[산업공부] 배터리 원자재 확보가 필요하다 2: 리튬

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배터리 원자재 확보가 필요하다 1: 전기자동차와 배터리 시장 규모 전망, 그리고 원자재

이전 포스팅에서 언급했듯이 현재 확인된 글로벌 리튬 매장량은 2200만톤이다.

EV 생산의 공격적인 시나리오의 경우 예상되는 리튬 필요량은 280만톤이다.

단순 숫자상으로 필요한 리튬량은 매장량 대비 약 12.7%이고,

석유와 마찬가지로 기술이 발전할 수록 발견되는 매장량은 더 늘어날 가능성이 있기 때문에

리튬의 절대 양 자체는 충분하다고 할 수 있다.

문제는 매장량은 실제로 사용할 수 있는 양이 아니라는 것이다.

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지구 상에 존재하는 광물의 양에 관한 용어로는 크게 부존량, 자원량, 매장량, 가채매장량 네 가지가 있다.

각각의 의미는 다음과 같다.

• 부존량: 지각 안에 존재하는 양

• 자원량: 경제적으로 생산 가능한지 확인되지 않은 양

• 매장량: 경제적으로 생산 가능한 양

• 가채매장량: 광산에서 채광하여 가공할 수 있는 양

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부존량은 원래 땅 속에 있다는 의미이고, 이 부존량 중 상업성 확보가 가능한 양을 매장량, 확보를 확인할 수 없는 양을 자원량이라고 한다. 즉, 채광할 수 있는 양의 모수가 매장량이다.

상업성이 확보되었다고 매장량을 모두 사용할 수 있는 것은 아니다. 기술성과 경제성을 고려하여 실제 채광을 하여 처리 시설로 확보가 가낭한 양만 사용할 수 있으며 이를 가채매장량이라고 한다.​

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가채매장량은 일종의 예타 개념이라고 생각하면 되고, 매장량 중 가채매장량으로 전환 가능한 비율을 전환요인이라고 한다. 이는 기술력, 경제성, 환경 요인 등에 굉장히 많은 변수로 이뤄져 있다. 일반적으로 가장 핵심되는 요인들은 '채굴기술, '염호의 농도(경제성)', '조업연수' 다.

전환요인은 상황에 따라 변할 수 있는 것이고 기업이 제공하지 않으면 추정하기 어렵다. 다행스럽게도, 글로벌 기업들은 매장량와 가채매장량을 구분해서 제공하는 경우가 많다. (확인 필요)

그렇다면 리튬은 어떻게 매장되어 있을까?

약 13%의 리튬은 광석의 형태로 경암 혹은 약 87%의 리튬이 수용액의 형태로 염호에 매장되어 있다.

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경암에서는 스포듀민 정광이 생산되며 수산화리튬과 탄산리튬으로 가공되어진다.

염호에서는 물을 충분히 증발시켜 탄산리튬으로 생산되고, 수산화리튬으로 가공되어진다.​

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탄산리튬과 수산화리튬은 구성 물질이 다르기 때문에 당연히 물리적/화학적 성질에서 차이가 난다.

두 화합물의 끓는점이 다르기 때문에 제작하는 배터리 종류에 따라 사용하는 화합물의 종류가 다르다.

전기차용 삼원계 배터리의 경우 니켈의 비율이 높기 때문에 니켈과의 합성이 원활해야 한다. 따라서 상대적으로 끓는점이 낮은 수산화리튬을 사용하는게 용이하다.​

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리튬의 전세계 매장량은 충분하다고 하지만, 실제 EV 배터리로 많이 사용하는 리튬은 수산화리튬이다.

탄산리튬도 LFP배터리에서 사용하긴 한다.

하지만 현재 리튬 생산은 대부분의 경암에서 이뤄지고 있다.

초기 투자비가 낮고 빠른 생산이 가능하기 때문이지만 생산원가가 높다.

따라서 초기 투자비가 높고 생산에 다소 시간이 걸리더라도

규모의 경제가 효과가 좋은 염호에 대한 투자가 많이 대기 중​다.

아울러 탄산리튬 → 수산화리튬 변환 공정 기술도 개발되어야 한다.

어찌됐든 시장의 관심은 수산화리튬에 더 맞춰저 있으며,

공급량전망도 수산화리튬이 수요에 미치지 못하고 있다.

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이러한 이유로 글로벌 리튬 공급사들의 신규 투자 또한 수산화리튬을 중심으로 이뤄져 있다.

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참고로 리튬의 양에 대핸 단위는 대부분 LCE(Lithium Carbonate Equivalent)를 사용하는 경우가 많다.

탄산리튬으로 환산했을 때의 양을 의미하는 것이고 위 표는 그 환산 단위이다.

탄산리튬이든 수산화리튬이든 일단은 리튬이 있어야 이를 채취해서 가공을 하든 뭐라도 할 것이다.

그럼 리튬은 어디에 많이 이 있을까?

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부존량 기준으로는 볼리비아, 아르헨티나, 칠레가 탑3로 가장 많다.

세 나라가 남미에 모여있어서 남미 삼각지대라고 부르기도 한다.

미국은 무슨 치트키를 쓴 것인지 리튬 부존량도 세계 4위다;;

그 두를 호주와 중국이 잇고 있다.

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참고로 볼리비아의 경우 그 유명한 우유니 사막이 리튬 염호다.

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언젠간 꼭 가보고싶은 우유니 사막ㅎㅎ

하지만 볼리비아는 리튬 산업 육성을 실패한 이력이 있으며 정부의 통제가 강력해서 개발이 더디다.

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하지만 부존량 보다는 매장량이 더 중요하다.

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매장량 기준으로는 칠레가 1위, 호주가 2위다.

호주의 리튬은 주로 경암형으로 분포하고 있으며 품위 또한 최상급이다.

칠레의 리튬은 염수형 리튬으로 매장량도 많고 리튬의 농도도 높다.

매랑량 3위인 아르헨티나도 주로 염수형 리튬으로 매장되어 있고,

칠레 만큼 리튬의 농도가 높지는 않지만 상당히 준수한 농도의 염호가 모여있어서 채취가 용이하다.

중국은 리튬의 부존량과 매장량 모두 나름 상위권이지만,

경암형 리튬의 품위와 염호형 리튬의 농도 모두 상위권은 아니다.

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이렇게 리튬의 부존량, 매장량, 질(quality)이 서로 다른 이유로 실제 생산량의 분포는 또 다르다.

호주 4개 광산에서 스포듀민의 형태로 채굴되는 리튬은 전 세계 리튬 생산의 48%(39700톤)에 해당하며,

칠레 1개 염호에서 생산되는 리튬이 전 세계 생산의 26%(21500톤)이다.

칠레의 리튬 생산은 Albemarle과 SQM 두 개의 민간기업이 과점하고 있다.

중국의 경유 전 세계 리튬 생산량의 16%(21500톤)를 생산하고 있다.

중국에 부존된 리튬은 품위가 낮아서 상대적으로 생산량이 적은 편이지만,

중국의 천제, 강봉리튬 같은 리튬 기업들이 해외에 투자를 해서 고품위 리튬을 생산 중이다.

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참고로 2017년에 리튬 생산량이 급격하게 증가한 이유는

EV의 발전과 배터리 용량의 실질적인 증가 때문이다.

2019년과 2020년의 생산량 하락은 리튬 가격이 약세로 일부 호주 광산들이 패쇄했기 때문이다.

또한 남미의 염호 확장 속도가 느렸던 것도 생산량 하락의 이유다.

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이상과 같이 살펴본 바에 의하면 리튬의 부존량, 매장량에서 중국의 비중은 생각보단 높지 않아 보인다.

생산량은 상위권이긴 하지만 절대 수치는 호주와 칠레에 많이 밀린다.

그런데 왜 글로벌리하게 리튬의 의존도가 중국에 높다고 할까?

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그 이유는 바로 리튬의 제련 때문이다.

중국은 전 세계 리튬의 42%를 수입하는 1위 리튬 수입국이다.

중국은 이렇게 수입한 리튬을 제련해서 일부는 자국에서 사용하고 일부는 다시 각국에 판매한다.

중국은 전 세계 리튬 제련 1위 국가다.

중국의 전체 리튬 제련 비중은 65%에 달하며, 수산화리튬 제렴 비중은 75%에 달한다.

따라서, 중국 기업들이 해외에서 생산하는 리튬과 자국에서 제련하는 리튬의 비중 등 전 세계 리튬 사업에서 차지하는 비중은 압도적으로 높다고 할 수 있다.

그렇기 때문에 리튬의 중국 의존도를 낮추려는 각국, 각 기업들이 힘을 쓰고 있는 것이다.

리튬 생산 비용도 이번 포스팅에서 다룰려고 했지만

좀 길어지는 감이 있어서 다음 포스팅에 이어서.

※ Albemarle Investro Day (2019. 12. 12)

※ kotra 배성봉 - 미국의 배터리 시장동향 (2021. 3. 5)

※ kotra 신재훈 - 리튬 대체 공급지로 부상하는 브라질 (2022. 4. 1)

※ 삼성증권 이경자, 장정훈, 이창희 - E-Waste 산업 (2022. 4. 11)

※ 한국광해광업공단 중국사무소 - 리튬산업 슈퍼사이클 시작, 글로벌 자원경쟁 심화 (2022. 4. 15)

※ 이베스트투자증권 이안나, 강 - 미중용 배터리 메탈 슬러그 (2022. 5. 11)

※ kotra 이동희 - 칠레 리튬 시장동향 (2022. 5. 18)

※ 에너지경제연구원 김해지 - IEA의 글로벌 EV 시장 장기 전망 (2022. 7. 4)

※ kotra 정세호 - 전기차 허브로 도약하는 인도네시아 (2022. 8. 17)

※ 키움증권 이종형, 김지산, 오현진, 박주영, 이원주, 김소정, 황현정 - 폐배터리 재활용, 이유있는 주가

상승 (2022. 9. 2)

※ 케이프투자증권 박진형, 안주원, 허선재, 이규익 - '재'사용/활용하는 세상 (2022. 9. 7)

※ 한국무역협회 임지훈 - 배터리 행식 원자재 공급망 분석: 리튬 (2022. 9. 30)

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