등의 에너지 자원과 달리 사용하면 없어지는 것이 아니라 리사이클이 가능한 자원이다. 개발이 어려운 지역이나 해저까지 자원개발의 현장이 확장되고 있는 것을 고려한다면 전자기기, 자동차 등으로부터 각종 베이스 메탈이나 희소금속을 수집하여 재활용하는 것이 코스트 경쟁력 측면에서 합리성을 갖게 되었다고 할 수 있다.

다만, 이러한 리사이클을 저코스트로 효율적으로 추진하기 위해서는 폐기물의 안정적인 수집체제와 함께 관련 플랜트가 높은 기술력을 가질 필요가 있다. 일본의 경우 내수 규모도 크기 때문에 폐기물 자원인 도시광산의 매장량이 금 6,800톤(세계 연간 소비량의 2.7배), 은 6만톤(동 3.1배), 동 3,800만톤(동 2.5배)등에 달하는 등 방대하다.

또한 리사이클 전문 기업인 일본의 DOWA사는 각종 폐기물을 용해하여 다양한 금속을 분리, 차례대로 추출하는 기술을 보유하면서 플랜트를 운영하고 있다. 희토류에 관해서도 신에츠화학이 에어컨 등의 폐기가전에서 네오듐이나 디스프로슘을 회수하고 동사가 생산하는 자석의 재료로 재활용하는 사업을 내년부터 시작할 방침으로 있다. 또한 도요타는 지난 10월 27일부터 자사의 하이브리드자동차에 탑재된 니켈수소전지를 완전 리사이클 하는 체제를 갖추었다. 프리우스 등의 폐차에서 전지를 분리하고 가열에 의한 환원(還元), 제련 등의 과정을 거친 후 순도가 높은 니켈을 저코스트로 회수하고 새로운 니켈수소전지의 재료로 활용하는 것이다. 낫코금속은 제련 분야에서의 오랜 경험을 바탕으로 리튬이온전지 양극재를 녹이는 수용액의 종류와 수소이온농도를 선택하는 노하우를 바탕으로 망간, 코발트, 니켈, 리튬을 순서대로 추출할 수 있는 기술을 개발해 리사이클 공장을 건설했다. 또한 동경대학 생산기술연구소의 오카베 교수는 현재 초점이 되고 있는 희토류인 네오듐과 디스프로슘을 전기자동차 모터나 하드디스크 드라이브 등에 사용되는 네오듐 자석에서 효율적으로 리사이클하는 기술을 개발했다. 네오듐 자석을 염화 마그네슘에 넣고 철 등의 물질을 분리하고 진공상태로 증류함으로써 80% 이상의 네오듐과 디스프로슘을 회수하는 데 성공한 것이다. 기타 미생물을 활용하여 복잡한 공정을 생략하면서 효과적으로 희소금속을 회수하는 바이오 공법 등도 일본에서 개발되고 있다. 또한 베네수엘라의 초중질유의 경우 발전소에서 연료로 활용한 다음 바나듐,니켈 등의 희소금속을 회수하는 리사이클도 가능하다.

우리나라의 경우 제조업의 수출비중이 높기 때문에 자국 내에 폐기물 자원이 많은 일본과 달리 리사이클 플랜트를 대규모로 운영할 수 있는 효율성을 확보하는 데에 상대적으로 어려움이 있다. 그러나 가정에 방치된 중고 휴대폰, 폐 PC 등 각종 전자기기의 자발적 회수를 촉진하고 우선순위가 높은 분야를 중심으로 국내에서 효율적인 리사이클 체제 및 관련 기술의 개발을 확대할 필요가 있을 것이다.

중국의 경우도 최근 대규모 리사이클 체제의 구축을 모색하고 있다. 동아시아 및 아시아 역내 차원에서의 효과적이고 경제성이 높은 리사이클 시스템을 구축하는 데 협력할 수 있는 방안도 고려할 필요가 있을 것이다.

희소금속 자원 대체 기술 개발

희소한 금속 자원을 대체하는 기술의 개발도 금속자원 부족 문제를 극복하기 위한 방안이기 때문에 선진국 기업을 중심으로 희소금속 대체 공법의 개발이 가속화될 것으로 보인다.

이런 노력은 이미 나타나고 있다. 미국 IBM의 경우 희소금속을 사용하지 않는 CZTS라는 태양전지를 일본의 쇼와셀사와 공동개발하기로 했다. CZTS는 구리, 아연, 주석, 유황 등을 사용하는 금속화합물 태양전지이며, 일반적인 화합물 태양전지와 달리 갈륨이나 인듐 등의 희소금속을 사용하지 않는 것이 특징이다. 히타치제작소의 경우 고출력의 네오듐 자석을 대체하기 위해 산화철로 만든 영구자석인 페라이트 자석을 활용해도 모터 등의 출력을 유지할 수 있도록 하는 기술의 개발에 주력하고 있다. 모터의 회전 부분에 효율적으로 자력이 작용하도록 한 것이며, 보다 적은 전력으로 작동하기 때문에 에너지 효율 개선에도 도움이 된다. 히타치제작소는 2년 이내에 에어컨, 냉장고, 전기자동차 등에 활용할 수 있도록 할 계획이다. 또한 테이진과 도호크대학교는 철과 질소로 구성된 나노(10억분의 1)미터 수준의 미세 입자 재료로 강력한 자석을 만드는 기술을 개발했다.

이와 같이 희토류를 포함한 희소한 금속을 가공하면서 부품 및 소재 분야의 경쟁력을 유지해 왔던 일본기업은 희소금속 대체를 지상과제로 인식하기 시작했다. 또한 일본정부나 공공연구기관, 대학 등에서도 일중 희토류 파동을 계기로 원소 차원에서 대체 기술을 모색하는 노력이 한층 강화될 것으로 보인다.

일본 문부과학성이나 경제산업성 등에서는 2000년대 중반 이후 일본 내에서도 확보 가능한 흔한 원소를 가지고 각종 첨단제품을 만들 수 있는 재료 연구를 강화해 왔다. 모래에서 확보할 수 있는 실리컨, 제오라이트, 나무에서 추출할 수 있는 그라펜, 카본나노튜브, 플라렌 외에 시멘트, 산화철 등을 전자부품 재료, 태양전지 재료, 전선, 구조물 재료 강화 첨가제 등에 활용하는 연구가 진행되고 있다. 동경공업대학교의 호소노교수는 일본에서도 흔한 시멘트를 이용해서 투명한 금속소재를 만들 수 있는 기술을 개발, LCD에 사용되는 희소금속인 인듐의 대체에 주력하고 있다. 시멘트는 통상적으로 전기를 차단하는 재료이지만 시멘트를 구성하는 칼슘, 알루미늄, 산소 원자의 결합구조 사이에 있는 산소이온을 전자로 대체하는 가공을 통해 전도성을 확보한 것이다.

이와 같이 흔한 물질을 구성하는 원자 간의 배열을 바꾸거나 원자 사이의 전자의 궤도를 왜곡하는 등의 원자 가공 기술을 통해 희소 금속에 의존했던 강한 내구성, 高자성(磁性), 열 팽창성, Photonics, 발광성, 전도성, 형광성, 유전·압전·초전(焦電) 기능 등을 확보하는 것이 중요해질 것으로 보인다.

물론, 희소금속과 달리 구리 등의 베이스 메탈을 대체하는 것은 쉽지 않지만 흔한 재료로 만들 수 있는 첨단재료인 카본나노튜브 등의 대량생산 기술을 확보하여 전선 등으로 응용하는 노력이 중요해질 것이다. 원자 레벨의 가공을 통해 신물질 후보를 찾아내고 재료구조를 설계하고 실험하는 과정을 효율적으로 추진하기 위한 컴퓨터 시뮬레이션 기술이 더욱 중요해질 것이다. 일본기업의 경우 연구 및 개발 현장 등에서 각종 재료 및 원소를 다각도로 실험하면서 희토류 등의 활용방법을 발견하고 고도의 소재 생산 기술을 축적해 왔다. 최근에는 이러한 실험을 컴퓨터 시뮬레이션으로 보강하고 있다. 물론, 이러한 노력을 통해 각종 희소금속이나 베이스 메탈의 가치나 희소성이 하루아침에 급락할 정도의 성과를 거두기는 어렵겠지만 중장기적으로는 제조업의 형태가 혁신되면서 금속자원 문제를 해결하려는 방향으로 나갈 것으로 보인다.

 

4. 시사점

 

이상에서 본 바와 같이 일본 등의 제조강국은 해양자원개발, 리사이클, 대체기술의 개발을 중심으로 금속 자원부족을 극복하려고 하고 있고 관련 기술도 앞으로 상당히 개발될 것으로 예상되고 있다.

우리나라도 다양한 측면에서 자원 개발과 확보에 나서고 있지만 다른 나라에 비해 미흡한 상황이다. 특히 금속자원의 해양자원개발은 아직 초보단계이고 금속의 리사이클과 대체기술 개발은 아직 태동단계라고 할 수 있다.

금속자원의 부족은 신흥국의 성장과 그린산업의 성장에 제약요인이 될 수 있다. 뿐만 아니라 금속자원의 공급 난이 확산될 경우에는 제조업의 경쟁구도에도 영향을 미칠 가능성이 있다. 대체자원이나 대체소재기술이 개발되지 않은 상황에서 금속 자원의 공급애로가 확산될 경우 주요 경쟁 부품 혹은 제품간, 경쟁국가간 경쟁우위가 뒤바뀌는 상황도 일어날 수 있다. 특히 최종재와 일부 중간제 부품산업에서는 경쟁력이 높지만 소재 기술의 경쟁력이 약하고 자원 보유가 빈약한 우리나라의 경우 그 영향을 크게 받을 수 있는 여지가 있다.

희토류를 포함한 희소금속의 공급차질이 단기적으로 발생할 우려도 있고 이에 따라 일본의 첨단 소재기업이 중국으로 거점을 이전할 가능성도 염두에 둘 필요가 있다. 지금까지 우리나라의 첨단제조업이 중국의 희소금속을 활용하는 일본의 부품·소재 기업에 의존해 왔으나 앞으로는 자원과 함께 첨단 소재 및 부품에 대한 대중의존도가 확대될 가능성도 있다.

이제까지 에너지 이외의 자원에 대한 공급 불안이 주목을 받은 적이 별로 없었지만 최근 들어 중국의 희토류 생산 집중문제, 볼리비아의 리튬광산을 둘러싼 각국의 각축 등이 뉴스를 장식하기 시작하고 있다. 금속 자원경쟁의 서막에 불과할 지 모른다. 거대한 인구를 가진 신흥국들이 높은 성장세를 보이고 그린 에너지, 전기 자동차 등 금속자원의 수요처가 급격히 증가하고 있고 희소자원을 둘러싼 각국의 자원확보경쟁이 치열해 지고 있는 상황에서 우리로서는 반갑지 않은 상황 들이 갑자기 올 지도 모르기 때문에 금속 자원 리스크에 대해 보다 체계적인 대응이 시급해 보인다.  <끝>