Special 국가 전략소재 희토류 기술 개발 및 공급망 확보 동향(1)

희토류 분야 표준화 현황과 우리나라의 전략 및 과제

김범성_한국생산기술연구원 수석연구원

1. 희토류의 정의와 산업 현황

국제 순수 및 응용화학 연맹(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)에서 정의한 희토류(Rare earths)는 스칸듐(Scandium, Sc)과 이트륨(Yttrium, Y) 및 란탄족(La족, Lanthanide)의 15개 원소를 포함한 17개 원소를 의미한다. 17개 원소가 비슷한 화학적 특성을 보유하고 있어, 광상에서 함께 발견되는 경향이 있어 ‘Rare earths’라는 이름으로 함께 불린다. 비슷한 화학적 특성을 갖고 있어 17개 각각의 원소의 분리정제가 어렵다는 특징이 있으며, 각각의 원소가 특유의 원자구조를 바탕으로 다양한 분야에 응용된다 (그림 1).

그림 1. 주기율표상 희토류 원소1)1) 김택수, 이종현, ‘희토류 분야 산업현황과 표준화 동향’, KATS 기술보고서, Vol. 101 (2017)

  2010년 중국과 일본의 센카쿠 열도(중국명 댜오위다오) 영토 분쟁 시 중국이 對일본 희토류의 수출을 제한하였을 때 희토류는 크게 주목받게 되었다. 당시 일본이 중국어선 선장을 석방하며 사건이 마무리된 바 있다. 또한 최근 미중 무역분쟁에서 중국의 경제 보복 수단으로 희토류가 지속적으로 부각되었고, `11년 이후 대부분 규제 위주의 정책이 발표되고 있다.
  최근 `21년 2월에는 희토류 산업의 밸류체인의 전반적인 통제를 통해 불법 개발, 제련‧정련 등의 분야를 관리 ‘희토류 관리조례 초안’을 발표하였다. 또한 `21년 4월에는 환경문제를 이유로 들어 최대 생산지인 중국 장시성 간저우시에 위치한 희토류 채광기업 중 약 절반의 생산을 4월 말까지 중단하도록 조치하였다. 표면적으로는 환경보호를 제시하였으나, 미국, 일본 등의 국가를 견제하기 위한 공격 카드라는 시각이 대부분이다.
  17개 희토류 원소 중 ‘시장 규모’가 가장 큰 원소는 세륨(Cerium, Ce)과 란타늄(Lanthanum)이다. 산화물의 형태로 촉매제(세륨, 란타늄, 배기가스촉매), 연마제(세륨, 반도체연마재)로 사용되어 수요 기준 절반 이상을 차지하고 있어 형성된 시장의 규모가 크나, 세륨과 란타늄은 현재 공급과잉으로, 국제적 이슈가 제기되는 원소는 아니다.

2. ISO/TC298(희토류)

그림 2 에서 `21년 4월 현재 ISO/TC298의 현황 및 조직도를 확인할 수 있다. 2015년 TC의 신설에 이어, WG1(Terms and Definitions, 용어 및 정의), WG2(Elements Recycling, 원소 재활용) 연구반이 차례로 설립되어 표준을 개발하였다. 이후 WG3(Traceability, Packaging and Labelling, 소급성, 포장 및 라벨링), WG4(Testing and Analysis, 측정 및 분석)이 추가로 설립되며 `22년 현재 7개의 표준이 발간되었고, 9개의 표준이 개발 중이다. 제8차 총회는 2023년 10월 우리나라 주관으로 인천 송도에서 개최될 예정이다.
  P-member와 O-member의 경우 지속적인 변동이 있으나, 우리나라, 호주, 캐나다, 중국, 덴마크, 인도, 일본, 러시아, 스웨덴, 영국, 미국 등 14개국이 P-member로 활동하고 있고, O-member로는 독일, 프랑스, 말레이시아, 베트남 등 21개국이 포함되어 있다. P-member 중 우리나라, 호주, 캐나다, 중국, 일본, 인도 등 6개국은 초기부터 지속적으로 활동하고 있으며, 덴마크, 러시아, 스웨덴, 영국, 미국은 비교적 최근에 P-member로 활동을 시작하였다. 특히 미국의 경우 초기 멤버였으나, 2018년경 활동을 멈췄다가 2020년 다시 P-member로 재가입한 바 있다.
  의장자문그룹인 CAG(Chairman Advisory Group)에서는 WG의 신설, TC의 발전 방향 등을 논하며 주기적인 회의를 개최하고 있다. 우리나라에서는 한국생산기술연구원 김택수 부원장과 김범성 수석연구원이 CAG 멤버로 활동하고 있다.

그림 2 `21년 4월 기준 ISO TC 298 조직도2)2) ISO TC298 (https://www.iso.org/committee/5902483.html)

 WG1은 ISO/TC298 두 번째 총회 (`17년, 캐나다)에서 설립이 결정되었다. WG1에서는 희토류 관련 용어와 그 정의 관련 표준을 개발하였다. 중국에서 의장(convenor)을 맡았으며, 타 개발예정 표준에서의 활용을 위해 가장 빠른 속도로 표준 개발이 진행되었다. ISO 22444-1:2020. Rare earth — Vocabulary — Part 1: Minerals, oxides and other compounds와 ISO 22444-2:2020 Rare earth — Vocabulary — Part 2: Metals and their alloys 두 건의 표준 개발을 마쳤고, 현재는 CAG에서의 회의를 통해 WG를 닫은 상태이다. 초기 용어 및 정의 관련 표준 개발 과정에서 학술적 관점과 실 거래시 사용되는 용어의 적용 등으로 일부 논쟁이 있었으나, WG 내에서의 조율을 통해 2020년 표준이 발간되었다.
  WG2 역시 캐나다에서 열린 두 번째 총회에서 설립이 확정되었다. 현재 우리나라 한국생산기술연구원 김택수 연구소장이 의장을 맡고 있으며 우리나라에서 주도적으로 표준화를 수행하고 있다. ISO 22450:2020. Recycling of rare earth elements — Requirements for providing information on industrial waste and end-of-life products 표준이 발간되었으며, 후술할 ISO/TS 22451. Recycling of rare earth elements — Methods for the measurement of rare earth elements in industrial waste and end-of-life products, ISO/FDIS 22453. Exchange of information on rare earth elements in industrial wastes and end-of-life cycled products 및 ISO/AWI 24544. Rare earth — Neodymium iron boron (NdFeB) magnet scraps — Classification, general requirements and acceptance conditions 등의 재활용 관련 표준이 개발되고 있다.
  WG2에서는 표준화를 통해 체계를 구축하여, 희토류 관련 재활용 산업을 육성하는 데에 표준 개발 목적이 있다. 희토류 재활용 산업이 미진한 이유로, (1) 희토류 관련 물질 및 제품 재활용의 높은 기술적 난이도, (2) 재활용 대상 물질 및 제품의 희토류 함량 관련 정보가 제한되어 사업성 평가가 어려우며, (3) 재활용 대상 물질 및 제품의 수집, 정보교환 관련 정책이 없기 때문으로 분석된다. 이 중 기술적 문제는 표준의 영역이 아니며, 두 번째와 세 번째 영역은 표준화를 통한 기반 구축이 가능하기 때문에 해당 전략을 바탕으로 로드맵 수립 후 표준 제정에 힘쓰고 있다.
  WG3는 채광부터 시작되는 희토류 원소의 물질흐름 관련 추적, 희토류가 포함된 물질 및 제품의 포장과 이의 라벨링의 표준화를 다루고 있다. 2018년 호주에서 열린 세 번째 총회에서 설립되었다. `18년 설립 당시부터 `19년까지 캐나다에서 의장을 수임하였고, `19년부터 호주의 산업계 전문가로 의장이 변경되었다. ISO/FDIS 22927. Rare earth — Packaging and labelling 및 ISO/DIS 23644. Traceability of rare earths in the supply chain from mine to separated products 두 개의 표준이 `21년 발간 예정에 있으며, 중국, 호주 등 희토류 생산국가에서 주도하여 표준을 개발 중이다. 희토류 산업에 제한을 두기보다는, 최소한의 안전장치를 마련하는 차원의 표준 개발로 큰 이슈 없이 계획에 맞춰 표준안 개발이 진행되고 있다.
  WG4는 `19년 신설되었고 일본에서 의장을 맡았다. 희토류 측정법은 난이도가 높아서 세부적인 표준안 개발이 요구된다. 현재 측정법 관련 4개의 표준안이 개발되고 있으며, 설립 당시부터 일본의 톳토리 대학 Masui Toshiyuki 교수가 의장을 수임하여 운영되고 있다. 중국 및 일본에서 보유하고 있는 각 국가의 측정 표준 및 노하우를 바탕으로 한 표준화가 진행되고 있으며, 측정장비 보유여부, 산업 환경들을 고려한 표준안이 개발되고 있다.

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