전기차 전환을 막는 리튬 공급난, 그 해결책은?

팬데믹 이후 지속된 반도체 공급난은 자동차 산업을 어려움 속으로 몰았고, 반도체 칩의 가격과 차량 가격을 잇따라 상승하도록 했습니다. 하지만 최근 차량 제조사들은 또 다른 난관에 부딪혔는데요. 이번에는 전기차 배터리의 핵심물질인 리튬 조달에 차질이 생겼기 때문입니다. 

이번 아티클에서는 리튬 공급 현황에 대해 살펴보고, 공급난 문제를 해결하기 위해 어떠한 논의가 이루어지고 있는지 살펴보도록 하겠습니다. 

 

｜ Ⅰ. 폭등하고 있는 리튬 가격

테슬라, 폭스바겐, 벤츠 모두 올해 1분기에 사상 최고치의 출하량을 기록하는 등 전기차가 날개 달린듯 판매되고 있습니다. 하지만 전문가들은 리튬 공급이 증가하는 수요를 감당할 수 있을지 우려하고 있습니다. '미스터 리튬'이라고 불리는 리튬 및 광산 전문가 조 로리(Joe Lowry)는 "향후 2년간 리튬의 공급이 증가하긴 할 테지만, 수요 증가 속도를 따라가지 못해 수요 공급의 격차가 점점 증가할 것이다"고 밝히기도 했습니다. 

가벼우면서도 높은 에너지 밀도를 자랑하는 리튬은 휴대전화, 노트북, TV 등 우리의 생활 곳곳에 활용되고 있는 자원입니다. 무엇보다도, 전기차 배터리에 들어가는 핵심소재로, 전기차 제작에 있어서 필수적인 자원인데요. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 유럽, 미국정부들의 공격적인 전기차 전환으로 인해, 2030년의 리튬 수요는 지금 수준의 900%, 2040년에는 4,000%까지 증가할 것으로 전망되고 있으며, 이 중 대다수가 전기차 배터리에 따른 수요일 것으로 예측되고 있습니다.

 

지난 1년간 리튬가격 변화(RMB/kg)

출처: 한국자원정보서비스

 

리튬의 초과 수요에 따른 가격 상승은 이미 지난해 말부터 나타나기 시작했습니다. 한국자원정보서비스에서 제공하는 데이터에 따르면, 현재 킬로그램당 탄산리튬의 가격은 435 위안(약 82,000원)으로, 전년동기 82 위안(약 15,000원)과 비교해 5배에 달하는 수준입니다. 

 

일론 머스크의 트위터

출처: 트위터

 

이러한 리튬 가격의 상승은 주요 전기차 제조업체들에게도 커다란 걱정거리로 자리하고 있습니다. 올해 4월 초 일론 머스크는 트위터를 통해 리튬 가격이 "미친 수준(insane level)"이라고 까지 언급하며, "지구 곳곳에 리튬이 묻혀있기 때문에 원료 자체의 부족은 아니지만 추출 및 가공(refinement) 속도가 매우 늦다"며 우려의 목소리를 낸 바 있습니다. 이후 어닝콜에서도 관련 문제를 지적하며, 공급난 문제를 해결하기 위해 리튬 채굴 투자를 촉구하기도 했습니다. 

 

｜ Ⅱ. 세 개의 국가가 책임지고 있는 글로벌 리튬 시장

이제는 '백색 황금'이라고 불릴만큼 리튬의 중요성이 커짐에 따라, 리튬을 확보하는 것은 에너지 안보에 필수적인 것이 되었습니다. 1990년까지만 해도, 미국이 리튬 공급의 선두를 차지하고 있지만, 이후 중국이 리튬 공급 및 가공 시장에서 빠르게 성장했는데요. 현재 미국의 리튬 공급량은 글로벌 공급량의 2%에도 미치지 못하고 있는 실정입니다. 

 

주요 리튬 채굴 국가

출처: CNBC

 

대다수의 국가들이 리튬을 수입에 의존하고 있다는 점에서, 이는 미국만의 문제가 아닙니다. 80% 이상의 리튬은 호주, 칠레, 중국에서 채굴되고 있으며, 가공 시장에서는 특히 중국이 절반 이상을 책임지고 있다고 하는데요. 에너지 안보에 주도권을 빼앗기는 것을 우려한 주요 국가들은 배터리 핵심 소재를 국내에서 생산 및 가공하기 위해 관련 기술에 적극적으로 투자하기 시작했습니다. 

하지만 리튬을 생산하는 과정은 생각보다 간단하지 않습니다. 2년안에 완공할 수 있는 배터리 공장과 달리, 가장 보편적인 채굴 방식의 리튬 프로젝트의 경우, 십 여년이 소요될만큼 오랜 시간을 필요로 합니다. 때문에, 당장 리튬 공급을 위해 광산업에 새로운 투자를 할지라도, 시장에 공급하기까지는 상당한 시간이 소요되는 것입니다.

 

｜ Ⅲ. 리튬 공급난을 해결하기 위한 노력

???? 바닷물에서 추출하는 방법

광산 채굴방식에 대한 대체 방안으로, 담수화 기술을 통해 염수에서 리튬을 추출하는 방식이 더욱 주목 받고 있습니다. 특히, 바닷물은 인간에게 가장 흔하고 풍부한 자원이라는 점뿐만 아니라, 지구에 존재하는 리튬의 상당수가 바닷물에 저장되어있는 것으로 알려져 있습니다. 또한, 전통적인 채굴 방식보다 더욱 친환경적이고, 앞으로의 기술 발전으로 점점 더 효율적으로 광산을 추출할 가능성이 있다는 점이 장점으로 언급되고 있습니다. 

 

에너지 엑스의 리튬 추출 기술

출처: 에너지 엑스

 

대표적으로, 미국의 에너지 엑스(EnergyX)는 텍사스 대학교의 과학자들과 함께 직접 리튬 추출 기술을 연구하고 있는 스타트업입니다. 해당 기술을 사용하면, 염수에서 리튬을 추출하는 시간을 극적으로 단축하고, 회수율을 개선할 수 있을 것으로 기대받고 있는데요. 포브스는 국내 리튬 추출 및 생산이 시급한 만큼, 에너지엑스의 기술이 절실히 요구된다고 언급하기도 했습니다.  

 

???? 폐배터리를 활용하는 방법

지난달 로아에서 짧게 언급한 바 있는 폐배터리 시장 또한 크게 관심을 받고 있습니다. 미국의 경우, 지난 달 전기차 배터리 리사이클링을 위해 국가차원에서 30억 달러를 투자할 것이라고 밝힌 바 있기도 합니다. 

 

리사이클의 폐배터리에서 추출하는 핵심 소재

출처: 리사이클

 

일례로, 캐나다 기반의 리사이클(Li-Cycle)은 대표적인 리튬이온 배터리 재활용 회사로, 리튬, 니켈, 코발트 등 배터리 핵심 재료를 추출해내는 기술을 보유하고 있습니다. 허브-스포크(Hub-Spoke, 중앙처리장과 집하장) 모델을 따르고 있는 리사이클은, 배터리를 해체해 플라스틱, 구리, 알루미늄, 블랙매스로 분류하는 공장인 '스포크(Spoke)'를 뉴욕과 캐나다 온타리오에서 운영하고 있습니다. 해당 블랙매스는 '허브(Hub)'로 보내져 주요 금속 및 비금속을 추출하는데요. 95% 이상의 회수율을 보이고 있으며, 2023년 가동을 목표로 하고 있는 뉴욕에 위치한 허브를 통해서는 연간 6만 톤 가량의 배터리를 처리할 수 있을 것으로 보입니다. 

리사이클은 이번 달, 글로벌 광산 업체 글렌코어(Glencore)로부터 이번달 2억 달러를 투자받은 바 있습니다. 국내 기업 중에서도 LG 화학과 LG에너지솔루션이 2.6%의 지분을 확보하고, 리사이클과 니켈 공급 계약을 체결한 바 있습니다. 

 

♻️ 분해되는 배터리

이외에도 애초에 더욱 친환경적으로 생산 및 분해될 수 있는 리튬 배터리를 만들고자 하는 움직임도 있습니다. 텍사스 A&M 대학교의 화학공학과 교수인 조디 럿켄하우스는 유기 물질의 배터리를 제작하기 위해 연구해왔는데요. 아직은 제작 비용이 더욱 많이 필요하고, 충분한 전력량을 제공하고 있지는 못한다는 점에서, 상용화에 더욱 오랜 시간이 걸릴 것으로 보입니다. 

 

｜ Ⅳ. 나가며

전기차 배터리를 생산하기 위한 문제는 리튬 조달에서 그치지 않습니다. 리튬이온 배터리의 또  다른 핵심 소재인 니켈 또한 올해 상반기에 엄청난 가격 급등세를 보인 바 있는데요. 특히, 금속 최대 생산국가인 러시아가 우크라이나를 침략하면서 니켈의 글로벌 공급망을 더욱 불안정해졌으며, 전기차의 또 다른 금속 부품인 팔라듐 또한 가격이 크게 상승했다고 합니다.

공급문제를 해결하는 것 뿐만 아니라, 핵심 소재를 가공할 수 있는 기술을 확보하는 것 또한 미국을 포함한 주요 국가들이 해결해야할 과제입니다. 에너지 엑스(Energy X)의 CEO 타그 이건에 따르면, "미국 내에서 리튬을 공급할 수 있게될지라도, 우리에게는 여전히 가공할 수 있는 기술이 없다"며, "이곳에서 (리튬을) 추출하고, 가공을 위해 중국으로 다시 보내야 한다면, 최악의 상황이 될 것이다"며 배터리 핵심소재 가공시설의 중요성을 지적하기도 했습니다. 

한편, 전기차 핵심 소재들의 공급 부족으로 올해는 많은 전기차 제조업체들이 가격 인상을 단행할 것으로 보입니다. 실제로, 테슬라는 올해 차량 가격을 인상하게 될 것이라고 발표한 바 있습니다. 

 

출처: 블룸버그, FT 1, 2, BBC