[배터리]
LiB, 리튬자원 고갈에 대비하라!

비 리튬계 개발 서둘러야 … 포스코는 리튬 추출방법 개발 열중

화학저널 2016.02.22

리튬(Lithium)은 주 수요처인 리튬이온전지(LiB: Lithium-ion Battery) 수요가 급증함에 따라 고갈문제가 대두되고 있다.
리튬2차전지는 다운스트림인 전기자동차 및 ESS(Energy Storage System) 시장이 확대되면서 수요가 급증하고 있는 반면 원료인 리튬 매장량은 한정돼 있기 때문이다.
미국지질조사연구소(USGS)는 앞으로 지각에서 채굴 가능한 리튬 자원량이 약 2100만톤에 불과하다고 발표했다.
탄산리튬(Lithium Carbonate)과 수산화리튬(Lithium Hydroxy) 생산비중이 80대20 수준임을 감안하면 NCM(니켈코발트망간) 등에 투입되는 탄산리튬 부존량은 1680톤, NCA(니켈코발트알루미늄) 등에 투입되는 수산화리튬 부존량은 대략 420만톤으로 추정된다.
리튬은 지각에서 채굴할 수 있는 매장량이 한정적인 가운데 2차전지를 중심으로 수요가 계속 증가하고 있어 10년 이내에 고갈될 것으로 예상되고 있다.
리튬 가격도 고공행진을 계속하고 있다. 리튬 가격은 2014년 kg당 35.73위안에서 2015년 상반기 41.12위안으로 급등했다. 중국이 2015년 1-9월 전기자동차 생산량을 전년동기대비 200% 확대한 것이 가장 크게 작용했다.
전기자동차용 리튬2차전지 시장은 2014년 57억달러에서 2020년 158억달러로 연평균 17%, ESS용은 2015년 53억달러에서 2020년 297억달러로 65% 성장할 것으로 예상되고 있다.
리튬 수요에서 2차전지가 차지하는 비중은 2012년 22%에서 2014년 31%로 상승했다.
특히, FMC가 공급가격을 15% 인상함에 따라 2015년 10월 평균가격은 kg당 46.21위안으로 전월대비 5.0% 추가 상승한 것으로 나타났다.
앞으로도 리튬 가격은 다운스트림 수요 증가와 중국의 동절기 생산 감소 영향으로 강세를 지속할 것으로 예상되고 있다.
리튬 수요가 가장 많은 한국, 일본, 중국은 리튬 매장량이 약 2000톤에 불과해 해수면에서 추출하는 기술을 개발하고 있으나 경제성이 떨어지는 것으로 알려졌다.
리튬은 광석형태, 육상의 염수·호수 및 바닷물에 녹아 있는 상태로 존재하며 바다에서 추출하는 방식은 파운드당 2달러로 육지에서 추출할 때보다 코스트가 3.5-5배 더 소요되는 것으로 파악되고 있다.
해수면 추출은 해수에 흡착제를 투입해 리튬을 흡착한 후 흡착제에서 리튬이온을 분리해 농축하는 방식으로 전기화학적 반응을 통해 직접 추출하기 때문에 상당한 양의 바닷물과 전기에너지가 소모되는 것으로 알려져 있다.
광석에서 추출하는 방식은 회수율과 순도가 높으나 생산코스트가 높고, 해수면에서 추출하는 방식도 상용화 기술이 개발되지 않아 리튬 함유농도가 높은 염수 및 호수를 증발시켜 탄산리튬을 얻어내는 방식이 주로 사용되고 있다.
리튬은 탄산리튬, 산화리튬, 수산화리튬 형태로 공급되며 탄산리튬이 가장 보편적으로 유통되고 있다.
리튬은 안데스산맥 고지의 염호에 매장량이 풍부하고 아르헨티나, 칠레, 볼리비아에 집중돼 있으며 글로벌 매장량은 약 4100만톤으로 볼리비아와 칠레가 각각 900만톤, 아르헨티나 650만톤, 미국 550만톤, 중국 540만톤 등으로 파악되고 있다.
칠레 SQM은 글로벌 최대 메이저로 탄산리튬 약 7만톤 이상을 생산하고 있고 미국 FMC, Lockwood 등 3사가 글로벌 생산량의 70%를 과점하고 있다.
국내시장은 탄산리튬과 수산화리튬을 중심으로 전량 수입에 의존하고 있으며 LG화학 및 삼성SDI가 2차전지 생산능력을 확대함에 따라 원료확보 차원에서 볼리비아의 우유니염호 개발 등 해외자원 확보를 위해 노력하고 있다.
탄산리튬 수입량은 2013년 1만3061톤에서 2014년 1만4981톤으로 14.7% 증가했고 2015년 수입량은 1만6138톤으로 7.7% 늘어났다.
국내에서는 포스코가 2010년 이후 염소를 보유한 해외 리튬 생산기업과 합작해 현지에서 해수면 추출 기술 개발에 나서고 있으며, 바닷물에 미량으로 녹아 있는 리튬을 선택적으로 추출해 고순도 리튬을 생산하는 기술개발에 집중하고 있다.
포스코는 기존 12-18개월 소요되던 자연증발식 리튬 추출법과 달리 화학반응을 이용해 최소 8시간에서 최대 1개월이 소요되는 추출기술을 개발했고 생산효율도 10% 내외에서 90%까지 끌어올린 것으로 알려졌다.
일부에서는 국내기업이 글로벌 2차전지 시장 주도권을 유지하기 위해서는 리튬 고갈에 대비해 다양한 배터리 기술 확보가 필요하다고 주장하고 있다.
미국, 유럽, 일본 등은 리튬 고갈에 대비해 비리튬계, 비화학물질 등 차세대 전지 개발에 열을 올리고 있는 것으로 알려졌다.
하지만, 2014년 정부 주도로 진행된 R&D(연구개발) 가운데 리튬전지 관련 사업은 175건 진행된 반면 차세대 전지 개발과 관련된 사업은 9건에 불과한 것으로 파악되고 있다.
시장 관계자는 “미국, 일본에서는 아연(Zn), 알루미늄(Al), 마그네슘(Mg), 토륨(Th) 등 차세대 배터리 상업화를 활발하게 시도하고 있는 반면 국내에서는 리튬에 편중돼 있다”며 “리튬은 고갈 및 가격급등이 예상되는 만큼 포스트 리튬전지 개발에 관심을 기울여야 한다”고 강조했다.                     

<박주현 기자>

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