희토류

17개 원소를 지칭하는 '희토류'는 자동차와 정유 촉매제, 평면 디스플레이, 하이브리드 자동차와 전기자동차용 재충전이 가능한 배터리, 풍력발전소 터빈, 각종 의료 장비에 들어가는 영구 자석을 비롯해 새롭게 부상하는 다양한 기술에 없어서는 안될 소재로 사용되고 있다.

희토류라는 이름과 달리, 매장량은 비교적 풍부하다. 네오디뮴, 란타늄, 세륨을 비롯한 일부 희토류는 납이나 금보다도 매장량이 많다. 희토류가 희소한 것은 채굴과 처리 과정이 까다롭기 때문이다. 일반적으로 희토류는 다른 물질과 함께 매장되어 있기 때문에 희토류만을 별도로 채굴하는 데에 비용이 많이 들어가고, 채굴 후 처리하는 과정에도 상당한 비용이 많이 든다. 이런 이유로 전 세계 희토류 공급 대부분을 오직 한 국가, 즉 중국이 좌우하는 상황에 이른 것이다.

대부분의 희토류에 대한 수요가 증가하면서 제조업계는 중국에 크게 의존하게 되었다. 2012년 6월 미의회연구소는 에너지정책 전문가 마크 험프리(Marc Humphries)가 작성한 '희토류 : 전 세계 공급망(Rare Earth Elements : The Global Supply Chain)'라는 보고서를 통해, 2010년 연간 13만 6,000톤이던 전 세계 희토류 수요가 매년 증가해 2015년에는 연간 18만 5천 톤에 이를 것으로 전망했다. 이것은 화석 연료에 대한 의존도를 줄이기 위해 개발된 것을 비롯하여 희토류의 용도가 급속하게 늘어났기 때문이다.

미국 일리노이 주 시카고에 위치한 기술 금속 연구소(Technology Metals Research) 설립자이자 소장인 가렛 해치 박사는 이렇게 말했다. "25년~30년 전에는 희토류의 용도가 거의 없었습니다. 그러나 새로운 기술들이 도입되면서 수요가 늘어났습니다. 여기에는 기후 변화와 환경 문제에 대한 인식 확대에 대응하기 위해 개발된 기술도 있습니다." 해치 연구소장의 말에 따르면, 20여 년 전만 해도 "유러퓸과 테르븀은 주기율표 맨 아래쪽에 있어 별다른 주목을 받지 못하던 신기하고 기이한 화학 원소에 불과" 했다. 그러나 오늘날 이 두 원소는 TV 화면과 에너지 효율적인 조명 기구에 사용되고 있다.

최고 인기 상품

15년 전 미국은 전 세계 희토류 생산을 주도했다. 그러나 미국과 중국의 환경 규제는 근본적으로 달랐고, 결과적으로 중국으로부터의 가격 압력이 심화되면서 미국은 희토류 시장에 대한 지배권을 잃었다.

해치 연구소장은 "1980년대 말 이전에는 캘리포니아 주 마운틴 패스(Mountain Pass)가 전 세계 최대 희토류 생산지였습니다"라고 말했다." 그러나 자국 내에 매장된 희토류를 발견한 중국은 국가 차원의 산업 정책의 일환으로 장기적인 희토류 개발과 활용 계획을 세웠습니다. 중국이 낮은 비용으로도 희토류를 개발할 수 있었던 것은 두 가지 이유에서 가능했습니다. 첫 번째 이유는 매장량이 풍부했고, 두 번째는 오염 완화를 무시했다는 점입니다. 중국의 희토류는 대부분 내몽고의 바얀오보(Byan Obo) 광산에서 생산되는데, 이곳에서는 1차적으로 철광석을 생산하고 희토류는 부산물로 확보하고 있으므로 중국 입장에서는 다양한 자원을 동시에 채굴함으로써 비용적인 측면에서 이득을 볼 수 있었습니다."

해치 연구소장은 "중국은 최근까지도 환경 오염을 유발하는 희토류 생산 방식을 이용했습니다. 안타까운 사실이지만, 중국은 환경문제에 전혀 신경 쓰지 않았습니다. 따라서 환경오염 완화, 폐기물에 대한 정화 작업이나 적절한 통제 부분에 비용을 들일 필요가 없었습니다. 이렇게 자연스럽게 가격 경쟁력을 갖추게 된 것"이라고 말했다.
베이징에 위치한 중국희토사회(Chinese Society of Rare Earths) 학술부는 희토류와 관련된 과학 및 기술에 대해 중국 정부에 여러 가지 권고 의견을 제시하는 기관으로 정부로부터 재정을 지원받는다. 중국 희토류 학회 학술부장인 첸쟌헝 박사(Dr. Chen Zhanheng)는 중국은 단지 투자 수익을 누리고 있을 뿐이라고 말했다.

첸 박사는 "중국 정부는 희토류 발굴, 개발, 분리, 제련에 주목했습니다. 기초 연구에서부터 현재 사용되고 있는 용도에 이르기까지 희토류에 대해 막대한 자금을 지원했습니다. 풍부한 매장량과 낮은 운용 비용은 중국의 희토류 광산 사업이 해외 경쟁에서 이길 수 있었던 원동력"이라고 말했다.
첸 박사는 중국이 저비용 전략을 고수한 적이 없음을 강조하고 있다. "저렴한 생산비는 값싼 인건비와 환경보호에 투자하지 않았기 때문에 가능했습니다. 분명 이런 상황이 지속될 수는 없습니다. 중국의 희토류 생산비 역시 2011년 10월 새로운 오염 배출 기준이 등장한 이후부터는 계속 증가하고 있는 실정입니다."

독점 공급자

현재 중국은 전 세계 희토류 생산의 98%를 장악하고 있다. 2012년 4월 매사추세츠 공과대학에서 발간한『환경, 과학, 기술』전문지에 실린 '희토류 가용성 평가 : 청정기술 분야에서의 막대한 수요 증가 사례 연구'에 따르면, 중국의 시장 점유율이 상당히 낮아진다고 해도 전 세계 제조업체에 미치는 악영향은 줄어들지 않을 것이다. 보고서 작성자 중 한 사람이자 매사추세츠 공과대학 선임연구원인 프랭크 필드 박사(Dr. Frank Field)는 "이것은 희소성의 문제가 아니라 위험 상태의 문제입니다. 독점 공급은 잘못된 것입니다. 희토류가 고갈되지는 않겠지만, 독점 상태에서는 무슨 일이 벌어질지 모르는 일"이라고 말했다.

해치 연구소장도 여기에 동의한다. "2010년 9월 중국이 몇 주에 걸쳐 일본에 대한 희토류 공급을 줄였다는 말이 있었습니다. 당시 희토류는 순식간에 지정학적 무기로 돌변했습니다. 중국이 수출 쿼터를 적용하고 규제를 도입한다고 발표하자 기초 원자재 가격이 급등했습니다. 무려 3,000%나 뛰었습니다. 최종 사용자들과 대형 OEM 업체들에게는 위협적인 일이었습니다. 공급이 중단되어 원료 확보에 차질을 빚을 가능성은 낮을지도 모르지만 그 결과는 엄청날 것입니다."

캐나다 북서지역에 위치한 Avalon Rare Metals는 미개발 희토류 매장량을 전 세계에서 가장 많이 확보하고 있는 회사이다. 이 회사의 대표이자 CEO인 돈 부바(Don Bubar)는 중국이 희토류를 지배하는 상황에 대한 업계의 우려는 충분히 이해할 수 있는 부분이라고 생각하고 있다.
부바 회장은 "중국은 희토류 매장량을 틀어쥐고 희토류 처리산업에 대한 지배권을 강화하고 있습니다. 희토류 산업에 뛰어드는 회사 수를 줄이는 동시에, 생산에 필요한 요건은 최소한으로만 갖춰 놓았습니다. 초기에는 수출세 부과, 수출품목 부가가치세 환급 제외, 수출 쿼터 적용, 보다 엄격한 환경 기준 적용과 노력도 있었습니다. 2010년에 비해 수출을 제한하고 가격을 통제할 수 있는 중국의 유리한 위치가 더 공고해졌습니다. 중국 역외 소비자들이라면 이 사실을 반드시 인지해야 할 것"이라고 말했다.

“ 중국이 전 세계 희토류 수요를 맞춰줄 수 없는 날이 올 것입니다. 따라서 다른 국가들도 희토류 공급시스템을 다각화할 필요가 있습니다.”

Dr. Chen Zhanheng
Director of the Academic Department of the Chinese Society of Rare Earths, Beijing

원자재를 독점 공급하는 지위는 중국만이 누리는 것이 아니다. 예를 들어 러시아의 경우, 전 세계 티타늄 공급의 대부분을 장악하고 있다. 그러나 지금까지 러시아의 티타늄 독점에 대한 우려는 그다지 많지 않았다.
해치 연구소장의 말이다. "물론 우려하는 사람들도 있습니다. 대부분 정책 결정자들인데, 몇몇 정부들과 시장에 정통한 일부 업계 관계자들도 있습니다. 희토류의 경우에도 그랬지만, 만일 티타늄 가격이 치솟아 티타늄 공급망이 막히게 된다면 이것 또한 희토류만큼 경계해야 문제가 발생했을 것입니다. 그러나 조달업체에 전화를 걸어 6주 뒤 물건이 도착하도록 주문을 넣을 수 있는 한, 티타늄 독점 공급에 대해 문제 삼는 사람은 없을 것입니다."

첸 박사는 중국이 조치들은 합리적이고 또 책임을 다하고 있는 것이라고 주장한다. 첸 박사는 중국 정부가 생산을 완전히 통제해 오염과 생태 피해를 줄임으로써 환경 보호에 기여했을 뿐만 아니라, 생산량이 줄어들 것을 알면서도 불법 광산을 폐쇄했다고 말했다. "중국이 희토류 생산을 완전히 통제하게 되었으므로 일본 및 다른 선진국이 희토류 공급에 대해 우려하는 것도 당연합니다. 그러나 이들 국가들도 불법 희토류 채굴과 밀수를 통해 자국의 희토류 확보를 지원하고 있습니다. 완전한 생산 통제와 수출 쿼터 적용 효과가 무색해지는 것입니다."

유럽우주기구에서 공학자로 일했던 팀 하퍼(Tim Harper)는 영국에서 활동하는 사이언티피카(Cientifica)의 설립자로, 새로 부상하는 기술에 대해 세계경제포럼에서 자문 역할을 하고 있다. 팀 하퍼는 서구 세계가 적절한 희토류 공급 계획을 세우지 못한 것이 오늘날 중국이 희토류 공급에 대한 지배적인 위치를 차지하게 된 원인이라고 지적한다.
팀 하퍼는 "희토류 시장에서의 경쟁은 공정하지 않습니다. 그러므로 상업적 전략 및 정치적 전략이라는 측면이 고려되는 것" 이라고 말했다." 순전히 상업적인 차원에서 보면 지금과 마찬가지로 계속 중국에서 희토류를 수입하면 됩니다. 그러나 정책적 관점에서 보면 서구 세계의 정치인들은 무슨 일이 벌어질 때까지 기다리는 습관이 있습니다. 그러다가 난데없이 신기술을 뽑아내려 하지요. 그러니까 실패하는 것입니다. 여러 가지 문제를 해결할 기술들이 존재하는 것은 사실이지만 개발에는 시간이 걸리게 마련이니까요."

새로운 생산지 물색

희토류는 세계 각지에 매장되어 있기 때문에 중국의 독점을 우려하는 국가들은 제조업체들의 우려를 덜어주기 위해 대체 공급원 개발에 나서고 있다. 미의회연구소 보고서는 캐나다의 아발론 레어 메탈스, 그레이트 웨스턴 미네랄 그룹, 미국의 몰리코프 같은 기업들이 장기적으로 보았을 때 란타늄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 사마륨 같은 희토류를 공급할 수 있는 잠재력이 있다는 데에 주목했다. 2013년 라이너스 코퍼레이션(Lynas Corporation)의 오스트레일리아 마운트 웰드 광산이 채굴을 시작했다. 새로 개발된 광산이 생산 능력을 최대로 끌어올리려면 10년은 걸리겠지만, 미의회연구소보고서는 "장기적으로 보아 전 세계 매장량과 아직 발견되지 않은 자원은 수요를 충족시킬 만큼 풍부하다"는 의견을 보이고 있다.

몰리코프와 라이너스는 가장 많은 수요가 몰리는 네오디뮴 같은 경희토류 원소에 대한 공급 우려를 해소해줄 잠재력을 가지고 있지만, 디스프로슘 같은 중희토류 원소 개발 프로젝트는 중국과의 경쟁이 불가피하다. 부바 회장은 "궁극적으로는 완전한 공급망을 개발하기 위해 학계와 업계의 추가 연구가 필요하다"고 말했다." 각국 정부의 공공정책 결정자들이 협력해 희토류 생산 및 소비 문제를 논의하고 업계가 중국 역외 지역에 완전한 희토류 공급망을 구축할 수 있도록 조율된 전략을 개발할 필요가 있습니다."

가장 큰 문제는 자금 조달이다. 바버 회장은 이렇게 덧붙였다. "전 세계에는 소규모 또는 신생 광산업체가 운영하는 희토류 광산이 많이 있습니다. 매장량도 풍부합니다. 기본적으로 희토류 광산업은 '고위험 고수익' 활동입니다. 따라서 대형 광산업체는 보다 확실한 자원인 구리 광산이나 철 광산에 더 많은 관심을 보입니다. 그래서 소규모 업체들이 희토류 광산에 모여 다투는 것입니다. 희토류는 독특합니다. 매장지마다 대표하는 광물이 있습니다. 페루에 있든 네바다에 있든 비슷한 채굴 방법을 이용하는 금 광산이나 구리 광산과는 다릅니다. 각 광산에 맞는 특별한 채굴 기법을 개발해야 합니다. 그것만 해도 몇 년은 걸립니다. 일년에 중희토류 5,000톤을 생산할 수 있는 광산에 10억 달러가 투자되어야 실제 희토류 생산으로 이어질 수 있습니다. 실로 어마어마한 돈입니다."
첸 박사는 값을 올리든 아니든 중국이 전 세계 희토류 수요를 영원히 맞춰줄 수는 없다고 지적한다. "중국이 전 세계 희토류 수요를 맞춰 줄 수 없는 날이 올 것입니다. 따라서 다른 국가들도 희토류 공급 시스템을 다각화할 필요가 있습니다. 그것이 공급 부족 문제를 해소하고, 세계화된 경제와 정치 상황에 따라 안정적으로 희토류를 공급할 수 있는 길입니다."

대체재 발굴

공급자들이 새로운 광산을 개발하기 위해 열을 올리는 사이 일부 최종 사용자들은 가격 변동과 공급 불안을 우려해 대체재 개발에 나섰다. 예를 들면, 포드 자동차는 신형 하이브리드 자동차인 Fusion과 C-MAX 모델에 리튬-이온 배터리를 채택해 디스프로슘 사용을 절반으로 줄였다. 덕분에 초창기 니켈-수소 전지에 사용되던 네오디뮴 수요도 사라졌다.

그러나 포드 자동차의 성공을 다른 산업이나 다른 용도의 경우로 확대 해석하기에는 아직 이르다. 부바 회장은 "희토류 의존도가 낮은 자석 개발처럼 소재 과학 분야에서 상당한 진전이 이뤄지고 있다."고 말했다." 그러나 이런 진전은 대부분 여전히 실험실을 벗어나지 못하고 있거나 시험 단계일 뿐, 아직 생산 단계에 이른 것은 아닙니다."

전 세계적으로 진행되고 있는 수많은 프로그램과 또 워킹그룹 프로젝트를 통해 대체재와 재활용 방법에 대한 연구를 계속하고 있다. 미국의 경우, 중요 소재 연구소(Critical Materials Institute)에서는 아메스 연구소(Ames Lab)가 주도하는 종합적인 노력을 통해 희토류 처리, 제조, 대체, 효율적 사용 및 재활용에 관한 연구를 진행하고 있다. 또한 캐나다의 희토류 연구 네트워크에서는 희토류 연구 중복을 최소화하고 희토류 회수와 관련된 혁신 극대화 방법을 찾고 있다. 2011년 대한민국의 한국생산기술연구원의 제안으로 처음 회의를 개최한 이 국제 단체는 전 세계 주요 연구 기관들 사이의 협력 체제 구축에 1차 목적을 두고 있다.

대체재를 찾으려는 노력을 이해하면서도 해치 연구소장은 경고성 말을 남겼다. "과거에 그랬던 것처럼, 만일 영구자석의 이점은 없지만 가격을 내릴 수 있는 설계로 전환하거나, 또는 네오디뮴이나 디스프로슘의 새로운 공급원을 찾아낸다 하더라도 설계가 달라지기 때문에 별다른 이점은 없게 됩니다." 그러나 팀 하퍼는 기술이 발전되면 대체재를 찾는 속도 또한 빨라질 것이고 기존보다 저렴한 가격으로 생산이 가능해질 것이라고 주장한다. "컴퓨터 시뮬레이션 기술이 화학실험실에서 시험관을 사라지게 만들었습니다. 제품을 만들기 전에 컴퓨터로 실험하고 시뮬레이션 해서 우리가 만들 제품의 움직임을 미리 파악할 수 있습니다. 그러므로 가장 적합한 대체재를 합성해내는 일에만 관심을 기울이면 됩니다. 새로운 소재를 찾고자 하는 노력을 통해 생산력이 크게 늘어날 것입니다." ◆