기계산업과 희소금속 (1)

기계산업과 희소금속 (1)

희소금속의 국내외 수요 현황과 산업 동향


- 공급불안과 수요팽창에
자원확보·저감기술·대체기술개발에 주력

희소성, 공급 위험성 있는 금속들


자원 빈국인 한국의 광물자원 자급률은 매우 낮은 수준으로 금속광물 특히, 희소금속은 수요의 대부분을 수입에 의존한다.
<희소금속산업기술센터>는 희소금속에 대해 정의하기를, ① 지각 내에 존재량 자체가 적거나 경제성 있는 추출이 어려운 금속자원 중 현재 산업적 수요가 있고 향후 수요 신장이 예상되는 금속원소, ② 극소수의 국가에 매장과 생산이 편재되어 있거나 특정국에서 전량을 수입해 공급에 위험성이 있는 금속원소로 정의한다.
각 국가마다 또는 시대마다 희소금속을 분류하는 기준은 다른데, 한국은 현재 수요가 있는 것과 향후 기술혁신에 수반에 새로운 공업용 수요가 예측되는 것으로 35종, 56개의 금속원소로 정의하고 있다. 이에 따라 리튬, 마그네슘, 세슘, 베릴륨, 스트론튬, 바륨, 희토류, 티타늄, 지르코늄, 하프늄, 바나듐, 니오븀, 탄탈륨, 크롬, 몰리브덴, 텅스텐, 망간, 레늄, 코발트, 니켈, 백금족, 카드뮴, 갈륨, 인듐, 탈륨, 붕소, 게르마늄, 인, 비소, 안티몬, 비스무스, 실리콘, 셀레늄, 텔루늄, 주석(단 희토류는 Rare Earth Element 17종, 백금족(PGM)은 백금족 원소 6종을 의미) 등� 한국이 분류한 희소금속들이다.
일본은 희소금속을 31종으로 분류한다. 한국이 정한 마그네슘, 카드늄, 인, 실리콘을 제외하고 희토류 16종(한국대비 스칸듐 제외), 백금족 2종(팔라듐, 백금)이다. 미국의 희소금속(rare metal)은 33종이다. 한국이 정한 6종(마그네슘, 니켈, 인, 비소, 안티몬, 주석)을 제외하고, 칼슘, 루비듐, 토륨, 우라늄, 플루토늄 등 5종이 추가된 것이 특징이다.
2008년 광물자원 자급률은 12.9%인데, 희소금속을 포함한 금속광물 자급률은 1.3%에 불과했다. 역시 2008년 희소금속 광석 수입액은 12억 6천만 달러로 전체 희소금속 수입액의 10.1%를 점유했다. 2008년 희소금속 수입액이 총 125억 5천만 달러였는데, 이 중 광석수입액이 12억 6천만 달러, 소재가 112억 9천만 달러였다. 이는 국내 제련·정련기술이 미흡하여 광석보다 소재(금속, 화합물 형태) 수입이 대부분이었다는 것을 의미한다. 또 폐금속자원 재활용을 통한 희소금속 자원 확보보다 해외 수입에 의존하고 있다는 것도 암시하고 있다.

대부분 수입에 의존하는 희소금속


합금철 분야를 제외한 첨단산업 및 녹색산업용 희소금속 소재 대부분을 수입에 의존하는데, 2008년 기준 희소금속 소재 수입액은 112억 9천만 달러, 수출은 34억 9억천만 달러로 무역 수지는 78억 달러 적자를 기록했다.
첨단산업 및 녹색산업에 사용되는 희소금속(갈륨, 리튬, 코발트 등)은 전량 수입에 의존하며 최근 빠른 증가 추세를 보이고 있다.
다만, 철강용 소재인 합금철 분야 희소금속(망간, 니켈, 몰리브덴 등) 소재는 국내 공급, 수출되고 있으며 자급률도 비교적 높은 수준이다. 망간은 국내 생산이 30만 톤, 자급률 70%며, 니켈은 국내 생산이 3만 2천톤, 자급률 66% , 몰리브덴은 국내 생산이 6만 톤, 자급률 44%다. 2008년 망간, 니켈, 몰리브덴, 실리콘 수출액은 26억 1천만 달러로 전체 수출액의 74.8%였다.
한편 일부 희소금속(인듐·카드뮴·비스무스, 셀레늄·백금 등) 소재는 동과 아연 제련 시 부산물의 형태로 소량 생산된다. 인듐·카드뮴·비스무스의 국내 생산은 <고려아연>에서, 셀레늄·백금은 국내 사에서 생산한다.
이들의 주 수입국은 일본(22.6%), 중국(15.2%) 순이며, 특히 대일 무역수지는 22억 달러 적자로 전체 희소금속 소재 무역적자의 28.2%를 점유한다.
수입 순위와 수입액(점유율)을 보면, ①일본 28.2억 달러(22.6%), ②중국 19.0억 달러(15.2%), ③남아공 10.8억 달러(8.6%)며, 수출은 ①중국 12.1억 달러(33.5%), ②일본 6.2억 달러(17.2%), ③대만 6.1억 달러(17.1%)다. 특히, 희소금속 소재(금속 또는 화합물 형태)는 전체 대일 소재분야 무역 적자(115억 달러)의 19.1%를 차지한다. 2008년 대일무역 적자는 부품·소재분야에서 209억 달러, 소재분야 115억 달러, 희소금속 소재 22억 달러를 기록했다.

수요산업은 성장세, 보유국은 유출 억제


희소금속의 주요 수요산업은 성장세를 지속하는 반면, 자원은 한정되어 있으면서 지역 편중성이 심하다. 이에 편승해 자원 보유국들은 자원의 억제정책을 펼치고 있어 ‘자원 무기화’라는 말이 등장할 정도다. 국내에서 초경공구 산업의 80%가 쓰이는 텅스텐의 경우 전량을 중국에서 들여오는데, 중국이 자동차, 기계산업용 공구의 국산화 및 텅스텐 국가관리 정책으로 자원개발과 유출을 억제함으로써 어려움을 겪고 있다.
절삭공구와 이차전지에 필수적인 코발트 역시 원소재는 콩고, 일본, 벨기에, 중국 등에서 전량 수입한다. 전체 매장량의 절반을 차지하는 콩고는 광석 상태의 자원수출 억제정책을 펴고 있고, 중국은 광석 수입·처리에서 콩고 정책변화에 의해 중간재 수입으로 변환했으며, 외국 광산개발에 열을 올리고 있다.
산업용 로봇의 모터, 자동차용 모터에 쓰이는 네오디움도 마찬가지. 네오디움의 공급은 Nd잉곳, Nd합금분말, Nd산화물 등의 중간재가 중국으로부터 전량 수입되는 형태다. Nd계 영구자석과 같은 최종제품은 대부분 중국(저가품)과 일본(고가품)에서 수입에 의존한다. 광석은 전체 보유의 65%, 전체 공급의 90%를 중국 등이 차지한다.
네오디움의 자원수명은 현재 기준으로 30년 정도가 예상되나 하이브리드·전기자동차 개발 및 보급에 따라 조기 고갈의 위험이 있어 장기 공급 안정성은 극히 불투명하다. 대부분의 Nd 자원이 중국에 편중되어 있고 실제 전체 생산량의 90%를 중국이 차지하고 있는데, 중국은 자원무기화를 위해 원소재의 수출을 억제하고 있는 실정으로 공급이 위축돼 있다.
산업기기, 수송재, 용접봉, 터빈엔진에 쓰이는 크롬은 광석 물동량의 약 75%가 남아공(38%), 카자흐스탄(19%), 인도(17%) 등지가 점유한다. 크롬 역시 자원의 지역편중과 자원보유국가의 유출억제 정책, 그리고 남아공의 제련품 형태 유출장려 정책에 의해 공급위축이 전망된다. 남아공은 광석이 아닌 제련품 형태의 유출 정책을 펴고 있어 수입 금액이 커지는 경향이 있다. 특히 스테인레스강 제조에 약 90%가 쓰이는 크롬의 중간제품인 페로크롬은 중국의 스테인리스강 수요와 직결되어 세계 물동량의 약 2/3 이상을 중국 내에서 소비하여 수요팽창이 일어나고 있다. 때문에 수요-공급의 불균형과 공급국가와 수요국가의 전략소재화가 가속화할 것으로 보인다.


국내 생산기반과 소재화 기술도 취약


희소금속을 응용하여 완제품을 만들기까지는 원소재를 제련·정련하는 생산기술과 가공처리하여 중간소재를 만드는 소재화 기술이 필요하다. 또 희소금속이기 때문에 재활용률을 높이는 기술과 소재의 절감기술, 대체기술도 있어야 한다.
하지만 한국은 희소금속을 많이 쓰는 산업구조에도 불구하고 국내 소재·재활용기업은 단순 임가공 형태의 중소기업으로 기술력 및 산업기반이 취약하다.
첨단제품 산업의 고도성장으로 희소금속 수입 및 무역역조가 확대했는데, 미처 기술력이 뒷받침이 되지 않았기 때문이다. 2008년도를 기준으로 2002년에 비해 수출 총액이 2.6배 성장했으나 같은 기간 희소금속 무역역조는 4배나 늘었다.
첨단 제품의 핵심 소재인 인듐, 희토류 등 고부가가치 희소금속 소재의 국내 생산기반 및 소재화 기술이 취약하기 때문인 것으로 분석된다. 또 합금철 중심 철강산업과 소재업체를 제외한 관련 기업의 영세성으로 국내생산 및 연구기반, 고급 인력 및 R&D 투자가 미흡한 것도 무역역조의 원인으로 분석하고 있다. 국내 희소금속 관련업체의 78%가 100인 이하 중소기업이며 업체의 67%가 매출 500억 이하다. 또 폐금속자원 재활용업체 363개사 중 희소금속 전문 재활용업체는 20여개(5.5%)에 불과한 실정이다.
국내 희소금속산업은 니켈, 망간, 몰리브덴, 바나듐 등과 같이 합금철 중심으로 국내 산업이 이미 형성되어 있는 분야는 ‘산업성숙형’으로 본다. 이들 4종의 희소금속은 국내에 자원이 없지만, 원소재와 중간소재 기술이 있고, 주 수요산업인 철강산업과 동반성장하여 산업으로서 성숙한 단계에 있다고 할 수 있다. 원소재란 금속괴 형태를, 중간소재는 괴 가공 후 부품적용 직전까지의 형태를 말한다.
텅스텐과 마그네슘 등 2종은 ‘자립 가능형’ 산업으로 분류한다. 이들은 중간소재 산업기반이 형성되어 있고, 제련기술 및 산업기반이 확보될 경우 자립이 가능할 것으로 보기 때문이다.
인듐, 코발트, 백금, 리튬 등 13종은 수요가 급증하는 추세인데도 공급이 제한적인 상황이다. 하지만 관련산업이 형성될 필요조건 때문에 ‘성장 잠재형’으로 보고 있다.

국내 희소금속 산업 육성, 관리 정책


최근 희소금속 글로벌 시장은 첨단산업 성장에 따른 수요 증가 및 자원 보유국의 수출통제 강화에 따른 공급 불안정성 확대 및 가격 급등이 가속화하고 있다. 전기차, LED, 디스플레이 등의 핵심부품에 소요되는 인듐, 네오디뮴 등의 희소금속 가격이 2002년 대비 1.6배에서 24배까지 상승했다.
공급의 불안정한 상황뿐 아니라 희소금속 확보 경쟁도 치열하다. 최근 중국의 희토류 수출 제한 조치가 세계경제 주요 이슈로 등장하면서 국가간 희소금속 확보 경쟁이 가열되고 있다. 중국은 2011년 상반기 희토류 수출 쿼터량을 35% 감축하고, 2011년 1월부터 수출관세도 15%에서 25%로 인상 하는 등 자원무기화를 가속시키고 있다.
일본은 2010년 중국과의 센카쿠 열도 영유권 분쟁에서 중국의 희토류 수출중단 조치 3일 만에 항복하는 굴욕을 경험할 만큼 희소금속 확보를 위해서는 만사가 불통한 형편이다. 이에따라 일본은 ‘희소금속의 탈 중국화’를 선언하고 대체소재 개발에 나서, ODA(공적개발원조, Official Development Assistance) 확대 및 중앙아, 아프리카의 희소금속 광산 확보에 주력하고 있다.
한국도 주력산업인 전기차, LED, 디스플레이 및 2차 전지 시장확대로 글로벌 희소금속 수요가 급증함에 따라 희소금속의 안정적인 공급기반 확보가 기존 주력산업의 성장 모멘텀 유지 및 신성장 산업 육성의 선결과제로 부상했다. 따라서 희소금속대책을 자원개발에서 한발 더 나아가 희소금속 산업생태계 조성에 대한 관심을 가져야할 시기가 도래했다고 판단하고 있다.
자원 확보 →제련·정련 →소재·부품화 →첨단기기 적용으로 이어지는 희소금속의 선순환형 가치사슬 형성이 시급하다는 인식이다.
부품·소재화 단계의 산업 생태계 부재로 희소금속을 확보해도 이를 사용할 기업이 없는 역설적인 상황이 발생한다는 우려도 있다. 국내에 생산기반이 갖추어져 있는 2차 전지의 경우, 최근 리튬 등 원료의 직접 수입이 급증했다.
반면, 국내 생산기반이 없는 모터용 희토류 영구자석의 경우, 희토류 수입 보다는 영구자석이나 모터 등 부품형태로 수입된다. 특히, 인듐 및 갈륨 등 일부 희소금속은 국내 생산이 됨에도 불구하고 관련 부품의 생산기반 및 부품화 기술 부재로 소재를 해외로 반출한 후 고가의 부품으로 역수입하는 상황이 발생하고 있다.
지경부가 발표한 희소금속과 수요기업 간 미스매치 사례 두 가지를 들면, 먼저 전기차용 희토류 영구 자석은 전량 수입하는데, 국내에는 희토류 영구자석 및 희토류 모터 생산 기업이 전무하여 사실상 희토류를 사용할 기업이 없다. 또 LED 제조용 갈륨 전구체(TMG)도 전량 수입하는데, <고려아연>이 갈륨을 생산하나 국내에는 갈륨 전구체(TMG) 생산기업이 없어 갈륨은 수출하고 고가의 전구체(TMG)를 역수입 하는 형편이다.

국내의 희소금속 산업생태계 조성 계획


한국은 35개 희소금속 중 국내 수급상황, 공급 안정성, 가격변동성을 고려하여 전략적 육성이 필요한 11대 전략 희소금속을 선정해 놓고 지원정책을 마련했다. 11대 금속은 니켈, 텅스텐, 마그네슘, 리튬, 인듐, 코발트, 백금, 희토류, 갈륨, 티타늄, 지르코늄 등으로, 이들 11대 금속의 취약기술 40개를 발굴하여 2020년까지 자립 및 상용화를 지원한다는 계획이다. 제련·정련(금속), 소재화 및 대체, 저감기술 개발 등 4대 분야에 10년간 3,000억원의 지원 계획을 세웠는데, 2011년에는 16개 과제에 350억원을 투자한다.
세부계획을 보면, 11대 금속의 산업생태계 조성을 위해, 첫째 Value Chain 연결에 필요한 40개 핵심기술 개발에 2020년까지 3,000억원을 투입하여 기술자립 및 상용화를 지원할 계획이다. 핵심기술은 광석에서 금속을 분리하거나 고순도화 하는 기술, 자동차 등의 부품 기능에 맞게 가공하는 소재화 기술, 사용량 저감 또는 대체소재 개발, 폐가전기기 등으로부터 희소금속 원소를 추출하는 기술 등이다.
둘째, 올해 착공한 강릉의 마그네슘 제련공장 건설과 같이 희소금속을 소재화하는 기업의 투자를 적극 유도하고, 볼리비아 유우니염호 리튬개발과 같이 안정적 공급원 확보를 위한 해외 자원협력을 추진할 계획이다.
셋째, 희소금속을 소재화, 부품화하는 기업이 뿌리 내릴 수 있도록 희소금속 기업에 대한 기술, 정보, 인력을 제공하는 인프라를 구축한다는 계획이다.
인프라 구축의 내용은 이미 설치된 희소금속산업기술센터(KIRAM) 및 충청권(공주대), 호남권(전남TP, 순천), 강원(RIST, 강릉), 동남권(KIMS, 창원) 등 전국 4개 희소금속 집적지에 희소금속 실용화 센터를 설치, 소재화 전문기업을 발굴하고 R&BD(Research and Business Development)를 지원한다.
또 지역 거점 교육기관(대학원) 지정을 통한 석·박사급 전문인력 양성, 출연연을 통한 현장인력 재교육 등 인력 양성도 인프라 구축 차원에서 지원하며, 해외전문연구소와 희소금속 관련 정보교류, 기술 개발, 기술인력 교류 등 국제 공조체제도 구축해 나갈 계획이다.

해외의 희소금속 정책

일본…2009년에 ‘희소금속 확보를 위한 4대 전략 구축’ 세워


일본은「희소금속 종합대책 특별위원회」를 1981년도에 구성하여 희소금속 재활용, 비축 및 국가통계 정비 등 관련 정책을 지속적으로 추진하고 있다. 이어 2000년도에는 ‘순환형 사회 형성추진기본법’을 제정하고 희소금속 재활용 및 사용량 저감을 법제화했다. 2007년에 일본 경제산업성은 ‘희소금속 안정적 공급대책’을 수립했고, 2009년에는 ‘희소금속 확보전략’을 연이어 수립하여 자원고갈 및 수급 불안에 선제적으로 대응하고 있다. 이 정책들은 해외 희소금속 자원확보, 재활용시스템 구축, 대체재 개발, 비축 확대 등이 주요 골자다.
2009년 구축한 ‘희소금속 확보를 위한 4대 전략’은 31종의 희소금속 중 10종을 핵심 원소로 분류하고 해당 금속의 안정적 확보 및 비축 체제를 재정비한 것이다. 이 때 분류한 10대 핵심원소는 인듐, 셀레늄, 갈륨, 희토류, 리튬, 안티몬, 티타늄, 코발트, 탄탈륨, 니오븀 등.
내용은 엔차관 제공을 통해 희소금속 자원 보유국과의 관계를 강화함으로써 자국 기업의 개발권 등 권익을 확보한다는 것으로, 희소금속 미개발 광산이 많은 아프리카, 남미 국가에 철도 및 도로 등 광산 주변의 인프라 정비사업을 위한 엔차관을 제공한다는 것이 핵심이다. 이에 따라 아프리카 남부 4개국(보츠와나, 잠비아, 모잠비크, 나미비아) 진출의 일환으로 2009년 7월 이들 국가와 인공위성 자원탐사 계약을 체결했다.
일본은 또 도시광산 개발을 강화하는 한편 아시아 차원의 자원순환 시스템 구축을 모색하고 있다. 코발트, 몰리브덴 등 고농도의 희소금속이 포함된 휴대폰의 회수율을 높이기 위해 지방정부 및 판매점을 중심으로 회수사업을 강화하는 것이다.
아울러 기술 문제로 자원보유국에서 처리 불가능한 광석을 일본에 반입해 주요 자원을 재생한다는 ‘범아시아 자원순환 시스템 구축’도 제안했다.
일본은 10대 희소금속을 대상으로 대체재료 및 사용량 저감 기술의 개발에 박차를 가하는 한편 비축체제도 재정비했다. 대체재료 및 사용량 저감기술의 개발을 위해 나노 레벨에서 계측 분석이 가능한 기술장치를 공유하는 산·관·학 연구센터를 설립하고, 지속적인 광종 평가를 통해 이용실태 변화, 시장동향, 재활용 수준 등을 파악함으로써 수급동향에 따라 비축대상 금속을 유연하게 확대하고 있다.

일본 희소금속 관련 법제


일본은 희유금속의 리싸이클·재사용·사용저감(3R)을 중심으로 법제화 되어 있다. 특정 희유금속 회수 규정은 없으나, 일부 가전제품과 자동차, PC, 전지 등 제품 회수 등을 통해 함유된 희유금속 회수를 유도하고 2009년 상반기에는 LCD, 의류건조기 등에 확대 적용하여 추진 중이다.
희유금속 자원유출 관련 폐제품 수출금지 강제 규정은 없으나 타국 오염 피해억제를 위한 폐기물 수출입 신고 규정은 존재한다. ‘순환형사회형성추진기본법’을 중심으로 9개 법률을 운용 중인데, 이 중 자원유효이용촉진법·가전리싸이클법·자동차리싸이클법이 희유금속 재활용을 간접적으로 유도하는 제도다.
순환형사회형성추진기본법은 환경성이 주무부처로, 폐기물 발생억제, 재사용, 리싸이클 정책에 대한 정부·기업·국민 등의 역할 분담과 협력체제 등 추진의 기본원칙이 규정되어 있다.
‘자원유효이용촉진법’은 사업자에 의한 제품 회수·리싸이클, 제품의 자원절약·장수명화 등 폐기물 발생억제, 회수 제품 재사용, 산업부산물 발생억제·리싸이클, 순환형 경제시스템 구축을 유도하는 법제도다. 10업종 69품목을 지정하여 폐기물처리·리싸이클 가이드라인을 제시한 것이다. 2차전지 재자원화 목표비율 을 니켈수소전지 55%, 리튬전지 30% 등으로 정해 놓은 것을 예로 들 수 있다.
한편 2006년부터는 물질함유마크 제품 표시제도를 시행하여 납·수은 등 환경악영향 물질(RoHS규정 6개 물질)을 함유하고 있는 일정 제품에 대해 함유량 및 회수구조 정보 제공 등을 의무화하고 있다. 제조단계부터 리싸이클이 용이한 소재 및 설계 채용을 유도하고 있는 것이다.
가전재활용법도 있다. 4대 가전기기의 폐기물 수집·운반 및 재상품화 등에 관한 기본방침을 법제화한 것이다. 이들 재활용 목표도 에어컨 60%, TV 55%, 냉장고 50%, 세탁기 50%(중량기준)로 제시해놨는데, 미달성시 부담금을 부과한다.
자동차재활용법은 전 차종을 대상으로 폐자동차로부터 발생하는 최종 잔재물의 최소화를 도모하는 법제다.
한국과 EU는 승용차 및 3.5톤 이하 트럭만을 대상으로 하는데 비해 전차종 대상이라는 점이 특징이다. 제조·인수·해체·파쇄업자 및 소비자에게 처리 의무를 부과한 내용이다. 특히 폐차시 잔재물 및 특정부분(프레온/에어백)의 재활용율 의무화, 최종 잔재물 재활용업자에게 보조금을 지급하는 것도 특징이다.

일본의 희소금속 대체재료 개발 전략


희유금속 자원 등의 최대 수입국인 일본은 희유금속 광석 및 소재의 가격 급등 또는 자원의 국부화 문제로부터 이를 해결하는 방안으로 산업계와 대학 간 프로젝트로 문부과학성이 ‘원소 전략 프로젝트’를, 경제산업성이 ‘희유금속 대체 재료 개발 프로젝트’를 각각 2007년부터 시작했다.
두 종류의 프로젝트는 ‘3기 과학기술 기본계획’의 중점 추진 4개 분야의 하나인 ‘나노텍·재료 분야’에 열거된 ‘전략 중점 과학기술’ 중, ‘자원 문제 해결에 중요한 희소 자원·부족 자원 대체 재료 혁신 기술’의 연구 개발로 평가된다.
문부과학성과 경제산업성에서는 이 연구 영역에 대하여, 기초로부터 실용화까지 광범위하게 전개할 수 있는 지원 체제를 확립하고 효과적인 연구 개발을 실시하기 위해, 공모 단계에서부터 제휴를 하고 진행하는 것으로 하고 있다.
연구개발 사업인 ‘원소 전략 프로젝트’는 물질·재료를 구성하고 그 기능·특성을 결정하는 원소의 역할·성격을 연구하고, 물질·재료의 기능, 특성의 발현 기구를 명확하게 한 것으로, 희소원소나 유해 원소를 사용하지 않고, 높은 기능을 가진 물질이나 재료를 개발하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로는 풍부하고 무해 원소에 의한 대체 재료의 연구, 전략 원소의 유효 기능의 고도 활용, 원소 유효 이용을 위한 실용 재료 설계 기술이라는 연구를 들 수 있다. 이 프로젝트에 있어서는 5년의 연구 기간종료 후에, 실용화로 향한 연구 단계로 이행하는 것을 목표로 하여, 완전 대체 기술의 개발이나 사용량의 대폭 절감 등을 목표로 하는 것을 원칙으로 한다.
이 프로젝트의 과제 중 하나인 ‘아연을 대체하는 용융 Al 합금계 도금에 의한 표면 처리 강판의 개발’의 경우, 도금 강판에 사용되는 아연(Zn)은 소비량이 막대하므로, 장래의 자원 고갈이 심각하게 우려돼 아연을 대체하는 Al 합금계의 표면 처리 기술을 개발한다는 목표다. 현재 상태의 아연에 의한 표면 처리 기술, 용융 도금 제조 설비를 활용하면서 고기능성을 손실시키지 않는 풍부하고 무해 원소인 Al－Mg－(Zn,Si)계 합금에 의한 표면 처리 기술을 확립한다는 연구내용이다.
경제산업성의 ‘희유금속 대체 재료 개발 프로젝트’는 혁신적 부재 산업 창출 프로그램의 일환으로 2007년부터 신규 사업으로 시작했으며, 이 사업은 문부과학성·독립행정법인 과학기술진흥기구(JST)의 ‘원소 전략 프로젝트’와 협력하고, 기초부터 실용화까지 전개할 수 있는 체제를 확립하여 실시하고 있다.
희유금속은 일본 산업 분야를 지지하는 고부가가치 부재의 원료이고 수요가 확대하고 있으나, 개발도상국도 크게 수요가 확대하고 있어 공급에 문제가 있다고 봤다. 일본의 중장기적인 안정 공급 확보에 대한 우려가 발생했다는 의미다. 이에 대한 구체적인 대책으로 2006년 6월, 자원에너지청으로부터 보고된 ‘비철금속 자원의 안정 공급확보로 향한 전략’이 있다 여기에는 탐광 개발의 추진, 재활용의 추진, 대체 재료의 개발, 비축 등이 정리되고, 현재 각각의 구체적인 대책이 진행되고 있다.
이 연구 개발은 대체와 사용량 절감을 목표로 하고, 이것을 통하여 일본의 희유금속의 중장기적인 안정 공급을 확보하는 것도 목적으로 하고 있다. 인듐, 디스프로슘, 텅스텐 등의 희유금속은 미래 성장 분야인 정보 가전, 로봇, 전지 등이 새로운 산업 분야의 확대에 의하여 수요가 증대할 것으로 인식하고 있다. 그러나 특정 산출국의 의존도가 높은 이 희유금속은 시장 메커니즘이 원활하게 기능하지 않는 가능성이 있고, 그 공급 리스크는 경제 성장의 제약 요인이 될 수 있다는 판단이다.
따라서 이 프로젝트로는 비철 금속 자원의 안정 공급 확보로 향한 전략의 일부로 하여 대체/사용량 절감 기술을 개발하는 것이다. 구체적으로는, 5년 후를 목표로 사회적 요청이 높은 투명 전극용 인듐, 희토류 자석용 디스프로슘, 초경 공구용 텅스텐을 대상으로 실용화가 가능한 주제를 선정하여 개발 프로젝트를 수행 중이다.
텅스텐과 관련한 ‘희유금속 대체 재료 개발 프로젝트’를 하나 소개한다.
이종 경질 재료의 고강도·고내열성 접합 기술과 초미립자 합성 기술, 결정 계면 제어기술, 분말 복합화 기술을 융합한 복합 구조의 서멧 합금(탄질화 티탄계)제작 기술을 개발하고, 초경합금을 부분적으로 대체한 재료 개발을 수행한다는 것이 텅스텐 광종의 대체재료 개발 프로젝트다. 또 하나는 탄질화 티탄(Ti(C, N)) 기반의 서멧(도성합금)의 조직 형성을 해명하기 위한 기반 연구, 새로운 서멧 고형체분이나 코팅기술의 개발, 나아가서는 서멧 공구로서 실용화를 목표로 한 기술 개발을 수행하는 것이다.

중국…매장량 세계 1위, 수출제한·자원무기화


중국은 세계 최대 희소금속 자원 부국으로 희소금속 11종의 매장량이 세계 1위, 13종의 생산량 세계 1위다. 중국의 세계 매장량 중 점유율은 인듐이 73%, 텅스텐 60%, 희토류 31%, 티타늄 27%, 리튬 13%이고, 세계 생산량 중 점유율을 보면 희토류가 97%, 안티몬 91%, 마그네슘 87%, 텅스텐 75%, 인듐이 58%이다.
중국은 주요 희소금속을 국가보호 광종으로 지정하고 수출 제한 등을 통해 자국의 희소금속 자원 보호정책을 강화하고 있다. 1991년 국가 보호 광종을 지정한 이래, 2002년부터 수출량 제한, 수출세를 부과한데 이어 2007년 외국자본투자 제한, 2009년 희토류 수출금지 움직임 등 자원 무기화 경향을 보이고 있다.
중국이 1991년 국가 보호광종으로 지정한 것은 희토류, 텅스텐, 몰리브덴, 안티몬, 주석 등이고, 2002년부터 단계적으로 수출량을 제한한 광종은 텅스텐, 안티몬 등이며, ‘2009~2015년 희토류 산업 발전 정책 개정안’에 따라 희토류 수출제한 및 금지 움직임도 보이고 있다.
한편으로 중국은 자원펀드를 기반으로 국영공사의 대규모 자본 투입을 통해 희소금속을 비롯한 해외자원 개발 확대에 나서고 있다. 자원의 장기공급 계약, 차관을 제공하는 대신 현물(자원) 상환 또는 자원 개발 우선권 확보, 해외 자원 관련기업을 적극 인수·합병하는 등 총력을 기울이고 있다.
자원 개발의 우선권을 확보하기 위해 중국은 2005년 잠비아에 금속공업단지를 건설했고, 2006년에는 북한 몰리브덴 광산을 개발하는 한편, 탄자니아 자원개발협력 및 투자촉진, 2007년 중국·아프리카 포럼 개최 및 상호 방문 등 발 빠른 행보를 보이고 있다. 자원 확보와 관련한 세계 인수합병거래 중 중국 비중은 2005년 0.4%에서 2008년 1.6%로, 그리고 2009년 1분기에는 4.0%로 증가하는 추세를 나타냈다.
중국은 풍부한 자원과 적극적인 자원관리를 기반으로 자국의 희소금속 관련 신소재 산업 및 첨단산업 육성에도 힘쓰고 있다. 국영기업인 우광시투사(광산업체)에 880억원, 관련 희토류 가공업체에 4,400억원을 지원하는 정책이 그 한 예다.

중국의 수출 제한 정책


중국이 1991년 국가광물자원보호법을 제정하여 희토류, 텅스텐 등의 희유금속을 국가보호광종으로 분류하고 국가보호광종을 지정하여 관리하면서 생산량할당제, 수출할당제 등 수출제한 정책도 뒤따랐다. 이어 여러 가지 국가 관리정책이 심화했다.
우선 2001년 환경보호기준 강화를 통한 광석생산 규제가 실시됐다. 2008년 베이징 하계올림픽의 개최를 앞두고 무분별한 생산을 억제, 대기나 수질오염 물질 배출 공장을 시외에 이전했다. 2005년까지 주요 오염물질 배출총량 목표치를 2000년 대비 10% 감소시킨다는 목적이었다.
다음으로 중국은 2001년 고부가가치화 정책을 펴 광석이 아닌 중간재, 최종형태로 수출을 유도했다. 이 정책은 희토 광물자원을 활용한 고부가가치 산업의 육성을 위하여 원광 수출금지, 분리정제품 수출허가제를 도입, 상대적으로 외국 응용제품 기업의 원료조달에 압박을 가하면서 중국으로 투자를 유인하는 효과를 갖게 했다.
셋째, 중국은 국내수요 우선정책을 폈다. 자원의 국외유출을 억제하고 광산자원 개발사업 정돈 및 규범화에 관한 사업방안을 세웠다. IT발전에 따른 희토류 금속의 무질서한 채굴 및 수출이 이루어지고 있는데 대하여, 수백 개의 희토류 관련 기업을 남북 2대 희토류 기업집단으로 재편한 것이다. 아울러 2006년 수출장려 증치세 환부를 철폐하고 2007년 수출관세를 부과했으며, 2008년 종합 비철금속기업 그룹육성, 국가매입비축제도와 순환경제 발전 전략을 세웠다.

EU…수많은 희유자원 관리조직으로 관리


EU는 광물 자원을 여러 관리 조직 주도로 관리한다.
2000년 체결된 리스본 협약을 근간으로 하여 공공 연합기구인 ETP-SMR(Europen Technology Platform on Sustainable Mineral Reources)의 주도로 이루어지고 있다.
1998년 유럽연합의 5차 Research Framework Programme(FP5)에서 유럽 광물 산업은 NESMI(Network on European Sustainable Minerals Industries)를 설립하였으며 NESMI 프로젝트의 일환으로 ETP-SMR을 시작했다. 이 연합 기구는 자원, 에너지 및 환경에 대한 각 분야별 필요한 연구 및 개발의 현황을 조사하여 정책의 수립 및 추진을 목적으로 한다. 제품이나 원자재들의 수급이 유럽연합의 성장에 대한 기초를 제공하며 산업전반에 대한 기초를 제공해주고 있다.
유럽의 자원관리 및 재활용 정책은 ETP-SMR의 주도로 계획, 추진되며 ETP-SMR은 미래 원자재의 원활한 수급의 확보, 유럽 내의 잠재적 광물자원의 가치 발굴, 혁신적인 재활용 기술의 개발, 3R자원의 활용, 유럽연합의 부가가치 창출 및 이를 위한 교육, 훈련을 목표로 한다. 여기에는 기업, 각 협회, 학교 및 연구소 등이 구성원이다.
ETP-SMR은 비영리 민간연합기구인 유럽 광물자원 연구개발 위원회(European Mineral Resources RTD Council; EMiReC)와 유럽의회 기구산하 자원경쟁, 에너지 및 환경에 대한 자문을 담당하는 전문 자문가 그룹 HLG(High Level Group)에 의해 관리되며, HLG는 ETP-SMR의 산업 광물들, 금속 광물들, 농업, 석유 및 가스, 석탄 등에 대한 종합적 정책 수립에 영향을 미친다.
유럽의회는 2007년 4월 자원의 효율적인 사용 및 관리방법 개선에 따른 폐기물 예방, 재사용, 재활용을 목표로 천연자원의 지속가능한 사용을 위한 주제별 전략을 결의하였으며, 2008년까지는 가장 높은 환경영향을 갖는 최고 20가지 물질에 대한 특별한 정책과 실천계획 개발을 목표로 하고 있다. TMR(Total Material Requirement), DMI(Domestic Material Input) and DMC(Direct Material Consumption) 등의 지표는 자원사용량을 정량적으로 보여주고 자연자원의 생산성을 측정할 수 있도록 해준다.
EU는 자원관리에서 더 나아가 이를 바탕으로 경제적 이익 창출을 도모하고 있다. 그 대표적인 것이 유럽의 각종 환경규제 및 탄소배출권 거래시장을 들 수 있다.
유럽은 환경 보전이라는 사회적 문제해결과 동시에 유럽의 경제적 배타영역 형성을 위해 타 권역에 비해 선진화되고 축적된 환경기술을 바탕으로 하여 이른바 환경 후진국들에 대한 비관세 무역장벽을 높게 만들고 있다.
전기전자제품 유해물질 제한지침(RoHS: Restriction of the use of certain Hazardous Substance in electric and electronic equipment), 폐전기전자제품처리지침(WEEE: Waste Electrical and Electronic Equipment), 폐자동차처리지침(ELV: End of Life Vehicle) 화학물질 등록·평가·승인지침(REACH: Registration, Evaluation, Authorization in Chemicals) 등이 이에 속한다.
특히 2006년 말 EU의 3개 기관(집행위원회, 의회, 이사회) 간의 협의 하에 현재 시행되고 있는 40여 개의 관련 법규 및 제도를 대체하고 새로운 유럽화학물질 관리정책의 초석이 되는 REACH 법안이 합의됐다.
REACH법안은 그동안 개별적으로 시행하던 유사한 화학물질 관련법규를 통합하여, EU 내 생산되거나 수입되는 3만 여종의 물질에 대한 특성을 등록하는 제도로 화학물질 관리주체 및 책임을 정부당국에서 산업계로 이관하는 가장 강력한 환경규제법규이다. 이상의 법규들은 우리나라 자동차 산업 및 전기·전자산업에 아주 큰 영향을 미치는 것으로 국내에서도 대책반을 마련하고 중소기업을 대상으로 각 내용 및 대응전략 등에 대한 교육을 실시하고 있다.

EU의 자원 전략 및 현황


EU는 지속가능한 자원관리를 위한 공동대응을 마련하고 있다. 2006년 6월에 유럽위원회에서는 지속 가능한 발전을 위한 원칙에 대한 가이드를 채택했는데, 이는 지속 가능한 발전을 위한 기본적인 사항들을 담고 있으며 특히 보다 더 좋은 생활과 삶을 강조하고 세대와 세대 그리고 같은 세대에서의 상호 연대를 강조하고 있다.
EU의 지속가능한 발전전략 ‘하나의 실천을 위한 기반조성’을 검토하는 의견서(Communication on the review of the EU Sustainable Development Strategy - a platform for action)에서 유럽 집행위원회는 지속가능한 자원관리를 위해 다음과 같은 사항들을 제시하고 있다.
첫째, 새롭고 비용에 있어 효과적이며 자원효율적인 방법을 찾기 위한 연구와 기술에 대해 지속적으로 투자 해야한다.
둘째, 자연자원에 대한 높은 의존성을 감소시키기 위해 환경 효율적이며 에너지절약 부문기술에서 세계시장에서 선점할 위치를 찾아야 한다.
셋째, 자원효율성을 제고하고 재생이 불가능한 자연자원에 대한 전반적인 사용을 감소시키는 일과 원료물질 사용에 관련된 환경영향을 감소시킨다. 그리고 재생이 가능한 자연자원은 그들의 재생가능 능력을 초과하지 않는 수준으로 사용되어야 한다.
지속개발 가능한 EU 자원산업에서 우선 고려할 사항으로 다음 주제들을 언급하고 있다.
우선 공급문제다. 자원의 공급 측면에서 EU는 ▲에너지뿐만 아니라 금속광물들을 해외에서의 수입에 크게 의존하고 있으며 지난 20년 동안 새로운 자원군의 개발의 제한 및 가용 자원의 공급문제가 커다란 이슈로 대두했다. ▲비철금속의 경우 EU가 전 세계 생산량의 10% 이내를 생산하는 반면, 전체 생산량의 25%에서 30%정도를 소비하고 있다. 또한 에너지 의존도는 2030년에는 70%까지 증가할 것으로 예측되고 있다. ▲중국 및 인도의 산업발전으로 급격한 수요의 증가가 요구되고 이러한 자원들을 확보하기 위한 극심한 경쟁이 이뤄지고 있으며, 따라서 환경에 덜 유해하며 심저에 위치한 자원을 이용하기 위한 기술개발이 중요하다고 인식하고 있다.
다음은 경쟁우위 확보 문제. 이 문제에 대해서는, 높은 환경기준과 다양한 지질학적 여건에 의해 EU의 채광 기술은 선도적인 높은 수준에 도달하고 있으며 전 세계 시장의 50%를 점유하고 있다고 본다. 하지만 연구 역량의 분산을 막고 경쟁에서 우위를 선점하기 위하여 기업, 학교와 연구기관의 협조 하에 환경 및 사회적 자원지속성에 대한 연구가 필요하다는 인식이다.
마지막으로 환경영향으로부터 분리된 성장을 문제로 삼고 있다. EU 광산개발은 법률적으로 엄격하게 관리되고 있는데, 대부분의 환경적 문제는 EU 밖에서의 금속제련 등 처리공정과 관련되어있다고 보고 있다. 금속의 추출에 수반되는 잠재적 요인들의 감소, 단위 생산량에 소모하는 에너지 및 용수의 사용량 감소, 광물로부터 경제적인 추출, 원소재로부터 사용가능한 원소들의 회수를 위해 새로운 기술의 개발이 요구된다고 보는 것이다.

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