핵심 원료의 부족과 공급 사슬의 취약성으로 인해 리튬이온 배터리 생산량이 수요에 비해 크게 부족해질 수도 있다. 지속 가능한 방식으로 공급을 증대하고 계속해서 재생 에너지로의 전환을 촉진하기 위해서는 체계적인 사전 준비가 필요하다.
현재 심각한 반도체 부족 현상으로 전 세계 자동차 산업의 많은 부분이 휘청거리고 있다. 희망 사항이지만, 2030년 무렵에는 이 또한 과거의 기억으로 남을 것이라고 전망한다. 그러나 그 때는 또 다른 핵심 원료, “리튬”의 부족으로 인한 대대적인 충격이 예상된다.
리튬은 전기자동차(EV)에 전력을 공급하고, 재생 에너지 생산 전기를 저장하는 2차 전지 제조에 많은 부분을 차지하는 분말 형태의 백색 금속이다. 이러한 리튬의 공급 부족은 체계적인 사전 준비를 통해 해결하지 않으면 화석 연료에서 재생 에너지로의 전환뿐만 아니라 전 세계의 기후 위기 해결의 노력에도 상당한 방해 요소로 작용할 수 있다.
이미 세계적으로 미래 리튬 공급원 확보와 공급 사슬 다각화를 위한 경쟁이 일어나고 있다. 주요 배터리 생산 및 자동차 제조업체들은 채굴 및 정제 기업과 장기 계약을 체결하기 위해 서로 경쟁하고 있다. 대규모 자동차 산업을 보유한 국가들은 자체 지역의 리튬이온 배터리 공급 사슬을 개발하기 위해 계속해서 시도하고 있다. 이러한 추세는 최근 미국의 인플레이션 감축법(Inflation Reduction Act) 통과에 따라 더욱더 가속할 것이다. 리튬뿐 아니라 니켈 등 다른 배터리 핵심 원료를 보유한 국가들은 이를 이용해 자국 내 배터리 산업 구축에 나서고 있다.
문제는 어떻게 환경적, 경제적으로 지속 가능한 방식을 통해 잠재적 리튬 위기를 해결하는가 하는 점이다. 이를 위해서는 가치 사슬의 모든 참여자가 협력할 필요가 있다. 채굴 기업, 정제 기업, 배터리 제조업체, 자동차 OEM이 금융기관, 정부, NGO 및 기타 이해 당사자들과 협력하여, 리튬 배터리 관련 프로젝트에 있어 최고 수준의 환경적 관행을 준수하고, 혜택의 상당 부분을 각국 및 현지 커뮤니티에 제공해야 한다. 국제적인 파트너들도 각국 및 현지의 배터리 관련 프로젝트가 상업적인 성공을 거둘 수 있도록 기술과 전문성, 시장 접근성을 제공해야 한다.
리튬이 중요한 이유
지난 10년간 리튬이온 배터리는 성능 개선과 비용 감소를 거듭하며 전기자동차(EV) 및 트럭 채택률을 높이는 주요 동인으로 작용해왔다. 이러한 추세가 지속될 것으로 보이면서, BCG는 2028년까지 배터리 기반의 순수 전기차가 세계적으로 가장 인기 있는 경형 차종이 될 것이며, 가솔린 기반 내연기관 자동차를 능가할 것이라고 예상한다. 또한 2035년까지 전 세계에서 판매되는 모든 경형 자동차의 59%는 배터리 전기차(BEV)가 될 것으로 예상한다.
리튬이온 배터리는 전 세계 그리드 에너지 저장의 90%에 이용되며, 특히 풍력 및 태양 에너지 저장에 활발하게 사용된다. EU가 발표한 러시아산 천연가스 의존도를 2/3 감소하겠다는 계획과 같은 이니셔티브 역시 부분적으로 가속화 재생 에너지 생산을 이용하는 것이며, 이에 따라 배터리 저장 수요가 크게 증가할 것이다.
세계적으로 미래 리튬 공급원 확보와 공급 사슬 다각화를 위한 경쟁이 일어나고 있다.
니켈, 망간, 코발트 등 다른 광물들도 여러 종류의 리튬이온 배터리에 쓰이는 중요한 원료다. 그러나 이 중 리튬은 가장 핵심적인 원료다. 모든 종류의 리튬이온 배터리에서 필수 요소인 양극재를 제조하는 데에 리튬이 반드시 사용되기 때문이다. 미래에는 고용량 음극재 제조에 사용될 가능성도 높다. 또한 리튬은 배터리 안에서 이온이 양극재와 음극재 사이를 오가며 에너지를 저장하고 전력을 전달하는 일을 도와주는 전해액에도 사용된다.
물론, 자동차 배터리 및 전력 그리드 에너지 저장에서 더 많은 선택지를 확보하기 위해 리튬이온의 대안이 계속해서 개발되는 중이다. 그러나 당장의 미래에는 대안 가운데 그 어떤 것도 리튬이온 배터리의 비용이나 무게, 부피당 에너지 밀도의 장점을 모두 만족시키지 못할 것이다. 게다가 그 생산량도 막대한 수요에 대응할 수 있는 규모에는 미치지 못하고 있다.
리튬 공급 문제
리튬의 공급 부족 문제가 임박한 것은 아니다. 리튬 가격이 지난 2년간 10배 이상 급등하긴 했으나, 대략 2025년까지는 예상 수요량을 충족하기에 충분한 생산 능력이 있으며, 재활용 프로젝트가 활성화된다면 2030년까지도 수요량 충족은 가능하다. 그러나 이후에는 만성적인 부족 현상이 예상된다. 리튬 재활용 프로젝트가 상당 수준 확장되고, 업계에서 유망하거나 가능성 있는 모든 신규 리튬 채굴 프로젝트가 실행된다고 가정하더라도, 2030년 리튬 공급량은 예상 수요에 비해 약 4% 부족할 것이며, 이는 탄산리튬 환산량으로 약 10만 메트릭톤(리튬 원석의 가공 형태)에 해당한다. (보기 1 참조) 2035년 무렵에는 리튬 공급 부족 문제가 심각한 수준이 될 것으로 예상된다. 이 시기, 리튬 공급량은 예상 수요보다 최소 110만 메트릭톤, 약 24%가 부족할 것으로 예상된다.
공급 부족에 관한 예측은 두 가지 요인을 근거로 한다. 첫 번째는 전 세계에 분포된 매장층에서 추출되는 리튬의 양이 수요에 훨씬 못 미칠 것으로 예상된다는 점이고, 두 번째는 리튬 원석을 배터리에 사용되는 화학 물질로 정제하는 역량이 극소수 국가에 집중되어 있다는 점이다. 만약 지정학적 사건이나 자연재해, 혹은 또 다른 팬데믹으로 대규모 와해가 발생할 경우, 전체 배터리 공급 사슬이 위험에 처할 수 있다.
생산량을 단시간에 급격히 늘리기는 어렵다. 많은 이유가 있지만, 그 중 하나는 기존의 리튬 채굴이 토양 및 지하수 오염 등 다수의 환경 문제를 초래할 수 있기 때문이다. 현재 리튬 추출에 사용되는 기술 공정은 엄청난 양의 물을 소비하기 때문에 건조한 지역에서는 심각한 문제가 된다. 이 때문에 포르투갈, 세르비아, 미국 등의 국가에서는 리튬 채굴 프로젝트가 환경 문제에 근거한 반대 의견에 부딪히고 있다. 만약 새로운 대규모 매장층의 발견으로 공급의 역학 관계가 변하게 되더라도, 이 같은 환경 문제와 관련된 이슈는 해결되어야 할 것이다.
현재 리튬 추출 과정에서 환경 문제를 줄일 수 있는 새로운 추출 방식 및 기술이 개발 중이다. 문제는 이러한 기법을 어떻게 대규모로 확장 적용할 수 있는가 하는 것이다.
공급 사슬의 취약성
공급 사슬의 핵심적인 부분이 극소수 국가들에만 집중되어 있다는 사실은 리튬이온 배터리의 미래에 더 큰 위협이 된다. (공급 사슬에 관하여 보기 2 참조) 리튬 원석을 배터리 부품 제조에 사용되는 화학물질로 정제하는 공정의 대부분이 현재 칠레와 중국, 두 국가에서만 이루어진다. 칠레는 염수 증발 추출 방식을 사용하며, 세계 탄산리튬 공급량의 66%를 수출한다. 중국은 나머지 양의 대부분을 생산하며, 칠레와는 달리 호주산 스포듀미 정광에서 탄산리튬을 정제하는 방식을 사용한다. 탄산리튬은 전해질에 사용되며, 양극재 제조의 핵심 원료인 수산화 리튬으로 정제되기도 한다. 중국은 전 세계 수산화 리튬 수출량의 절반 이상을 차지한다.
중국은 내수 및 수출 부문 모두에서 전기차 생산을 위한 양극재, 배터리 셀 및 배터리 팩의 세계 주요 생산국이기도 하다. 한국과 일본도 주요 배터리 팩 수출국이다.
핵심 원료 공급이 극소수 지역에 집중되어 있다는 전략적 리스크 외에도, 현 글로벌 공급 사슬의 물류는 매우 비효율적으로 움직이고 있다. 리튬이온 배터리는 그 무게로 인해 전기차 조립 공장에서 가까운 곳에서 제조되는 경향을 보이는데, 이는 막대한 양의 리튬 광석 및 탄산 리튬이 중국으로 장거리 운송되어 정제된 다음, 수산화 리튬이나 양극재 형태로 다시 배터리 셀 및 배터리 팩을 생산하는 국가들로 운송되고 있다는 것을 의미한다. 핵심 원료의 글로벌 산지를 다변화한다면, 공급 사슬의 회복 탄력성을 개선할 뿐 아니라 운송 관련 비용 및 탄소 배출량도 줄일 수 있게 될 것이다.
주요 자동차 OEM들은 핵심 리튬 소재 조달원을 확보하기 위해 경쟁하고 있다. 예를 들어, 테슬라(Tesla)는 세계 최대 규모의 리튬 화합물 생산업체 중국의 간펑(Ganfeng)과 3년 계약을 체결했다. 폭스바겐(Volkswagen)은 전 CEO 허버트 디스(Herbert Diess)가 칭했듯이 스페인 내 ‘리튬 추출부터 배터리 조립에 이르는 완전한 공급자 생태계’를 구축하고자 한다. 이들은 독일-호주 기업인 벌칸 에너지 리소시스(Vulcan Energy Resources)와 독일의 라인강 상류 지역에서 리튬을 조달하는 계약을 체결했다. 한편, 벌칸은 르노(Renault) 및 스텔란티스(Stellantis)와 주공급 계약을 체결했다. 포드(Ford)는 호주에 본사를 둔 레이크 리소시스(Lake Resources)의 아르헨티나 소재 시설에서 연간 25,000 메트릭톤의 리튬을 수급하는 계약을 체결했다.
국내 공급 사슬 개발 경쟁
최근 통과된 미국의 인플레이션 감축법은 배터리 산업을 재구성하는 또 다른 글로벌 트렌드인 핵심 원료 현지 생산을 통한 자국 내 수직 통합 배터리 산업 경쟁을 잘 보여준다. 이 법은 미국, 캐나다 및 멕시코에서 제조된 새 전기차의 구매에 대해 최대 7,500달러까지 인센티브를 제공한다. 그러나 이러한 혜택은 엄격한 ‘현지 부품 사용 요건’을 충족해야 받을 수 있다. 인센티브 금액의 절반을 받기 위해서는 해당 전기차에 반드시 북미 지역에서 조립된 배터리 팩이 장착되어야 한다. 나머지 반을 받으려면 배터리에 사용된 핵심 광물의 일부가 반드시 미국이 자유무역 협정을 맺은 국가에서 생산된 것이어야 한다. 이러한 요건은 단계적 시행을 통해 2029년에는 80%까지 시행될 것이다. 또한, 핵심 광물의 공급 사슬이 ‘우려국(foreign entity of concern)’을 거치는 전기차의 경우에는 이 나머지 절반의 인센티브를 받을 수 없다.
유럽 연합에서는 EU 집행위원회가 자금을 지원하는 유럽 배터리 연합(European Battery Alliance)이 리튬 및 에너지 전환에 핵심이 되는 기타 광물을 확보하기 위해 여러 가지 조치를 취해왔다. 또, 인도 연방정부 역시 배터리 프로젝트에 대한 승인 및 인센티브 지급 이전에 현지 부품 요건을 준수할 것을 요구한다.
2035년 무렵에는 리튬 공급 부족 문제가 심각한 수준이 될 것으로 예상되며, 수요보다 최소 110만 메트릭톤, 약 24%가 부족할 것으로 예상된다.
한편 핵심 원료를 보유한 국가들은 원료 보유량을 활용해 자국의 배터리 산업 육성을 모색하고 있다. 대표적으로 인도네시아는 세계 정제 니켈의 1/3을 공급하고 있다. 인도네시아는 고압산침출법(high-pressure acid leaching) 등의 새로운 공정을 이용해 더 많은 니켈을 배터리급의 금속으로 정제하기를 원한다. 인도네시아는 다운스트림 생산 개발에도 힘쓰고 있다. 인도네시아 니켈 매장량의 상당 부분을 보유하고 있는 국영 기업 컨소시엄은 LG 에너지 솔루션과 니켈 가공 및 양극재 원료, 셀, 완제품 배터리의 생산을 위한 90억 달러 상당의 컨소시엄 투자 MOU를 체결했다. 또한, 인도네시아 파트너들과 60억 달러에 달하는 배터리 제조, 재활용 시설, 채굴 프로젝트 개발 이니셔티브에 대한 투자 계획을 발표한 중국의 CATL(Contemporary Amperex Technology)과도 MOU를 체결했다.
대규모 리튬 매장층을 보유한 국가들이 2차전지 붐으로 인한 경제적 부에서 더 큰 몫을 원하는 것은 당연하다. 리튬의 채굴, 초기 가공, 정제는 리튬이온 배터리의 가용 수익 풀 가운데 25~30%를 차지하며 음극, 양극, 전해질의 제조는 20~25%를 차지한다. 또한 셀 및 조립된 배터리의 생산은 배터리 수익 풀의 45~50%를 차지한다.
환경 리스크에 대한 접근
채굴로 인한 환경 문제는 반드시 신규 리튬 채굴 시설의 가동이 가능해지기 전에 다루어야 한다. 각국 정부 및 이해 당사자들은 채굴로 인한 현지 환경 영향과 자동차 이산화탄소 배출량의 순감소로 인한 혜택 간의 장단점을 고려해볼 필요가 있다.
신규 채굴 프로젝트는 전 세계 시장의 규제 엄격화 기조 가운데 경쟁하기 위해 반드시 환경적으로 지속 가능해야 한다. 예를 들면, 2024년부터 EU는 수입국의 역내 판매 배터리 이산화탄소 발자국 공개를 의무화할 것이다. 또한, EU는 배출량 한도를 설정할 뿐 아니라 일정량의 리튬 재활용도 의무화할 것이다. 그뿐만 아니라, EU 집행위원회는 공급 사슬 내 모든 구성원이 EU 내에서 판매되는 배터리의 제조 이력에 대한 정보를 공유할 수 있는 기술 플랫폼, “배터리 패스포트(Battery Passport)” 제도의 수립도 고려하고 있다.
리튬 추출은 공정 혁신을 통해 훨씬 더 환경 친화적으로 변할 수 있다. 일부 신기술 및 채굴 모범 사례는 EU 환경 기준과 같은 최고 수준의 환경 기준에 따라 환경 영향을 줄일 수 있다는 희망을 제시한다. 예를 들면, 직접리튬추출법(direct lithium extraction, DLE)은 대부분의 염수를 재활용하여 필요한 물의 양을 크게 줄일 수 있다.
DLE 공법을 이용해 자연 발생 지열 발전 염호에서 리튬을 추출하는 여러 파일럿 프로젝트가 진행 중에 있다. 지열 에너지를 이용해 리튬을 추출한 다음, 지열 발전을 위해 염수를 재활용하는 것이다. 지열 발전 염호 프로젝트에 투자하는 기업 중에는 벌칸 에너지 리소시스(Vulcan Energy Resources)와 영국의 코니시 리튬(Cornish Lithium)이 있다.
‘지속 가능한’ 리튬 개발 프레임워크
배터리 가치 사슬 전반의 기업들은 반드시 지금 제반 자원을 동원하여 공급을 늘리고 공급 사슬을 다변화해야 한다. 경제 개발과 지정학적 압박으로 인해 통합되었지만, 지역별 배터리 산업의 필요성 역시 대두되고 있다. 많은 채굴 기업, 정제 기업, 배터리 제조업체, 자동차 OEM이 전기차 판매 시장에 더 많은 생산량을 조달하기 위해 글로벌 제조 및 조달 발자국을 혁신할 필요가 있다. 미국의 인플레이션 감축법으로 인해 생산 능력에 대한 투자, 공급 사슬 재구성, 제품 포트폴리오 조정의 새로운 물결이 시작되려 한다. 다른 국가 정부들도 이에 대응하는 조치를 취할 가능성이 크다.
이러한 자원 동원과 공급 보호를 위해서는 연합이 필요하다. 채굴 기업, 배터리 제조업체, 자동차 제조업체, 각국 정부, 금융기관들은 반드시 상호 협력하여 절실하게 필요한 리튬 추출 프로젝트들의 실행 확률이 가능성에서 그치지 않고 좀 더 확실해지도록 발전시켜야 한다. 리튬 추출 프로젝트의 성공을 위해서는 다음 조치를 포함한 성공 프레임워크를 도입해야 한다.
- 환경 지속 가능성 성공 사례 도입. 국제 채굴 및 제조 파트너들은 DEL 등의 최첨단 기술 및 공정을 도입하여 수자원 및 토양의 오염과 화석 연료 의존도를 최소화해야 한다. 글로벌 파트너들은 국내 기업들의 탄소 발자국 문서화 및 보고 시스템 실행을 지원하여 주요 글로벌 시장의 갈수록 엄격해지는 규제 사항들을 준수하도록 할 수 있다.
- 다운스트림 산업 개발 기회 창출. 국제 파트너들은 다운스트림 산업들이 리튬 매장 지역에 가까워지고 이들이 지역 공급사슬에 속하도록 각국 정부와 협력해야 한다. 채굴 기업, 가공 기업, 배터리 및 핵심 부품의 제조업체들은 선진 생산 공정, 운영 전문성, 국제 시장에 대한 접근성을 제공할 수 있다. 자동차 OEM들은 장기 계약을 통해 대규모의 생산량 구매를 약속함으로써 현지 배터리 산업을 지원할 수 있다. 금융 기관, 국부 펀드, 사모 투자 전문 기업 등의 투자자들은 산업의 역량 구축을 위한 안정적인 자금 조달을 제공할 수 있다.
- 국내 이해 당사자들에게 공정 가치 보장. 자국 정부 및 현지 커뮤니티가 그들의 천연 자원에 대한 적정한 혜택을 받도록 하기 위해서는, 로열티, 수익 배분, 기타 혜택들이 장기적으로 국민의 지지를 확보할 수 있을 만큼 상당한 수준이어야 한다. 배터리 프로젝트의 국제 투자자들도 인프라, 스킬 훈련 프로그램, 교육 시스템과의 파트너십에 투자함으로써 더 광범위한 경제적 발전 및 산업 역량에 기여할 수 있다. 각국 및 각 시도별 정부는 재정적 지원 및 기타 인센티브를 제공하고 국제 컨소시엄들과 협력함으로써 프로젝트가 경제적, 사회적 목표를 추진하는 데 도움이 되도록 할 수 있다.
향후 수년간 폭발적인 리튬 수요 증가에 대응하기 위해서는 수많은 도전과제가 수반될 것이다. 그러나 재생 에너지 전환과 세계적인 기후변화 극복 노력이 계속해서 제 궤도를 유지하기 위해서는 반드시 이러한 도전 과제들을 해결해 나가야 한다. 우리는 2차전지 가치 사슬 전반의 민관 협력이 업계의 단순히 핵심 원료 니즈를 충족시키는 데 그치지 않을 것이라고 믿는다. 이는 환경 측면으로 지속 가능한 방식으로 이러한 자원을 개발하고, 각국 정부의 경제 개발 어젠다를 발전시키며, 주요 현지화 요건을 충족하고, 현지 커뮤니티에 상당한 혜택을 돌려줄 수 있다.
