Special 국가 전략소재 희토류 기술 개발 및 공급망 확보 동향(2)

 K-배터리 원료광물(Ni, Li, V)의 지질학적 부존 특성 및 자원 잠재성 평가

고상모_한국지질자원연구원 책임연구원

1. 핵심광물과 배터리 원료광물 

최근 들어 핵심광물(Critical Minerals)의 공급망이 불안정해 지면서 광물 수요국에서는 확보전략을 마련하는데 전력을 다하고 있다. EC(2023)에서는 경제적인 중요성과 공급 위험성이 높은 전략분야 개발에 필수적인 원소재 34종을 새롭게 핵심광물로 지정하였고17), 미국 DOE(2023)에서도 50종의 핵심광물을 지정하여 관리하고 있다. 이는 EU와 미국의 산업기반에서 전략분야 개발에 필수적인 원소재를 포괄적으로 포함한 것이다. 우리나라에서는 2023년 2월 산업통상자원부에서 핵심광물 33종을 선정하고 이 중 반도체, 이차전지 등 첨단산업 공급망 안정에 필요한 10대 전략 핵심광물을 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연, 희토류 5종(Ce, La, Nd, Dy, Tb)을 선정하여 집중 관리함으로써 2050년까지 국가의존도를 50% 이상 낮추는 목표를 설정하였다1).
  오늘날 탄소중립시대가 도래하면서 세계 에너지 시스템은 청정에너지로의 주요한 전환 중이다. 2050년까지 온실가스 배출량을 제로로 줄이려는 국가 및 기업의 노력은 광범위한 청정에너지 기술의 대규모 재배치를 요구하고 있다. 전 지구적 차원에서 진행되는 청정에너지로의 전환으로 ‘현정책 시나리오(STEPS: Stated Policies Scenario)’에서 핵심광물에 대한 수요가 2040년까지 두 배로 증가할 것이며, ‘지속가능개발 시나리오(SDS: Sustainable Development Scenario)’에서는 수요가 4배 증가할 것으로 전망하고 있다(그림 1). 또한 SDS에서 2040년까지의 주요 광물수요 전망에 의하면, 전기차(EV: Electric Vehicle) 및 배터리 관련 광물 수요가 약 30배 이상 증가, 전력망 확대로 구리 수요는 두 배 이상 증가, 저탄소 발전부문에서의 광물 수요가 3배 증가를 예상하고 있다(그림 1). 에너지 전환으로 운송용, 에너지저장장치(ESS: Energy Storage System) 부문 등에서 리튬이온배터리 시장이 급성장함에 따라 배터리 소재 광물자원인 리튬, 니켈, 코발트 시장도 높은 성장세가 지속될 전망이며, 세계은행은 2050년 에너지 저장과 관련된 배터리 소재 핵심광물인 리튬, 코발트 등의 수요가 2018년 대비 약 4.5~5배 증가할 것으로 예상하고 있다 2). 특히 리튬 이차전지 4대 소재(양극재, 음극재, 전해액, 분리막)는 2022년 70조 원의 시장규모에서 2030년 200조 원으로 급증할 것으로 전망한다26).

그림 1. 시나리오별 청정에너지부문 광물 수요 전망19).

  본고에서는 급성장하는 리튬이온배터리의 양극재물질인 리튬 및 니켈 자원과 바나듐 리독스 흐름 배터리의 원료인 바나듐 자원에 대해 지질학적 부존특성과 활용분야를 살펴보고 자원 잠재성을 광상의 매장량 및 품위에 기준하여 평가하고자 한다.

2. 니켈 자원(Ni Resources)

2.1. 광상유형 및 부존특성

세계 니켈 광상은 초염기성암에서 유래된 유화광상(sulfide deposit)과 초염기성암이 풍화되어 형성된 풍화토에 배태된 라테라이트형(laterite type)으로 구분한다. 부존량 규모로 본다면  유화광상이 약 60%, 라테라이형 광상이 약 40%를 차지한다14). 세계적으로 Ni-Cu(-PGE) 유화광상은 광상의 형성 환경에 따라 범람현무암형(flood basalt type: 30%), 기저배태형(basal type: 20%), 운석충돌형(meteorite impact type: 20%), 코마티아이트형(komatiite type: 18%), 층준규제형(stratabound type: 12%) 광상으로 분류한다18). 세계 니켈 광상은 유화형과 라테라이트형 광상의 두 유형에 따라 극명히 차별적인 분포를 보여주며, 유화형 광상은 호주, 미국, 캐나다, 남아공, 짐바브웨, 중국, 러시아 및 핀란드 등에 분포하며, 라테라이트형 광상은 열도 및 아열대 기후를 가지는 인도네시아, 필리핀, 호주, 뉴칼레도니아, 브라질 및 쿠바 등에 분포한다(그림 2). 유화형 광상은 호주에 가장 풍부하게 분포하고, 라테라이트형 광상은 인도네시아가 압도적인 분포를 보인다. 2022년 세계 매장량은 Ni 금속 기준 1억 톤 이상으로 호주 2,100만 톤(21.0%), 인도네시아 2,100만 톤(21.0%), 브라질 1,600만 톤(16.0%), 러시아 750만 톤(7.5%), 뉴칼레도니아 710만 톤(7.1%), 필리핀 480만 톤(4.8%)이며, 2022년 기준 생산량은 Ni 금속 기준으로 총 330만 톤으로서 인도네시아 160만 톤(48.5%), 필리핀 33만 톤(10.0%), 러시아 22만 톤(6.7%), 뉴칼레도니아 19만 톤(5.7%), 호주 16만 톤(4.8%) 및 캐나다 11만 톤(3.9%) 순이다27).

그림 2. 세계 유화형 및 라테라이트형 니켈 광상 분포18).

2.2 활용분야

니켈은 다양한 공업 용도로 사용되는 구조용 금속이다. 전성과 연성이 매우 우수하고 대부분 환경에서도 높은 내식성을 가질 뿐만 아니라, 고온 및 저온 강도 또한 우수하다. 따라서 화학산업이나 원전 등의 공업용 구조용강으로 니켈만한 소재를 찾기 어렵다. 합금의 형태로 화폐(동전 주조)를 만드는 데 쓰이고 있으며, 수소첨가 반응에서 촉매로의 사용, 비행기, 항공 우주선, 의료용 기구, 각종 전자 기기의 충전용 배터리 등 다양한 용도로 사용되어 왔다. 
  2020년 전 세계 니켈 소비량에서 스테인리스가 차지하는 비중은 약 70%인 반면 전기차 배터리는 10% 미만이었지만, 2030년에는 탄소배출량 감축 움직임이 본격화되면서 전기차 판매량수가 증가하여 스테인리스 비중이 약 55%로 감소하고 배터리 비중이 약 25%로 증가할 것으로 전망한다(그림 3).

-----이하 생략

<본 사이트에는 일부 내용이 생략되었습니다. 자세한 내용은 세라믹코리아 2023년 11월호를 참조바랍니다. 정기구독하시면 지난호보기에서 PDF를 다운로드 하실 수 있습니다.>