당신은 희토류를 아십니까?
한세준
21세기 첨단제품기술에 그 실력을 결정짓고 록색에너지의 문을 열어줄 심장원 희토류, 향후 중국대지에서 톡톡히 효자노릇을 할 희토류에 대하여 우리 함께 알아보자.
세계는 지금 희토류자원에 목말라하고있다. 어느 나라도 석유로부터 자유스러울수 없었던 지난 세기 석유는 곧 권력이였고 그 권력의 핵심에는 미국이 있었다. 허나 21세기 청정에너지의 최강이 자본으로 떠오른 희토류는 중국의 힘이자 무기로 되고있다. 목전 세계 희토류생산의 97%는 중국이 독점하고있기에 가격도, 수출량도 중국이 하기에 달려있는한 희토류시장은 늘 불안할수 밖에 없다.
그럼 희토류가 무엇이며 어찌하여 우리의 효자노릇을 할수 있느냐에 대한 궁금증을 함께 풀어보기로 하자.
본래 희귀한 흙이라는 뜻에서 희토(稀土)라는 이름을 가진 이 희토류는 17개 원소를 잉태한 일종 희광석이다. 허나 실제 이름처럼 매장량이 적지는 않다. 하지만 광산개발이 될만큼 품위가 놓은 매장지를 찾기 힘들고 각각의 원소를 분리해내기도 쉽지 않다. 그런데 이 희토류가 주목받게 된것은 21세기 첨단산업제품에 사용되기 시작하면서부터였다.
우리가 늘 마주하고있는 칼라TV의 화려하고 눈부신 색채 역시 희토류가 있기에 가능하다. 화면직감이나 선명도는 현광체에 의하여 결정되는데 이 형광체의 핵심원료가 바로 희토류이다. 이 형광체에 들어가는 희토류의 성분함량은 아주 미세하지만 형광체의 모든 특성을 결정지어주는 중요한 물질이다. 그리고 많은 량의 희토류가 강력한 자석을 만드는데 사용된다. 친환경전기자동차의 모터를 비롯한 풍력발전기, 산업로보트, 오디오,스마트폰 등 온갖 전자전기제품에 예전엔 체적이 큰 자석을 사용하던 곳에 희토류를 가미한 네오디뮴자석을 사용하면 작은 체적으로도 예전에 비해 훌륭한 효과를 볼수 있다.
네오디뮴자석은 같은 크기에 예전의 자석보다 그 자력이 10배이상 강하다. 어찌하여 이런 일이 가능할가? 자석의 세기는 자석속의 원자들이 어떻게 정렬되여있는가에 관계된다는것을 물리기초지식이 있는 사람이면 다 아는 사실이다. 기존의 철로 이루어진 자석은 원자의 방향이 제멋대로 흐트러져 그 자력이 약하지만 네오디뮴이 섞인 자석은 그 원자방향이 모두 한방향으로 정렬돼있기에 그 자력이 훨씬 세다.
이렇게 작고 가볍지만 강력한 자석이 오디오와 휴대전화, 산업로보트,전동자동차 같은 각종 첨단제품에 일대혁명을 가져왔다. 하여 사람들은 기존의 제품보다 훨씬 작고 성능이 뛰여난 제품에 열광하게 되였다. 손바닥만한 핸드폰에서 아름답고 선명한 음악을 들을수 있는것도 역시 네오디뮴자석만이 이런 울림을 만들어내기에 가능한 일이다.
현세대에 그런 에너지가 갈수록 각광을 받으면서 전기모터를 사용하는 전동차와 풍력발전기 수요가 급증한다면 희토류의 수요도 폭발적으로 급증할것은 자명하다. 그렇다면 중국은 어떻게 첨단산업의 핵심원료인 희토류를 장악하게 되였을가?
중국 내몽골북부에 위치한 포두시는 원래 사막과 초목뿐인 유목지였는데 포두시북부에서 세계에서 가장 큰 희토류광산이 발견되였다. 동서로 몇십킬로메터에 달하는 넓은 광산에 희토류매장량은 우리 나라 전체의 87%를 차지한다. 현재 도시 곳곳에서 희토류개발붐이 일어나고있어 전세계에서 경제성장률이 가장 높은 도시중의 하나로 되였다. 바로 포두의 변천을 가능케 한것은 희토류이다.
사실 중국은 1960년대까지는 희토류자원의 가치에 대하여 별 관심이 없었다. 그러다가 1986년 3월 등소평의 지휘하에 희토류개발에 대한 장기적전략이 세워졌다. “중동에 석유가 있다면 중국에는 희토류가 있다”는 등소평의 호언에는 희토류자원개발에 대한 중국의 강한 의지가 담겨있다.
희장생교수는 희토류개발을 위한 정책제안을 함과 동시에 희토류정제기술을 개발하고 보급하였는데 여기에 관련된 연구인원만도 수백명이 배출되였다. 그리고 20여년이 지난 오늘 등소평이 한 말은 현실로 되여졌다. 지난해 7월, 중국에서 갑자기 희토류 하반기 대외수출을 대폭 줄인다고 선포했다. 이로하여 희토류의 거의 전반을 수입에 의거하는 일본에서는 소재산업의 전반적인 위기라고 말하고있다. 이같이 희토류의 공급부족으로 하여 그 값은 20-30배로 폭등했고 수많은 광산기업들을 희토류개발로 이끌고있다.
그런데 환득환실이라는 말처럼 희토류생산에서 가장 큰 걸림돌은 환경오염문제이다. 희토류광석에는 토륨, 우라늄 같은 방사성원소를 품고있다. 그래서 이들을 분리정제하는 과정에 엄청난 방사성페기물과 독성물질을 배출한다. 세계 최대의 희토류생산지인 포두시의 오염정도는 꽤 심각하다. 결국 2009년 중국 환경보호부는 오염물질규제강화에 나서서 페기오염물질에 대하여 전부 엄격한 기준을 세웠다.
그리고 최근 정부에서는 환경과 자연보호를 리유로 생산규제는 물론 수출관세까지 대폭 인상한 상태이다. 1982년 일본 미쯔비시화학은 자국의 엄격한 환경기준을 피해 말레이시아동부에 세계 최대규모의 희토류정제공장을 세우고 생산과정에서 배출되는 방사성페기물을 주변에 무단 배출하여 2년후 방사성오염농도가 기준치의 800배를 초과하는 등 엄중한 악과를 낳았다.
하여 린근주민들의 강렬한 항의에 공장가동을 포기했다. 문제는 외국의 희토류광산들이 페기되면서 관련기술도 사라졌다는 점이다. 1980년대 희토류관련기술은 미국이 독점하다싶이 하였다. 그리고 네오디뮴자석도 미국 죤 크로박사에 의해 개발되였다. 이 자석의 개발로 희토류수요가 급증하고 시장도 확장되였으나 1995년 이 회사는 재정악화를 리유로 문을 닫으면서 5년간 네오디뮴자석을 공급한다는 조건으로 네오디뮴자석특허를 중국에 넘겼다.
그후 이 회사는 중국 천진으로 옮겨왔고 직원들은 뿔뿔이 흩어졌고 자석개발자인 죤 크로의 운명도 마찬가지였다. 지난 세기 80년대부터 희토류생산을 장악하기 시작한 중국은 미국이 방심한 사이에 희토류생산이나 기술면에서 세계최선단에서 달리게 되였다. 또한 환경오염을 감수하면서 캐낸 희토류가 완제품이 되는 순간, 그 가치는 천배 이상을 뛰여넘는다.
지난해 4월에 열린 중국상해모터쇼에서 세계자동차제조업에서 중국의 인기가 올라감으로써 신차판매량이 미국을 제치고 2년간 련속 세계1위로 뛰여올랐다. 중국은 이제 전기자동차에 눈길을 모으고있다. 전기자동차에서 자동차를 움직이는 모터가 핵심부분이다. 모터 역시 자석의 힘에 의해 작동하게 되여있어 그 자력이 셀수록 그 성능이 좋아지기에 네오디뮴자석이 필수적일수 밖에 없다.
문제는 모터가 힘을 쓰며 작동할 때 생기는 고온때문에 그 자력이 약해진다는것인데 네오디뮴자석에 디스토슘이라는 희토를 섞어주면 고온에서도 끄떡없이 강한 자력을 유지하는 리상적인 영구자석이 된다. 그러므로 만약 디스토슘 공급이 불안정해지면 전반 전기차 생산자체가 불안정해지게 된다. 문제는 이 디슈토슘이 중희토에서만 얻어낼수 있는데 중희토매장량이 극히 적다는것이다.
원래 희토류는 크게 경희토와 중희토로 나뉘는데 중희토는 매장량이 극히 적고 가격도 훨씬 비싼데가가 대형광산들에서도 거의 나지 않는다. 아직까지 중국 강서성에서 생산하는 중희토에 의거하는 상황이다. 이곳은 우리 나라 중희토 집중매장지역으로서 국내총생산량의 70%를 차지한다. 그런데 이곳의 중희토는 암석이 아닌 흙속에 희토류가 녹아있어 그 채취방법이 아주 쉽다.
이곳의 중희토는 원래 태고시기에 중희토함량이 높았던 화강암이 수만년을 커쳐 풍화되여 점토층으로 변화한것이다. 그래서 약한 산성액체를 점토층에 뿌려주기만하여도 손쉽게 채취할수 있다. 이곳에 가면 약산성액체를 흘리는 파이프가 산전체에 배포되여있고 파이프마다 일정한 간격으로 산성액체가 흘러나올수 있도록 구멍이 뚫려있다. 구멍아래에는 희토류가 녹아내린 구덩이들이 곳곳에 흉하게 패여있다.
이렇게 채취과정이 간단하고 손쉽게 이뤄지다보니 이 일대에만 하여도 천여개가 넘는 회사들이 들어섰고 심지어 부근의 주민들도 광산에서 일해본 경험으로 약산성통을 둘러메고 중희토채취에 뛰여들었다. 그리하여 산전체가 희토류추출과정에서 흘러내린 진흙물로 뒤덮혀있다. 그러다보니 주민들이 식수문제로 불만이 터지고있다. 하여 정부에서는 채굴을 전면 중단하라고 선포했다. 비록 환경보호라는 명분을 내세우고있지만 세계적으로 매장량이 적고 값이 높은 중희토를 최대한 비축하려는 숨은 목적이 있을것이다. 아무튼 정부로서는 현명한 판단이 아닐수 없다.
현재는 물론 앞으로도 전기자동차보다 더 많은 중희토를 수요하는 시장은 풍력발전기제조업체이다. 2메가와트급 풍력발전기 한대를 생산하는데 수요되는 희토류자석이 적게는 0.4톤으로부터 1톤이 필수인데 결국 백여키로그람의 네오디뮴과 디스토슘이 필요하다는 설명이 된다.
중국 풍력발전기제조업체인 골드윈드는 세계 10대기업으로 급부상하였으며 신강지역에 25메가와트급 풍력발전기 8천대를 가동하여 년간 2천만키로와트시(KWh) 전력을 생산할 계획을 세웠으며 이는 정부에서 계획하고있는 7개 풍력발전기지중의 하나이다. 더 이상 화력발전으로는 급증하는 전력의 수요를 감당하기 어렵고 석탄발전이 위주인 이곳에 대형풍력발전기지를 세우려는 정부의 판단과 그 의미는 깊다.
만약 이렇게 된다면 자국에서 쓸 희토류량도 공급이 딸리게 될것이니 그 가격은 상상을 초월할 정도로 뛸것이다. 이런 상황에서 견디지 못한 외국기업들은 중국에로 공장을 옮겨오려는 추세를 보이고있다. 중국의 희토류보호조치로 가장 큰 타격을 입는것은 일본이다. 녀간 300만대의 자동차판매를 자랑하던 도요다도 이제 와서는 그 생산타인을 멈출수 없는 상황에서 지난해 9월초에 중국에 와서 핵심부분을 만들기로 결정했다고 한다. 세계적인 희토류자석제조회사인 일본 히다찌금속과 희토류합금 분야에서 세계적회사인 산쯔꾸화학공업 역시 중국으로 공장이전을 고려하고있다.
그리고 이에 대응하는 방법을 모색하여 우선 희토류를 쓰지 않는 방법을 탐색하는데 주의를 돌리고있다. 그들은 네오디뮴자석을 사용하지 않는 모터연구제작에 열을 올리고있다. 철심에 코일을 감아 전류를 흘려보내 자석을 만들고 이 전자석의 힘으로 모터를 작동시키는 유도전기형모터방식이다. 사실 유도전기형모터는 과거부터 있었던 기술이다. 영구자석모터가 각광을 받으면서 그 인기가 떨어졌지만 최근 희토류문제로 다시 주목을 받게 된것이다.
그런데 이런 모터는 체적이 크고 전자석을 만드는데 엄청난 전류를 수요하며 소음도 크다. 비유해 말하면 이것은 닭 대신 꿩을 쓴다는 격이다. 이런 모터가 제작된다 해도 네오디뮴자석모터와는 여러가지면에서 비길바가 못되는 궁여지책에 불과한것이다. 미국 역시 생태에너지 수요와 도심에서의 이동은 전기차를 리용하려 하고 또 대규모 해상풍력발전기지를 계획하고있다.
2008년 오바마는 청정에너지산업부분에 향후 10년간 천오백억불을 투자하겠다고 선언한바 있다. 최근 미국에서는 향후 10년의 주요자원의 예상수요를 조사했는데 록색에너지산업에 필수적인 희토류에 대해 심각한 공급위험이 있다고 우려를 표시했다. 새로운 청정에너지 전환을 위해 희토류문제는 피해갈수 없는 높다란 장벽이다.
20세기 세계는 석유를 장악하기 위하여 치렬한 경쟁을 하였고 21세기에는 또 다시 록색에너지의 경쟁력의 주축인 희토류를 놓고 패권쟁탈이 시작되고있으며 그 중심에는 중국이 서있다. 중국은 중장기적으로 희토류에 대한 공급의 세계독점권을 확보하는것이 궁극적인 목적이다. 따라서 그렇게 될 경우 21세기에는 중국이 희토류독점권으로 세계를 흔들며 미국에 도전할수 있다. 희토류자원의 힘이 이대로 계속 커진다면 어제날 미국이 세계자원사용중심의 패권을 중국에 자리를 내주어야 할지도 모를 일이다.
2012년 1 월 10 일
