전기차 배터리의 핵심은 리튬 (Lithium)

호주 리튬 광산 모습 (왼쪽), 정제된 리튬 모습 (오른쪽)

전기차 보급과 친환경 정책의 가장 큰 수해분야는 누가 뭐라 해도 2차 전지 (반복사용 가능한 배터리)이다. 헌데 한글로 만들어진 모든 미디어는 배터리 관련 기술과 기업 및 주식종목을 분석할 때, 온통 양극재, 음극재, 전해액, 분리막, 동박 만 이야기하고 있지, 아무도 리튬에 대해서는 이야기하지 않는다. 심지어 말하고 있는 배터리가 모두 *리튬* 배터리인데도 말이다.

아마도 국내 기업 중에 리튬을 직접 수입해 정재하거나 (마치 석유처럼), 리튬을 채굴하는 광산을 가진 기업이 없다는 이유가 가장 크겠지만, 아무리 그렇다고 해도 리튬 배터리 이야기를 하는데 아무도 핵심 소재인 리튬을 이야기하지 않는 다는 것은, 예를 들면 수소경제 구축을 이야기할 때, 아무도 수소를 언급 하지 않는 것과 마찬가지이다. 그런 바보 같은 현상이 한국 언론과 대중매체에서 흔하게 일어나고 있다.

전기차 초기 시장단계에 있는 현재는 자금력을 가진 몇몇 기업이 배터리 대량생산 기술을 독점하겠지만, 언젠가 중소기업도 전기차 배터리를 쉽게 만들 수 있는 기술혁신 단계에 접어들면, 마치 현재의 태양광 패널 시장이 그렇게 된처럼 전기차 배터리 시장도 원소재 가격에 지배적 영향을 받는 상품이 될지도 모른다는 점에서 리튬의 중요성은 점점 커질 것이다.

 

일본 Sony, 1991년 세계 최초로 리튬 배터리 상용화

잘 알려져 있지 않지만, 현 시점 가장 많이 사용되고 있는 리튬 (이온) 배터리는 일본 기업 Sony 가 1991년 (일본 거품경제의 마지막 해) 처음 상용품을 개발했다. 그보다 먼저 리튬 배터리를 세상에 알린 것은 노벨 화학상 수상자, Akira Yoshino 박사가 1985년 만든 시제품이었지만, 그로부터 6년후에 Yoshino 박사가 근무하던 AsahiKASEI社의 특허를 사용하여, Sony 가 세계 최초의 리튬 이온 배터리를 캠코더용으로 출시하면서 현재와 같이 2차 전지가 확산되게 되었다. (※ AsahiKAEI 는 일본의 대표적인 화학소재 회사. 현재 전기차용 리튬 배터리, 분리막 세계 1위 업체이기도 함. 2019년까지 매출액 기준 분리막 상위 5개 업체 중, 4개 업체가 일본 업체이며, 나머지 1개 업체가 한국의 SKIET 이었지만, 최근 순위가 격변하여 1~2개 업체가 중국 업체(예: 은첩)로 바뀌었다고 함)

※ 유럽 특허청의 리튬 배터리 창시자 Akira Yoshino 박사 업적 동영상 : https://youtu.be/M82KU6VlXDQ

 

차세대 2차 전지도 리튬이 핵심 소재

리튬 배터리는 과거 기술이 아닌, 미래 배터리에서도 계속 사용되는 소재이다. 리튬이 무한정 채굴할 수 있는 자원은 아니지만, 현재까지 파악된 매장량으로도 수백년 계속 채굴이 가능하고, 기존 배터리로부터의 재활용 기술도 발전하고 있기 때문에, 향후에도 가격적인 문제가 없는 한, 리튬은 계속 배터리 제조의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 아래 그림은 2021년 2월, Nature energy 학회에 발표된 차세대 배터리 기술 논문 내용인데, 리튬은 앞으로도 계속 핵심소재로 사용된다는 것을 확인 할 수 있다.

출처: Nature energy 학회지, 2021년 2월, 논문제목: Post-lithium-ion battery cell production and its compatibility with lithium-ion cell production infrastructure

 

전기차 배터리의 지배자는 리튬 생산업체

하얀 금(white gold)이라고까지 불리고 있는 리튬은 가장 많이 매장된 곳을 지역별로 구분해보면 호주, 칠레, 중국 순이라고 한다. 매년 새로운 리튬 광산이 발견되고 있으며, 현재 발견된 리튬 광산만으로도 앞으로 200년 이상은 채굴이 가능하다고 한다. 현재까지 발견된 리튬 광산 중 가장 채굴이 활발히 이루어지고 있는 곳은 호주 Greenbushes 광산(관리업체 Tailson Lithium) 이다. 이 곳의 리튬 채굴권은 중국과 미국이 각각 51%, 49% 소유하고 있는 것으로 알려져 있다.

출처: 영국 Skynews, 2020년 지역별 리튬 생산량(채굴량) (호주, 칠레, 중국 순)

2021년 7월 현재, 리튬 채굴˙정재˙생산 시장, 1~2위는 중국, 3위는 미국. 한국은 순위 밖에도 없다. 다만, 시장 점유율 순위는 업계에서 추산하는 수치이며, 중국 업체들은 공식적으로 리튬 채굴양과 매출규모를 외부에 정확히 공개하지 않고 있기 때문이다. 따라서 리튬을 수입하는 업체들의 거래량 데이터를 통해 추정한 업체별 시장 점유율은 중국 Ganfeng, 중국 Tianqi, 미국 Albemarle, 칠레 SQM 순이다.

출처: Statista.com, 세계 주요 리튬 채굴업체 시가총액 (2020년 2월 기준)

 

1) Ganfeng Lithium (중국), 세계 1위 리튬 생산업체

출처: Ganfeng Lithium 홈페이지. (신사옥 모습)

2021년 상반기 기준, 세계 1위의 리튬 생산업체는 Ganfeng Lithium (정식명칭: Jiangxi Ganfeng Lithium. 한국에서는 '강봉리튬' 이라고 많이 부름) 이다. 채굴권을 소유했거나 독점 공급계약을 맺고 있는 광산은 호주, 아르헨티나, 아일랜드 등 전 세계에 있으며, 당연히 중국 내에도 리튬 광산을 가지고 있다.

출처: Ganfeng Lithium's regional resources in annual report 2020 (공개: 2021년 4월)

알려진 바에 따르면 Genfeng Lithium에 가장 많은 양의 리튬을 공급하는 광산은 호주 서남쪽 내륙에 있는 Mount Marion 으로 알려져 있다. 이 광산의 사용권을 중국이 사들인 것은 한창 중국과 호주가 관계가 좋았던, 2015년 7월정도. 2018년에는 남미의 아르헨티나 리튬광산 지분도 인수하였는데, 그 무렵부터 한국 배터리 업체(LG, Samsung, SK)들도 중국 Ganfeng Lithium으로부터의 리튬 수입량을 대폭 늘린 것으로 알려져 있다.

참고로 외국인은 Ganfeng Lithium 주식을 홍콩 증시를 통해 살 수 있고 (HKEX 1772), 배터리와 전기차 관련 펀드를 통해서도 간접 투자가 가능하다. Ganfeng Lithium 2020년 annual report 에 따르면, 회사 창업자를 제외하고 투자자중 2위가 한국의 Samsung SDI 로 명시되어 있다. 1위인 펀드운용사와의 지분 차이도 거의 없지만, 최근 해당 대주주가 지분을 일부 처분했다는 소문도 있다 (해당 자료에서 명시되어 있지 않지만 한국 LG화학도 10위 권 내의 투자자로 알려져 있음).

Ganfeng Lithium's shareholders in annual report 2020 (공개: 2021년 4월)

 

출처: Google Finance, Ganfeng Lithium stock price

 

2) Tianqi Lithium (중국), 세계 2위 리튬 생산업체

출처: Tianqi Lithium 홈페이지 (호주 리튬 생산공장 모습)

Ganfeng Lithium 이 중국의 내륙 Jiangxi 에 있고, 그보다 약간 서북쪽에 있는 Chengdu 에 위치한 세계 2위 리튬 생산업체가 Tianqi Lithium 이다 (한국에서는 '천제리튬'이라고 많이 부름). 이미 중국의 업체에 대해 충분히 이해하고 있는 독자도 있겠지만, 그렇지 않은 독자들도 있기 때문에 다시 언급하면, 여기서 말하는 중국의 리튬생산 업체는 모두 민주주의 국가의 사기업과는 전혀 다른 개념이다. 쉽게 말하면 그냥 중국 공산당이 소유한 기관이라고 보면 된다. (중국은 공산당이 국가라는 개념보다 위에 있는 나라. 반대로 민주주의 국가는 국가보다 하위에 여러 정치세력 중 하나로 ‘당’이 존재. 일예로 중국은 나라와 국민을 지키는 *국군*라는 개념이 없고, 공산당과 당원을 지키는 *인민해방군*만 존재함).

Tianqi Lithium 역시 호주의 Kwinana 광산 (1위 업체 Ganfeng Lithium 소유의 리튬광산 인근 지역의 광산)의 지분을 인수하여, 리튬을 생산하고 있다. 중국의 Ganfeng Lithium 과 Tianqi Lithium 이 생산하는 리튬의 양은 전 세계에 팔리는 리튬의 절반 이상으로 추산 된다. 이미 리튬 생산 시장은 중국이 갑이다.

출처: 삼성증권 (2021년 8월)

 

3) Albemarle (미국), 세계 3위 리튬 생산업체

출처: Albemarle 홈페이지. (왼쪽: 호주 공장 모습, 오른쪽: 칠레 공장 모습)

사실 불과 몇 년전까지만 해도, 세계 1위 리튬 생산업체였던 미국회사. 중국이 호주 리튬광산을 싹쓸이로 사들이는 것에 위기의식을 느끼고, 그나마 호주 정부가 중국 견재를 위해 자국 기업 Rockwood 을 통해 가지고 있던, Greenbushes 리튬 광산 지분 49%를 인수하면서, 세계 최대 리튬 광산을 중국과 미국이 각각 51%, 49% 나누어 가지게 됐다.

Albemarle 은 중국업체의 손이 아직 덜 미치고 있는, 남미 칠레의 Salar de Atacama 광산을 사들여 칠레 정부로부터 2043년까지 최대 145천 톤의 리튬 생산권한을 받아냈다고 한다. 그밖에도 아직 상대적으로 개발이 많이 되지 않은 호주의 서북쪽 리튬 광산인 Wodgina 광산과도 채굴권 인수계약을 추진 중이라고 한다.

미국 리튬 생산업체 Albemarle 주식은 뉴욕증시를 통해 티커 ALB로 상장되어 있어, 누구나 쉽게 투자할 수 있으며, 주가는 예상대로 최근 상승 중이다. 향후 리튬에 대한 투자가치를 보고 주식을 사고 싶다면, 기업 회계 투명성이 보장되지 않고, 투자자보다는 공산당 지시로 따라 언제 없어질지도 모르는 중국 기업보다, 투자자에 우호적인 미국 기업 Albemarle (ALB)를 고려해 보는 것이 더 좋아 보인다. 미국 정부도 현재와 같이 중국이 지배하는 차세대 핵심소재 분야를 가만히 보고만 있을리가 없다.

+ 최근 미국 "인플레이션 감축법", 이른바 "미국산 우대법" 통과에 따른 미국 배터리 소재를 사용한 전기차에만 세금혜택을 주는 법안에 말이 많은데, 그냥 미국에서 전기차 팔려면, Albemarle 이 공급하는 배터리 소재를 사용하라는 말이라고 보면 된다. 이런 법은 중국이 몇년전 자국산 배터리 탑재 전기차에만 세금혜택을 주던 것과 완전히 동일한 법으로, 누가 누구를 따라했다기 보다는 그냥 서로 시비걸면 주먹으로 되받아쳐주겠다는 응징 이외에 더도 덜도 아니다. 다만 미-중 싸움에 외줄타기 하는 광대, 한국이 밥줄이 끊긴다는 것이 문제.

출처: Google Finance, Albemarle stock price

미국 워싱턴포스트, 리튬의 중요성에 대한 동영상 (리튬시장 3분의 2를 지배하고 있는 중국의 위협) 2021년 4월 : https://youtu.be/xlGx8GAtTh8

※ 필자는 리튬에 투자하는 대상으로서 위에서 언급된 리튬 생산업체 외에도 전기차 배터리 관련 업체 주식을 모아 놓은, 미국 자산 운영사 Global-X의 LIT etf 도 좋은 선택이 될 수 있다고 생각한다. 미국과 중국의 리튬 광산 소유 및 생산업체가 모두 포함되어 있고, 한국의 배터리 생산업체와 부품업체도 다수 포함되어 있어서 자연스럽게 분산투자도 가능하다.

출처: Google finance's Global-X LIT ETF stock price

※ 필자는 선물 거래에 대해서는 잘 모르지만, 세계에서 가장 큰, 런던 금속 거래소(London metal exchange)에서, 리튬은 아직 취급하지 않는 것으로 알고 있다. 즉, 아직 리튬 거래 시장이 안정화 되어 있다고 보기는 어려운 것 같다. 현재 리튬 국제 가격을 공시하는 FastMarkets 사이트도 홍콩 증권 거래소(HKEX)가 운영하고 있으며, 변동되는 가격의 단위도 미국 달러와 중국 위안화 기준으로 하고 있는 것 같다.

※ 한국이 해볼 수 있는 리튬생산 사업은 리튬 광산을 가지고 있지 않는 한, 다쓰고 버린 폐 배터리에 들어 있는 리튬을 뽑아내는 방법 이외에는 달리 방법이 없어 보인다. 즉 쓰레기 재활용 기술과 비슷한 개념이다. 하지만 현재 기술로는 중국 기업에서 사다 쓰는 것보다 훨씬 비용이 많이 들기 때문에, 경제성이 떨어진다. 국내 배터리 제조업체와 금속소재 생산 업체 등이 관련 기술 개발에 투자한다는 뉴스가 드문드문 나오고 있지만, 아직 갈 길이 멀어 보인다.

※ 미국 테슬라(Tesla) 자동차도 DLE(Direct Lithium Extraction) 기술을 사용하여 리튬을 직접 생산하는 시범사업을 한적이 있다고 한다. 결과는 실패. 자세한 정보는 찾지 못했지만, 광산에서 채굴된 리튬 혼합물을 물이나 용매에 녹인 후에, 리튬만을 흡착하는 소재를 이용하여 순도 높은 리튬을 직접 추출하여 정재한다는 개념이었는데, 시범사업 결과 사업 타당성을 확보하지 못한 것 같다. 아직도 계속 시도하고 있는지, 중단했는지는 확인되지 않는다.

※ 최근 (2021년 6월), 사우디아라비아의 왕립 압둘라 과학기술대학 (KAUST)에서 바닷물로부터 고순도로 리튬을 추출하는 기술을 개발했다고 논문이 발표됐다. 헌데 발표 논문을 확인해보니, 대학만 사우디아라비아에 있을 뿐, 논문 저자가 모조리 중국인 이름이었다. KAUST 에서 개발했다는 기술은 LLTO 맴브레인 필터인데, 이 필터를 사용하면 고효율로 해수에서 리튬 추출이 가능하단다. 보통 이런 기술은 실험실(결과에 유리한 제한된 조건)에서 비교적 단기간 동안은 원하는 성과를 보여줄지 모르지만, 상용화까지 가지 못하는 경우가 많은데, 시제품의 내구성 그리고 생산 효율성 등이 확보되지 않는 경우가 대부분이기 때문이다. 그동안 마법같은 성능의 필터들이 무수히 개발되고 언론에 소개되고 있지만, 99% 이상이 앞에서 언급한 문제를 극복하지 못해서 논문만 나오고 제품이 안나오는 것이다. KAUST의 LLTO 맴브레인 필터에 대한 상세한 내용은 아래 논문 주소에서 확인 가능하다.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/EE/D1EE00354B#!divAbstract

Continuous electrical pumping membrane process for seawater lithium mining

※ 정확한 날짜는 기억할 수 없지만, 2018년 언젠가 Tesla 자동차 사장, 일론머스크(Elon Musk)가 어디선가의 인터뷰에서 리튬보다는 니켈(nickel) 가격이 더 걱정된다는 의견을 피력한 적이 있다. 당시 일론머스크는 현재 사용중인 모든 배터리가 리튬을 핵심소재로 사용하는 것은 맞지만, 배터리에 들어있는 실제 함량은 리튬보다 양극재에 사용되는 니켈이 더 많다고 하면서, 니켈 가격 상승이 더 부담된다고 했던 것 같다. 시간이 되면 전기차 배터리용 니켈 소재에 대해서도 공부한 내용을 공유할까 한다.