1. 탄소중립과 에너지전환에 필수적인 광물, 핵심광물  

2021년 11월 영국 글래스고에서 열린 26차 유엔기후변화협약 당사국총회 이후 탄소중립으로의 모멘텀은 더욱더 확고해졌다. 탄소기반 에너지원으로부터 재생에너지, 친환경차량, 수소 등 친환경 에너지원으로의 전환에는 반드시 원료물질, 특히 원료 광물들을 확보해야만 한다. 유전 중심의 에너지 원료 패러다임이 이제는 광물자원으로 옮겨가고 있다.

 - 광물과 핵심광물, 무엇이 다른가?

광물이라고 하면 어떤 이미지가 떠오르는가? 누군가는 수정과 같은 결정체를, 누군가는 보석을, 누군가는 금속이 포함된 돌덩이를 떠올릴 수도 있다. 사실 광물을 누구나가 공감하는 하나의 이미지로 정의하는 것은 굉장히 어려운 일이다. 광물자원이라 함은 석유/가스/석탄과 같은 에너지자원과는 달리 자연적으로 형성되는 무수히 많은 무기물의 집합이라고 볼 수 있으며, 주기율표에서 탄소와 몇몇 기체를 제외한 거의 모든 물질이라고 해도 무방하다. 이 무수한 광물자원이 제각각 다르게 존재하고 다른 방식으로 회수가 되고 용도도 다양하여 광물자원이라는 이름으로 이 모든 것을 다 아우르기는 사실상 불가능하다. 그렇기에 각국 정부는 핵심광물(Critical Minerals)을 정의하여 1) 산업에 필수적이나 단시일 내 대체제를 찾기 어렵고, 2) 자원이 편재되어 있어 공급 리스크가 존재하는 광물들을 집중해서 확보하는 전략을 세우고 있다.

- 에너지전환에 필수적인 배터리 광물

세계 각국에서는 산업의 수요와 공급망 리스크를 고려하여 핵심광물 리스트를 작성하고 특별 관리를 주문하고 있다. 국내 연구기관에서는 탄소중립과 에너지전환을 위한 산업 및 기술에 필요한 핵심광물로 배터리 광물과 희토류(Rare Earth Elements, REE), 그리고 백금족(Platinum Group Metals, PGMs)을 지정하였다. 배터리 광물은 리튬(Li), 구리(Cu), 니켈(Ni), 코발트(Co), 흑연(Graphite)과 같이 배터리의 양극재와 음극재로 사용되는 광물을 의미한다. 희토류는 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)과 란탄족에 속하는 원소들을 의미하며 풍력발전기의 네오디뮴(Nd) 자석과 고성능 센서, 의료기기가 그 수요를 이끌고 있다. 백금족은 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 루페늄(Ru), 이리듐(Ir), 오스뮴(Os) 6가지 금속을 의미하며 화공분야의 촉매나 전극으로 사용되고 특히 수소경제를 이끌 중요한 촉매로서 수요가 증가할 것으로 예상된다.

2. 예견된 핵심광물의 공급망 위기

 - 원자재 공급망의 가장 첫 번째 사슬고리, 업스트림과 광업

우리의 일상 필수품이 되어버린 스마트폰에는 118개 주기율표 상 광물 중 무려 75개가 원료광물로 사용되고 있어 매우 다양하고 복잡한 공급망(supply chain)을 형성하고 있다. 각 원료의 공급망의 체인들을 거슬러 올라가다 보면 가장 위에는 각 광물을 생산하는 광산이 존재하기 마련이다. 우리는 이 공급망의 가장 윗부분인 광물생산과 기초적인 가공 산업을 공급망의 상류 혹은 업스트림(upstream)이라고 한다. 한국은 글로벌 공급망에서 업스트림보다는 다운스트림(downstream) 분야에 산업 역량이 집중되어 있다. 다운스트림 산업 입장에서는 원료물질을 공급하는 업스트림 리스크에 굉장히 민감하게 반응할 수밖에 없다.

 - 광물자원 공급망 리스크의 5가지 요인

현재 글로벌 공급망에서 광물자원 공급 위기가 점차 수면 위로 드러나고 있다. 공급위기의 전조는 판데믹 이후 급격한 가격상승에서부터 나타나고 있는데 2019년에 비해 2022년 현재 리튬 가격은 약 6배, 구리는 1.8배, 니켈은 3배, 코발트 3배 급등하였고 이에 따라 관련 산업의 부담은 점차 가중되어가고 있다. 더 큰 문제는 가격만 상승한다고 끝나는 것이 아니라는 것이다. 앞으로는 광물의 공급 부족이 현실화 될 것으로 전망된다. 에너지전환에 있어 공급망 업스트림에서의 위기는 크게 다섯가지 원인에 따른다.

1. 광물자원의 편재로 인한 각국의 자원 무기화 및 정부 개입 증가

2. 업스트림에서의 공급 확장이 다운스트림의 수요 확장 속도보다 늦어 현재 추세라면 2030년 전에 공급부족 현상 발생, 광물자원의 탐사에서 생산까지는 보통 10년정도 소요되기 때문

3. 원광의 품위 감소 및 채광 환경의 난이도 상승으로 인한 광석 처리비용 및 탄소배출 증가

4. 광업에 대한 ESG(Environmental, Social, and Governance) 규제 및 저탄소 광업을 위한 제련 비용 증가

5. 기후변화와 물 부족으로 인한 광산 조업환경 악화, 특히 구리, 리튬 광업의 물부족 리스크가 제일 높음

 - 배터리는 Clean하지만 광산은 Dirty하다 – 탄소중립의 딜레마

사실 풍력, 태양광, 전기차 등은 “사용자” 입장에서는 매우 깨끗하고 청정한 자원에는 틀림없다. 하지만 그것을 만들기 위한 원료광물의 채굴 및 가공 과정에서는 상당한 양의 오염물질이 발생한다. 광산 개발은 땅과 산을 채굴하여 주변 생태계에 영향을 미칠 뿐만 아니라 광석 가공에는 산과 유독 화학물질이 많이 사용될 수밖에 없어 주변 하천과 지하수를 오염시키기 쉽다. 광석의 개발은 탄소도 많이 배출한다. 광석리튬을 채굴하여 수산화 리튬으로 가공할 때 수산화리튬 1톤당 무려 15톤의 이산화탄소를 배출[1]하며(시멘트 0.8톤[2], 철강 1.9톤[3] 발생과 비교, 유연탄 사용 기준) 2030년 약 50만톤 이상 생산을 예상 시 소규모 국가 전체 배출량과 맞먹는 양의 탄소를 배출하게 된다. 다만 이러한 광물이 생산되는 곳은 주로 개도국과 중국에 국한되기 때문에 우리가 그 실상을 잘 모르고 외면하고 있는 것뿐이다 탄소중립의 딜레마[4]는 전세계적인 환경규제와 탄소중립 이행에 따라 핵심광물의 수요는 늘어나지만 이로 인해 개도국의 광산개발 또한 같은 규제에 제한을 받게 된다는 점이다. 탄소중립의 이행이 전과정(life cycle) 중심 관리체계로 변화하고 있는 만큼 공급망 업스트림에서의 광물 채굴을 포함한 LCA가 사이트 중심의 탄소중립보다 훨씬 중요해질 것으로 보인다. 향후 LCA가 점차 확대된다면 우리가 사용하는 제품에 embedded carbon emission(내재적 배출)이나 embedded water & land usage(내재적 수자원 & 토지사용)과 같은 개념을 통해 이러한 업스트림단에서의 환경 책임을 소비자단까지 닿도록 한다면 사람들은 이러한 문제에 더 관심을 가지게 될 것이다. BHP나 Rio Tinto와 같은 광업 메이저들은 현재 이러한 변화에서 살아남기 위해 수백, 수천억을 투자하여 지속가능한 채굴을 위한 R&D 및 기술개발을 하고 있으며 토지 이용에 따른 LULUCF 문제 해결을 위한 REDD+와 같은 프로그램을 함께 진행하고 있다.

3. 공급망 위기는 아직 도래하지 않았다 – 소프트랜딩을 준비하라

- 원자재 공급망을 대비하는 미국의 자세

2021년 2월, 미국 바이든 행정부는 행정명령 14017을 공표하며 자국 내 공급망에 대한 분석을 명령하였고, 올해 2월에는 내각 7개 부처가 행정명령에 기반한 각종 공급망 안정화 전략을 제시한 보고서[5]를 발간하였다. 특히, 미국 국방부(DOD)와 에너지부(DOE)는 자국 내 산업과 국방 전력을 위한 핵심광물의 안정적인 확보에 대해 중점적으로 다룬 바 있다. 보고서에서는 국내외 핵심광물의 확보, 전략적 비축, 적극적인 연구개발 및 인력양성 지원, 공급망 동맹을 통한 안정적 원료 확보 등을 당면 과제로 내세우고 있다.

향후 탄소중립에 필요한 배터리 광물의 경우 [원료광물 채굴 → 원료 정제 및 가공 → 소재화 → 셀 생산 및 조립 → 패키징 → 재활용] 이라는 공급망을 따르고 있다. 하지만 미국의 경우 공급망의 업스트림이 가장 취약한 분야라고 평가하였는데, 특히 원료광물 채굴이 “취약”으로, 원료의 정제 및 가공은 “매우 취약”으로 보고 있다. 원료광물의 경우 자원의 편재로 인해, 원료의 정제 및 가공은 중국의 독점에 인해 취약하다고 판단하였다. 배터리 제조에 필수적인 광물인 코발트의 경우, 전세계 코발트 광석 생산의 70% 이상은 콩고에서 나오는데 콩고의 코발트 광산 19개중 15개[6], 전체 광산의 50%의 지분을 중국이 소유[7]하고 있을 뿐만 아니라, 배터리의 원료가 되는 황산코발트는 72%가 중국에서 생산된다. 리튬의 경우 원광의 39%는 호주에서, 21%는 칠레에서 채굴되나 배터리 원료인 탄산리튬 및 수산화리튬으로의 가공은 중국이 61%를 차지한다. 이렇듯 공급망의 미드스트림이 중국에 집중된 이유는 가공 과정에서 상당한 양의 환경오염과 탄소배출을 동반하기 때문에 규제가 심한 선진국에서는 생산 경쟁력을 확보할 수 없기 때문이다. 결과적으로 배출 규제 외 지역에서의 탄소 누출(carbon leakage)이 일어나고 있는 것으로 향후 중국이 이러한 오염에 대한 비용을 지불하기 시작한다면 생산 경쟁력을 유지할 수 없게 될 것이며 중국에 과도하게 의존하고 있는 지금의 원자재 공급망의 판도 또한 뒤바뀌게 될 것이다.

그림. 에너지전환을 위한 핵심광물의 밸류체인(자료: IEA, Anglo America, Global reports)

 - 지난 공급망 위기로부터의 교훈 – 핵심광물의 공급망

최근 한국은 요소수 사태를 겪으며 공급망의 다각화를 하지 못한 것에 대한 대가를 값비싸게 치렀다. 요소수 대란의 원인은 중국의 석탄 부족에 따른 요소생산 감소와 중국의 수출제한 조치 때문이었다. 만약 같은 공급망 위기가 핵심광물에 벌어지는 상황이라면 요소수만큼의 파급력이 있게 될까? 요소수와 달리 핵심광물은 대체 수입처가 없고 공급부족이 장기화되었을 경우 국내생산이 가능하지 않아 공급망 리스크가 더 클 수밖에 없다. 또한 배터리, 전자, 국방산업 등 핵심광물이 필수적인 산업은 한국 경제에 큰 비중을 차지한다. 즉, 원료광물 대란이 일단 발생하면 막대한 피해가 예상되는데 비해 솔루션 이라고는 외교적 대응이 전부일 수도 있다. 그렇기에 국내 산업 수요에 따른 리스크를 분석하고 대비해야 공급망 위기에서 피해를 최소화할 수 있을 것이다. 한국의 산업은 미국과 중국 양국에 밀접한 공급망 구조를 형성하고 있어 핵심광물과 반도체, 배터리에 대한 미국의 파격적 행보는 상당히 주목해야 할 부분이다. 석유나 가스와는 달리 광물은 그 종류마다 생산하는 국가가 다르므로, 어느 한 국가가 공급망의 업스트림에 대한 독점적 지위권을 행사하는 것은 거의 불가능하다. 각 국가와의 밀접한 공조를 통한 공급망 협력 방안, 그것이 바로 최근 글로벌 리포트에서 이야기되고 있는 얼라이쇼어링(Ally-shoring)이다. 

4. 공급망을 협력하다, Ally-shoring

- 얼라이쇼어링(Ally-shoring)이란?

1990년부터 전 세계는 유례없는 급격한 세계화를 맞이하며 자국 내 공급망의 일부를 비용이 싼 해외로 이전하는 오프쇼어링(off-shoring)정책이 주를 이루었다. 하지만 자국민 일자리 확보, 해외 생산 및 공급망에 대한 리스크 감축, 첨단기술 보호 등을 이유로 최근 각국은 해외로 이전한 기업이 다시 본국으로 회귀하는 리쇼어링(reshoring) 정책과 자국내 생산시설을 구축하는 온쇼어링(onshoring)에 힘을 싣고 있다. 한국도 21년 6월 유턴법 개정 시행으로 공급망 핵심품목에 대해 조세감면, 보조금, 입지 등을 지원하고 있다[8]. 이는 공급망 변동성에 대한 리스크에 덜 의존하기 위한 방향이지만 지난 수십년간 고도의 경쟁력을 확보하고 유지해 온 전체 공급망을 재편하기는 쉽지 않다. 여기에서 주변국가들로부터 아웃소싱하는 니어쇼어링(near-shoring)이나 글로벌 파트너들과 공급망을 협력하는 얼라이쇼어링(ally-shoring)의 개념이 등장한다. 특히, 얼라이쇼어링은 2010년대 후반 새롭게 등장한 정책 신조어로 자원편재가 극심한 핵심광물과 연계되어 최근 많이 사용되고 있다.  

얼라이쇼어링은 국가 간 경쟁력 있는 분야들을 바탕으로 공급망을 협력하고 강화하는 일련의 정책 및 협정이라고 볼 수 있다. TPP(환태평양경제동반자협정), USMCA(미국-멕시코-캐나다 협정), RECP(역내포괄적경제동반자협정) 등 기존에 제시된 대규모 경제공동체 개념에서 역내 국가로부터 생산된 원재료 및 중간재의 사용 시 혜택을 부여하는 ‘누적원산지 기준’과 비슷하다고 볼 수 있으나 이를 넘어 탄소중립 대응의 측면에서 공급망, 청정에너지, 인프라 등 실물경제를 아우르는 협력관계를 구축하는 것으로 확장해 나가야 한다. 예를 들면 최근 진행된 CEPA(한-인도네시아 간 포괄적경제동반자협정)에서는 인도네시아의 니켈 등 핵심광물 확보와 국내 전기차 및 충전인프라 산업 진출을 통한 동반적 상호 협력 강화에 대한 논의가 진행중에 있으며[9] 이는 얼라이쇼어링의 좋은 모델이 될 것으로 보고 있다. 다만, 기존의 경제공동체나 FTA와는 다른 점은 단순히 상호간 경제적인 이익 뿐만 아니라 공급망 안보라는 측면 또한 중요한 고려요소로 작용할 것이라는 것이며, 이에 따라 공급망 질서의 개편 시 대내외적으로 치열한 정치적 수싸움이 벌어질 수 밖에 없을 것이다.

 -  맺음말

우리나라는 자국 내에서 에너지전환에 필요한 핵심광물을 거의 생산하지 않고 있다. 그리고 다른 국가들 또한 사실상 업스트림 산업 부문은 자국내에서 100% 해결하기 어렵기 때문에 자원 부국들은 자원을 무기화처럼 사용할 것으로 보인다. 자원의 무기화 가능성을 나타내는 지표인 자원민족주의 지표(Resource Nationalism Index, RNI)는 2021년에 34개 국가가 급등하였는데 주로 광물자원이 풍부한 남미 국가들에서 두드러졌고 향후 이들 국가들의 자원민족주의는 점차 심화될 것으로 보인다. 즉, 핵심광물 공급망의 탄력회복성을 위해서는 단순히 시장 당사자들간 ‘계약’을 넘어 국가간 인적, 물적, 기술, 탄소 교류를 동반한 ‘신뢰’ 기반의 공급망 협력인 얼라이쇼어링과 같은 접근이 필요하다는 뜻이다. 또한, 공급망 전반에서의 LCA나 Scope 3 배출, embedded carbon emission에 대한 중요성이 점차 확대됨에 따라 결국 미래에는 공급망 공동체가 동시에 탄소 공동체가 될 것으로 본다. 공급망의 협력을 이야기 할 때 광물자원 개발과정에서의 환경 문제를 공급망의 모든 구성원들과 함께 공유하고 풀어나갈 수 있는지 모색해야 할 것이다.

아직 전세계적인 공급망 위기는 도래하지 않았다. 어쩌면 공급 부족과 국가간 이해관계의 충돌로 인해 에너지전환이 우리가 예상한 것만큼 빠르게 진행되지 않을 수 있다. 그동안 오랜 원자재 사이클의 저점에서 축적된 예비 물량이 현재까지는 수요-공급의 간극을 메꾸어 주고 있지만 앞으로 그 상황이 오래가지 않을 것은 자명하다. 우리가 탄소중립을 위해 설정한 여러 목표 달성을 위해 우리는 잠시 뒤돌아 공급망의 최상부에서 무슨 일이 벌어지고 있는지 확인해 볼 필요가 있다.

※ 박준혁 박사는 현재 한국지질자원연구원 광물자원본부 자원탐사개발연구센터에서 선임연구원으로 근무하고 있으며 미국 애리조나대학교에서 광산공학을 전공하였습니다. 현재 광물자원 개발, 스마트 마이닝, 핵심광물 개발전략 수립 등 다양한 연구를 수행하고 있습니다 (문의: junhpark@kigam.re.kr).

---------------------------------------------------------------------------------------

[1] Grant et al. (2020), ‘The CO2 impact of the 2020s’ battery quality lithium hydroxide supply chain’

[2] https://newsroom.posco.com/kr/%ED%8F%AC%EC%8A%A4%EC%BD%94-%EC%8C%8D%EC%9A%A9ce-%ED%83%84%EC%86%8C%EB%B0%B0%EC%B6%9C%EC%A0%80%EA%B0%90-%EB%A7%9E%EC%86%90/

[3] POSCO (2017), https://www.posco.co.kr/homepage/docs/kor5/dn/sustain/pdfs/08_2017_posco_report_Reduction_of_greenhouse_gases.pdf

[4] Rocky Mountain Institute (2018), ‘Decarbonization pathways for mines.’

[5] https://www.wiley.law/alert-Cabinet-Agencies-Publish-US-Critical-Supply-Chain-Reports

[6] https://www.nytimes.com/2022/02/28/world/congo-cobalt-mining-china.html#:~:text=As%20of%202020%2C%20Chinese%2Dbacked,fail%20to%20benefit%20the%20Congolese.

[7] The Africa Report (2021), https://www.theafricareport.com/113838/samsung-apple-bmw-those-benefitting-from-drcs-cobalt-and-coltan-reserves/

[8] 해외진출 기업의 국내복귀 지원에 관한 법률, 2021.06.23 시행, 법제처

[9] 산업부 보도자료, 2022.02.22. https://www.korea.kr/news/pressReleaseView.do?newsId=156496567