하얀석유 리튬, 전기차 배터리 핵심 광물

리튬이란?

원소기호 3번인 리튬은 가장 밀도가 낮은 고체 원소로 반응성이 강한 금속 중 하나입니다. 리튬은 1817년 스웨덴의 화학자 요한 아르프베드손이 발견했습니다. 그는 새로운 원소의 이름을 '돌'을 뜻하는 그리스어 리토스에서 따와 리튬이라고 명명하였습니다. 그러나 이 광물에는 리튬이 포함되어 있지 않았습니다. 영국의 화학자 험프리 데이비가 1818년에 처음으로 전기분해를 통해 순수한 리튬 원소를 추출해 냈습니다.

 

리튬 화합물을 다양한 용도로 쓰이지만 대부분 카메라나 노트북 컴퓨터의 재충전이 가능한 리튬전지에 사용됩니다. 또 전기 자동차에도 리튬전지가 쓰이고 있어 전기 자동차 사용이 일반화되면 리튬의 수요가 크게 증가할 것으로 보입니다.

 

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리튬 삼각지대

볼리비아, 칠레와 인접한 옴브레 무에르토 염호는 '리튬 삼각지대'에 자리 잡고 있습니다. 리튬 삼각지대엔 전 세계 리튬의 65%가 매장되어 있습니다. 여의도 면적의 약 30배인 2만 5500㏊에 대한 광권을 포스코그룹이 사들였습니다. 여기엔 전기차 배터리 3억 개를 만들 수 있는 1,350만 t 이상의 탄산리튬이 매장되어 있는 것으로 추정됩니다. 포스코그룹은 2030년까지 연간 12만 t을 생산할 수 있는 공장을 짓고, 자체 기술로 리튬을 생산할 계획입니다. 미국 인플레이션감축법(IRA)으로 전기차 배터리 투자가 급증하는 상황에서 국내외 고객사들의 리튬 공급 확대 요청에 적극적으로 대응하기 위한 것입니다. 포스코아르헨티나 관계자는 "염호에 매장된 리튬은 한국이 100년 이상 쓸 수 있는 양으로 아르헨티나에서 리튬 농도가 가장 짙고 비가 거의 오지 않아 리튬 생산에 최적의 환경"이라며 "리튬 추출은 포스코의 독자 기술로 한다"라고 전했습니다.

 

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'하얀 석유' 리튬 생산 글로벌 3위로 도약

포스코그룹은 지난 2010년 화학반응을 이용한 리튬 직접 추출 기술 세계 최고 개발 착수를 시작으로, 2015년 아르헨티나 Cauchari 염호 시험 생산을 완료(연산 200t)하였습니다. 이듬해인 2016년에는 광양 리튬 데모플랜트(연산 2,500t)를 건설하였습니다. 2017년엔 광양 리튬 데모플랜트에서 국내 최초 탄산리튬을 생산하기 시작하였으며, 2018년 8월 아르헨티나 염호(옴브레 무에르토) 광권을 인수하였습니다. 2019,2020년에 아르헨타나 염호 데모플랜트 착공 및 테스트를 완료하였으며, 2021년 광석리튬 생산공장을 착공(4만 3,000t)하였습니다. 2022년 3월 염수리튬 1단계 공장 착공(2만 5,000t) 및 2022년 12월 염수리튬 2단계 공장 착공(2만 5,000t) 하였습니다. 염수리튬 3,4 단계 공장은 2025년 까지 착공 예정되어 있습니다. 2024년 상반기에 1단계 공장 준공을 시작으로 2030년 국내 생산 능력까지 합해 연 30만 t 체제를 완성해 리튬 생산 글로벌 3위로 도약한다는 계획입니다.

 

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리튬 생산을 위한 이해

 

1. 염수

소금기를 가진 물이라는 뜻인데, 특히 옴브레 무에르토 염호의 물은 이온 상태의 리튬을 다량 함유하고 있습니다. 리터(ℓ) 당 0.9그램(g) 수준입니다. 이는 글로벌 상위 수준으로, 세계에서 리튬 함유량이 가장 높은 염수는 칠레 아타카마 염호 (리터당 1.57g)입니다.

 

2. 탄산리튬, 수산화리튬

배터리 양극재로 사용되는 리튬은 주로 화합물 형태로 사용됩니다. 제조 방식에 따라 크게 '탄산리튬'과 '수산화리튬' 두 가지로 생산되는데, 탄산리튬은 상대적으로 저렴한 리튬인산철(LFP) 배터리, 수산화리튬은 삼원계 배터리에 주로 쓰입니다. 염수에서 나오는 리튬은 탄산리튬으로 생산되며, 이를 가공해 수산화리튬으로 만들기도 합니다.

 

3. 폰드

쉽게 얘기하면 염전이라고 생각하면 됩니다. 염수를 가두고 3~4개월 정도 물을 날려 보내면, 염수 농도가 리터당 4g 수준으로 높아집니다. 그래야 가공이 쉽고 전기 소모량도 줄일 수 있다고 합니다.

 

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초고순도 수산화리튬 국산화 성공

국내 리튬 전문 업체에서 자체 분석 결과 순도 99.995%로 배터리용 원재료 규격에 부합하는 수산화리튬 초도품 생산에 성공하였습니다. 그동안 배터리용 초고순도 수산화리튬을 전량 해외에서 수입해왔으며 그중 84%가 중국산이었습니다. 미국의 인플레이션감축법(IRA) 시행으로 우려가 커지고 있는 한국 자동차 배터리 업체에 큰 힘이 될 것으로 예상됩니다.