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중국은 어떻게 리튬 공급망을 장악하게 되었나? (제1편)
김연규 소속/직책 : 한양대학교 국제학부/교수 2022-04-13
전기차의 급속한 확산으로 전기차의 견인 모터에 소요되는 희토류 영구자석과 전기차 리튬이온 배터리(LIB)에 필요한 니켈, 코발트, 망간, 흑연 등 핵심금속 수요가 공급을 크게 앞지를 것이라는 다양한 전망치가 나오고 있다.
2020년부터 배터리 원자재 가격이 급등하고 있는 가운데 가격 상승 폭이 가장 가파른 배터리 원자재는 리튬이다. S&P 글로벌 플래츠(S&P Global Platts)는 2030년 글로벌 리튬 수요가 2021년 50만 톤에서 2030년 200만 톤으로 늘어날 것이며 리튬 부족량이 22만 톤에 달할 것이라고 밝혔다(박대웅 2022).
리튬 가격은 탄산리튬 기준 2021년 2월 초 톤당 9,000달러(약 1,080만 원)에서 2022년 2월 9일 톤당 5만 5000달러(약 6,600만 원)로 511% 급등했다(박대웅 2022).
LIB는 전기차뿐 아니라 재생에너지를 저장하는 에너지저장장치(ESS)의 핵심장치이기 때문에 탄소 중립과 에너지전환에 있어 중요한 수단이다. 따라서 리튬 공급 부족과 배터리 가격 급등으로 전기차 보급에 차질이 빚어질 가능성이 있다.
우리나라와 미국, 유럽 국가는 최근의 리튬 공급 부족 현상을 중국의 리튬 공급망 장악에서 표출된 경제안보 위기로 보고 있다. 본 기고는 2편에 걸쳐 향후 전기차 확산에 따라 배터리에 소요되는 리튬이 얼마나 증가할 것이며, 어느 지역에서 얼마나 리튬을 생산·공급될 수 있는지 파악하고자 하며 특히 중국이 리튬 생산과 가공을 얼마나 장악하고 있는지를 밝히고자 한다.
제1편에서는 리튬의 기본 특징과 수급 현황을 살펴보고, 제2편에서는 중국의 리튬 생산기업이 호주와 남미 지역의 리튬 광산 지분 투자를 통해 생산을 장악하고 특히 생산된 리튬 원재료를 중국으로 수입해 가공함으로써 리튬 공급망을 장악하고 있음을 밝힌다.
리튬이란 무엇이고, 어디에 쓰이는 금속인가?
리튬은 세계에서 가장 가벼운 금속으로 알려져 있으며 색깔 때문에 “하얀 석유”라고 불린다. 최근에는 생산된 리튬의 절반 이상이 LIB에 사용되지만, 배터리 사용이 일반화되기 전에는 내열 유리와 세라믹을 만드는 데 주로 사용되었거나 알루미늄, 마그네슘에 첨가하여 비행기 등 고강도 합금에 사용되었다.
2010년에는 40% 이상의 리튬이 유리와 세라믹 산업에 사용됐지만, 배터리는 14%에 불과했다.
2차전지 가운데 가장 대중화된 전지인 LIB는 리튬의 이온이 음극에 저장 충전되어 있다가 양극으로 이동하면서 에너지가 발생되는 원리로 작동된다. 양극재는 배터리의 용량인 사용시간과 주행거리를 결정하는데 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 알루미늄 등을 혼합해 제조한다.
리튬 이전에 배터리에 사용된 소재는 납이었다. 리튬의 상용화로 납보다 20배 이상 가벼운 휴대용 전자제품이 가능해졌다.
리튬은 어떻게 생산되고 가공되는가?
리튬은 리튬 광석에서 전통적인 채굴방식에 의한 경암형(hard rock) 생산방식과 지하 염수나 염호에서 채굴하는 염수형(brine) 생산방식의 2가지가 있다.
경암형 생산의 경우, 최초의 생산물은 리튬 광석(lithium ore)이다. 리튬을 함유한 광석을 스포듀민(spodumene)이라고 부른다. 광석을 파·분쇄하고 분리, 선광을 거쳐 리튬 성분이 농축된 정광(lithium concentrate)을 얻는다. 리튬 광석의 경우, 리튬 함량이 1~2%에 불과하다. 98%는 다른 광물들이다. 리튬정광의 경우, 리튬 함량이 약 6%까지 올라간다(Bednarski 2021: 51).
스마트폰에는 리튬이 30g 정도 들어가지만, 전기자동차에는 30kg에서 최대 60㎏이 들어간다. 주행거리가 약 400㎞의 2세대 전기자동차에 60㎏이 사용된다면, 2021년부터 본격화된 500㎞ 이상 가는 3세대 전기차에는 더 많은 리튬이 사용된다. 주행거리가 늘어난 고용량 배터리에는 양극재 물질로 수산화리튬이 필요하다.
수산화리튬은 수산화리튬은 니켈과의 합성이 용이하기 때문에 하이니켈배터리, NCA(니켈·코발트·알루미늄), NCM(니켈·코발트·망간) 8:1:1로 조합한 배터리에서 사용하고, 탄산리튬은 리튬인산철(LFP) 배터리에 사용된다. 즉, 에너지 밀도가 높을수록 탄산리튬보다 수산화리튬을 사용한다(정하늘 2021).
현재는 가공된 리튬의 약 50%가 탄산리튬(Li₂CO₃), 약 16%가 수산화리튬(LiOH), 약 14%가 스포듀민 정광(산화리튬: Li₂O), 그리고 나머지가 염화리튬 및 부틸리튬이다.
스포듀민 가공을 통해 탄산리튬과 수산화리튬을 모두 생산할 수 있지만, 염수 방식으로는 탄산리튬만 생산할 수 있다. 염수 방식으로 수산화리튬을 얻기 위해서는 탄산리튬을 추가하고 가공해야 하므로 비용이 올라간다(New Age Metals 2019).
리튬은 어디에서 얼마나 생산되는가?
1955년에서 1980년대까지 미국 노스캐롤라이나 샬롯 근처 리튬 광산에서는 미국 전체 소비를 충당하기에 충분한 리튬이 생산되었다. 그러나 미국의 리튬 광산이 문을 닫기 시작한 것은 1990년대 남미의 저렴한 리튬이 수입되면서부터이다.
1995년부터 2010년까지 칠레는 칠레 최대 소금사막 염전인 살라 드 아타카마(Salar de Atacama)의 리튬 채굴 붐으로 세계 최대 생산국이 되었다. 리튬 생산량은 1995년과 2010년 사이에 꾸준히 증가하여 9,500톤에서 28,000톤으로 증가했다.
리튬 생산량은 2016년과 2020년 사이에 40,000톤에서 86,300톤으로 두 배 이상 증가했다. 2021년 리튬 생산량은 100,000톤으로 증가하여 최고치를 기록했다. 탄산리튬등가물(LCE: Lithium Carbonate Equivalent)로는 50만 톤에 달하는 양이다. 단순 리튬 생산량에 5.323을 곱해서 탄산리튬(Li2CO3)에 해당하는 양으로 변환된다. 충전식 배터리와 전기 자동차의 출현으로 새로운 수요가 발생하여 생산량이 급증했다.
오늘날 호주, 칠레, 중국 3개국이 전 세계 리튬의 약 86%를 생산하고 있으며, 미국은 전 세계 생산의 1%도 안되는 900톤을 생산하고 있다. 미국에서 소비되는 리튬은 대부분 아르헨티나와 칠레에서 수입하여 충당된다.
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<참고문헌>
박대웅. 2022. “리튬, 공급부족으로 '폭등'...전기차 가격 더 오르나,” 02.14 『오피니언뉴스』(https://www.opinionnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=62288)
배종인. 2017. “전기車 시대, 원재료 확보 우선,” 11.13 『신소재경제신문』 (http://amenews.kr/m/view.php?idx=34875)
오영일. 2017. “전기차, 배터리, 그리고 리튬: 리튬이 없으면 전기차 시대도 없다,” POSRI 이슈 리포트. 3.23
정하늘. 2021. “글로벌 수산화리튬의 최강자 강봉리튬,” 2021.09.08. 『매거진 한경』
한국광물자원공사. 2018. 『리튬시장보고서』
Bednarski, Lukasz. 2021. Lithium: The Global Race for Battery Dominance and the New Energy Revolution (London, UK: Hurst & Company).
Brennan, Hugo and Guo Yu. 2018. “China’s lithium supply chain strategy Solidify, diversify and control,” Verisk Maplecroft, March 26.
Jacobs, Jay & Pedro Palandrani. 2020. “Lithium, Explained,” Global X, January 30.
New Age Metals. 2019. “Lithium Supply – Hard Rock or Brine,” October 3 (https://newagemetals.com/lithium-supply-hard-rock-vs-brine/)
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