[생활속 과학이야기] 청정에너지 시대, 원료 확보 전쟁과 그 해법

정인철 한국지질자원연구원 선임연구원

탄소 배출을 줄이고 2050년까지 국가별 탄소 중립 목표를 달성하기 위한 전 세계 국가들의 노력으로 청정에너지 기술이 발전함에 따라 이에 필요한 원료 수요가 급속히 증가하고 있다.

일부 원료들은 이미 풍족하게 활용되고 있지만, 또 다른 일부의 원료들은 특정 자원 부국에 편중돼 있어 공급망이 위협받고 있는 상황이다. 이러한 위험은 국가별 매장량과 원료화 기술 유무에 따른 심각한 자원 불균형에 의해 초래되며, 에너지 소재 개발에 제한을 가져와 온실가스 배출을 줄일 수 있는 능력 또한 제한될 수 있는 상황이다. 따라서 이러한 원료 공급망을 확보할 수 있는 공급망 다변화와 공급 위험을 대비하기 위한 기술적 노력이 필수적으로 이뤄져야 한다.

즉, 미래 청정 에너지 기술의 확보를 위해 잠재적으로 어떤 원료들의 공급망이 중요해질 것인지 선제적으로 판단하고 이를 미리 대비해야 할 것이다. 전기차 모터와 풍력 터빈 발전기에서 자석에 사용되는 희토류 재료들은 중단기적으로 중요한 역할을 할 것으로 전망되고 있다. 수전해전지에서 사용되는 백금족 금속들은 탄소 중립 목표 달성을 위한 수소 기술에 대한 집중이 증가함에 따라 중요도가 커지고 있다. 갈륨은 발광 다이오드에서 사용될 뿐만 아니라, 자석 제조와 반도체 분야에서도 사용이 증가하고 있으며, 갈륨 아르세나이드(GaAs)나 갈륨 나이트라이드(GaN) 형태로도 활용되어 중요성이 증가할 것으로 전망된다.

알루미늄(Al), 구리(Cu), 실리콘(Si)과 같은 주요 재료들 역시 단기적인 부족 현상이 나타나고 있지는 않지만, 장기적으로는 전자·에너지 저장산업 분야가 급속히 성장함에 따라 중요 재료에 가까워질 수 있다고 전망되고 있다.

전기차 및 고정식 저장 장치용 배터리에 사용되는 전극 원료들은 현재 가장 중요한 핵심 원료로 간주되고 있다. 이 중 양극재의 가장 중요한 원료로 사용되고 있는 니켈은 지난 2023년 공급량과 소비량이 처음으로 300만 톤을 넘어섰다고 보고되었다. 현재까지는 공급량이 소비량을 충당하고 있으나 니켈 공급망은 소수 해외 국가와 기업들이 기술 및 정보를 독점하고 있는 폐쇄적인 구조이다. 따라서 최근 국가안보와 경제·산업적 측면에서 니켈 자원의 안정적 확보를 위한 대책이 강력히 요구되고 있다.

니켈 자원을 확보하기 위해 개발이 필요한 니켈 산화광은 선광 광미(tailings)·폐석의 처리, 토양 침식 및 환경 파괴, 지역사회와의 갈등 등 ESG 측면에서 많은 문제점에 직면하여, 향후 ESG 기준을 고려한 니켈 조달이 공급망 관리의 핵심이 될 것으로 전망된다.

국내의 경우 니켈 산화광의 선광 및 제련 관련 상용화된 기술은 거의 없는 상황으로 일부 실험실 규모의 과제를 통해 니켈 산화광의 처리를 위한 연구가 이뤄지고 있다.

한국지질자원연구원은 현재 니켈 산화광 대상 선광 및 제련 기술 개발 과제에 참여해 니켈 산화광의 선광 연구를 수행하고 있다. 산업통상자원부의 한국산업기술기획평가원에서 담당하는 소재부품 기술개발사업 패키지형 사업인 '탄소 발생 저감을 위한 수소 환원 기반 니켈 산화광으로부터 니켈 원료 제조 기술 개발' 연구과제를 통해 원료 확보 과정에서 필요한 에너지를 저감하고 온실가스를 감축할 수 있는 기술 개발이 진행 중이다.

해당 연구를 통해서 효율적으로 니켈 원료를 확보하고 해외 기술 의존도를 낮추어 배터리 핵심 양극재 원료인 니켈의 안정적인 공급망을 구축하는데 기여할 수 있기를 기대한다. 정인철 한국지질자원연구원 선임연구원