리튬 매장량이 자동차 배터리 수요를 따라잡지 못하는 이유

전기 자동차(EV)는 온실가스 배출을 줄이고 기후 변화에 대응하기 위한 핵심 솔루션으로 여겨지고 있습니다. 하지만 전기차에는 많은 양의 배터리가 필요하고, 배터리에는 많은 양의 리튬이 필요합니다. 리튬은 전기차에 사용되는 리튬 이온 배터리를 만드는 데 필수적인 금속입니다. 리튬 이온 배터리에는 니켈과 코발트 같은 다른 금속도 포함되어 있지만 리튬이 높은 에너지 밀도와 긴 수명을 제공하는 주요 성분입니다.
하지만 리튬은 지구상에 풍부하지 않으며, 대부분 남미와 호주를 중심으로 한 몇몇 국가에 집중되어 있습니다. 더 많은 자동차 제조업체가 전기차로 전환하고 더 많은 소비자가 전기차를 구매함에 따라 향후 10년 동안 리튬에 대한 전 세계 수요가 급증할 것으로 예상됩니다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면 2050년까지 전 세계 이산화탄소 순배출량 제로를 달성하려면 약 20억 대의 전기차가 운행되어야 하지만, 작년 판매량은 660만 대에 불과했습니다. 또한 IEA는 2025년까지 전 세계가 리튬 부족에 직면할 수 있다고 경고하고 있으며, 크레디트 스위스는 2020년에서 2025년 사이에 수요가 급증하여 "공급이 늘어날 것"이라고 전망하고 있습니다.

이번 글에서는 리튬 매장량이 자동차 배터리 수요를 따라잡지 못하는 이유와 전기차의 미래와 환경에 미치는 영향에 대해 설명하겠습니다. 또한 이 문제를 극복하기 위한 몇 가지 가능한 해결책에 대해서도 논의할 것입니다.

1. 리튬 매장량은 얼마?

미국 지질조사국(USGS)은 전 세계 리튬 매장량과 자원에 대한 연례 보고서를 발간합니다. 2020년의 최신 보고서에 따르면, 전 세계 리튬 매장량은 약 8,600만 톤(Mt), 사용 가능한 리튬 자원량은 2,100만톤에 달합니다. 그러나 이 수치는 탐사 활동, 시장 가격, 추출 비용, 환경 규제, 정치적 안정성, 기술 혁신 등 여러 요인에 따라 달라지기 때문에 그다지 신뢰할 수 있는 수치는 아닙니다. 예를 들어, 일부 국가는 리튬 자원이 풍부하지만 이를 활용할 수 있는 인프라나 전문 지식이 부족할 수 있습니다. 또한 일부 국가는 리튬 생산을 제한하는 정치적 또는 환경적 제약이 있을 수 있습니다.

또한 리튬은 자연에서 순수한 형태로 발견되는 것이 아니라 리튬 농도가 다른 다양한 광물이나 염에 포함되어 있기 때문에 리튬 매장량과 자원을 측정하는 것은 간단하지 않습니다. 리튬의 가장 일반적인 공급원은 염수(지하 바닷물 호수), 페그마타이트(거친 입자의 화성암), 스포두멘(광물)입니다. 각 공급원에는 추출 방법, 비용, 환경 영향 및 품질 측면에서 서로 다른 장단점이 있습니다.

예를 들어, 소금물은 페그마타이트나 스포두멘보다 추출 비용이 저렴하지만 리튬 농도가 낮고 처리 및 증발 시간이 더 많이 필요합니다. 페그마타이트와 스포두멘은 리튬 농도가 높고 소금물보다 빠르게 채굴할 수 있지만, 추출 비용이 높고 환경에 미치는 영향이 더 큽니다. 리튬의 품질 또한 광원과 처리 방법에 따라 달라집니다. 예를 들어, 일부 공급원에는 배터리의 성능이나 안전에 영향을 미치는 불순물이나 오염 물질이 더 많이 함유되어 있을 수 있습니다.

2. 리튬의 주요 공급원은 어디인가요?

리튬의 주요 공급원은 전 세계 일부 지역에 있습니다. USGS에 따르면 전 세계 리튬 매장량의 약 75%가 남미(주로 칠레, 아르헨티나, 볼리비아)에 매장되어 있으며, 이른바 '리튬 삼각지대'에 염수가 풍부합니다. 전 세계 리튬 매장량의 약 20%는 스포두멘이 채굴되는 호주(주로 서호주)에서 발견됩니다. 나머지 5%의 리튬 매장량은 중국(페그마이트), 캐나다(스포두멘), 짐바브웨(페그마이트), 포르투갈(페그마이트), 브라질(스포두멘), 멕시코(염수), 미국(염수) 등 다른 국가에 흩어져 있습니다.

3. 자동차 배터리에 얼마나 많은 리튬이 필요할까요?

자동차 배터리에 필요한 리튬의 양은 도로에 운행되는 전기차의 수, 사용하는 배터리의 크기와 유형, 리튬 생산 및 소비의 효율성과 재활용률 등 여러 요인에 따라 달라집니다. 시드니 공과대학교와 퀸즐랜드 대학교의 연구진에 따르면, 전기차 채택 및 배터리 기술의 다양한 시나리오에 따라 2030년까지 전 세계 자동차 배터리의 리튬 수요는 대략 348만톤으로 추정됩니다.

이 연구에서는 전기차 시장 보급률(낮음 또는 높음)과 배터리 화학(니켈 풍부 또는 코발트 풍부)에 대한 다양한 가정을 바탕으로 네 가지 시나리오를 고려했습니다. 낮은 보급률 시나리오에서는 2030년까지 전기차 판매량이 신차 판매량의 20%를 차지할 것으로 가정했고, 높은 보급률 시나리오에서는 2030년까지 전기차 판매량이 신차 판매량의 50%를 차지할 것으로 가정했습니다. 니켈이 풍부한 시나리오에서는 배터리가 니켈을 더 많이 사용하고 코발트를 덜 사용하여 에너지 밀도가 높아지고 비용이 낮아진다고 가정한 반면, 코발트가 풍부한 시나리오에서는 배터리가 코발트를 더 많이 사용하고 니켈을 덜 사용하여 안전성과 안정성이 높아진다고 가정했습니다.

이 연구에서는 배터리 크기, 비에너지, 재활용률, 2차 사용 애플리케이션 등 리튬 수요에 영향을 미칠 수 있는 다양한 요인도 고려했습니다. 배터리 크기는 킬로와트시(kWh) 단위로 측정된 배터리 용량을 말하며, 전기차의 1회 충전 시 주행 가능 거리를 결정합니다. 비에너지는 배터리가 단위 질량당 저장할 수 있는 에너지의 양을 킬로그램당 와트시(Wh/kg)로 측정한 것으로, 전기차의 무게와 성능에 영향을 미칩니다. 재활용률은 사용한 배터리에서 회수하여 새 배터리에 재사용할 수 있는 리튬의 비율을 의미하며, 이를 통해 새로운 리튬을 채굴할 필요성을 줄여줍니다. 재사용은 전기차의 오래된 배터리를 고정식 에너지 저장장치나 백업 전원과 같은 다른 용도로 사용하여 수명을 연장하고 폐기를 지연시킬 수 있는 가능성을 말합니다.

연구에 따르면 자동차 배터리에 대한 리튬 수요는 모든 시나리오에서 크게 증가할 것이지만 그 규모는 다릅니다. 가장 높은 수요는 높은 보급률과 코발트가 풍부한 시나리오에서 발생할 것이며, 2030년까지 현재 전 세계 리튬 생산량의 약 20배에 해당하는 3.48Mt의 리튬이 필요할 것으로 예상됩니다.또한 재활용률과 재사용 애플리케이션을 늘리면 2030년까지 리튬 수요를 최대 30%까지 줄일 수 있다는 사실을 발견했습니다. 그러나 이러한 조치만으로는 채굴이나 기타 공급원을 통한 리튬 공급을 늘리지 않고서는 증가하는 수요를 충족하기에 충분하지 않습니다.

4. 리튬 수요를 충족하는 데 따르는 위험은 무엇인가요?

자동차 배터리에 대한 리튬 수요를 충족하는 것은 업계, 환경, 사회에 몇 가지 도전과 위험을 초래합니다.
- 공급 부족과 가격 변동성. 리튬 수요가 공급을 앞지르면 리튬 가격이 급격히 상승하고 불안정해져 배터리 제조업체와 전기차 제조업체의 수익성과 경쟁력에 영향을 미칠 수 있습니다. 리튬 가격은 이미 2015년 이후 300% 이상 상승하여 2021년 5월에 톤당 25,000달러로 사상 최고치를 기록했습니다. 그 이후 가격이 소폭 하락했지만 공급 제약과 강력한 수요로 인해 당분간 높은 가격이 유지될 것으로 예상됩니다.

- 지정학적 의존성과 불안정성. 전 세계 리튬 매장량의 대부분이 일부 국가, 특히 남미에 집중되어 있기 때문에 세계는 리튬 공급을 위해 이들 국가에 의존하게 될 수 있습니다. 이는 자원에 대한 접근을 둘러싼 지정학적 긴장과 갈등을 야기할 수 있을 뿐만 아니라 해당 국가의 정치적 불안정이나 사회 불안에 취약해질 수 있습니다. 예를 들어 볼리비아는 최근 몇 년간 리튬 자원을 둘러싼 정치적 혼란과 시위에 직면했으며, 칠레는 리튬 추출 활동을 둘러싼 지역 사회와의 환경 분쟁 및 수자원 갈등에 직면했습니다.

- 환경 영향과 수자원 스트레스. 리튬 추출 및 가공은 토지 황폐화, 수질 오염, 대기 오염, 온실가스 배출, 생물 다양성 손실 등 환경에 중대한 영향을 미칩니다. 또한 리튬 추출에는 리튬이 발견되는 많은 지역에서 희소하고 귀중한 자원인 물을 대량으로 소비합니다. 예를 들어, 염수에서 리튬을 추출하려면 엄청난 양의 바닷물을 펌핑하고 증발시켜야 하는데, 이는 수위를 낮추고 수문 순환에 영향을 미치며 지역 사회와 생태계의 담수원을 고갈시킬 수 있습니다. 에코 정글 연구진의 연구에 따르면 리튬 추출은 지표수 오염을 유발하고 다른 수원을 파괴하며 부분적으로 독성 비를 발생시키는 원인이 됩니다. 이 연구는 또한 리튬 추출이 지역 생태계를 중독 및 기타 건강 문제에 노출시킨다는 사실을 발견했습니다. 또한 오늘날 리튬 생산량의 절반 이상이 수자원 스트레스가 높은 지역에서 이루어지고 있어¹ 향후 상황이 더욱 악화될 수 있습니다.

- 사회적 영향 및 인권 침해. 리튬 추출 및 가공은 토착민 이주, 인권 침해, 사회적 갈등 유발, 불평등 심화 등 사회적으로도 부정적인 영향을 미칩니다. 리튬 추출은 역사적으로 식민주의와 신자유주의에 의해 소외되고 억압받아온 토착민들이 소유하거나 소유권을 주장하는 땅에서 이루어지는 경우가 많습니다. 리튬 추출은 원주민의 생계, 문화, 전통, 자결권 및 사전 동의를 받을 권리를 위협합니다. 예를 들어, 아르헨티나의 살라르 데 옴브레 무에르토 주민들은 리튬 채굴로 인해 인간과 가축이 사용하고 농작물 관개에 사용되는 하천이 오염되었다고 생각합니다. 볼리비아의 살라르 데 우유니에서는 원주민 커뮤니티가 협의나 참여 없이 리튬을 개발하는 것에 반대하는 시위를 벌였습니다. 리튬 추출은 또한 정부, 기업, 지역 사회, 환경 단체, 노동자 등 다양한 이해관계자 간의 사회적 갈등을 야기합니다. 이러한 갈등은 폭력이나 억압으로 확대될 수 있을 뿐만 아니라 민주주의와 거버넌스를 약화시킬 수 있습니다. 또한, 리튬 생산의 혜택은 소수의 엘리트나 외국인 투자자에게 집중되는 반면 비용은 대다수의 인구나 환경이 부담하기 때문에 리튬 추출은 불평등과 불공정을 심화시킬 수 있습니다.

5. 리튬 수요를 해결하기 위한 해결책에는 어떤 것이 있을까요?

자동차 배터리에 대한 리튬 수요를 충족하는 데 따르는 어려움과 위험을 고려할 때, 지속 가능하고 공평한 전기차로의 전환을 보장할 수 있는 솔루션을 찾는 것이 필수적입니다. 몇 가지 가능한 해결책은 다음과 같습니다:

- 배터리 기술 및 효율성 개선. 리튬 수요를 줄이는 한 가지 방법은 배터리 기술과 효율성을 개선하여 배터리 용량 1kWh당 필요한 리튬의 양을 줄이는 것입니다. 이는 현재의 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도, 더 낮은 비용, 더 긴 수명 또는 더 나은 성능을 가진 새로운 배터리 화학 또는 재료를 개발함으로써 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 연구자들은 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 고체 배터리를 연구하고 있으며, 이는 리튬 이온 배터리보다 안전성, 안정성 및 에너지 밀도가 더 높을 수 있습니다. 다른 연구자들은 리튬 기반 배터리의 대안을 모색하고 있습니다.

- 배터리 기술 및 효율성 개선. 리튬 수요를 줄이는 한 가지 방법은 배터리 기술과 효율성을 개선하여 배터리 용량 1kWh당 필요한 리튬의 양을 줄이는 것입니다. 이는 현재의 리튬 이온 배터리보다 더 높은 에너지 밀도, 더 낮은 비용, 더 긴 수명 또는 더 나은 성능을 가진 새로운 배터리 화학 또는 재료를 개발함으로써 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 일부 연구자들은 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 고체 배터리를 연구하고 있으며, 이는 리튬 이온 배터리보다 안전성, 안정성 및 에너지 밀도가 더 높을 수 있습니다. 다른 연구자들은 리튬 대신 나트륨을 주 전하 운반체로 사용하는 나트륨 이온 배터리와 같은 리튬 기반 배터리의 대안을 모색하고 있습니다. 나트륨은 리튬보다 더 풍부하고 저렴하며 전기 화학적 특성이 비슷합니다. 그러나 나트륨 이온 배터리는 리튬 이온 배터리보다 에너지 밀도가 낮고 부피가 크며 수명이 짧다는 몇 가지 문제점을 안고 있습니다.

- 재활용 및 재사용률 증가. 리튬 수요를 줄이는 또 다른 방법은 리튬 이온 배터리의 재활용 및 재사용률을 높여 낭비되거나 폐기되는 리튬의 양을 줄이는 것입니다. 재활용에는 사용한 배터리에서 리튬과 기타 귀금속을 회수하여 새 배터리나 다른 제품에 재사용하는 것이 포함됩니다. 재활용은 리튬 추출 및 처리로 인한 환경 영향을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 비용과 자원을 절약할 수 있습니다. 그러나 현재 리튬 이온 배터리의 재활용률은 전 세계적으로 5%에서 20%로 매우 낮습니다. 이는 재활용에 대한 인센티브, 규제, 인프라, 표준 및 기술 부족 등 여러 가지 요인에 기인합니다. 또한 재활용은 복잡한 배터리 구조에서 다양한 금속을 분리하고 정제하는 등 몇 가지 기술적 문제에 직면해 있습니다. 2차 사용은 전기차의 오래된 배터리를 고정식 에너지 저장 또는 백업 전원과 같은 다른 용도로 재사용하는 것입니다. 재사용은 배터리의 수명을 연장하고 폐기를 늦출 수 있을 뿐만 아니라 전력망이나 사회에 추가적인 서비스와 혜택을 제공할 수 있습니다. 그러나 세컨드 유즈는 세컨드 유즈를 위한 조정, 규제, 인증 및 비즈니스 모델의 부족과 같은 몇 가지 장벽에 직면해 있습니다. 또한 재사용을 위해서는 오래된 배터리의 성능과 안전성을 테스트하고 모니터링해야 합니다.

- 리튬 공급원 다각화 및 확대. 리튬 수요를 줄이는 세 번째 방법은 리튬 공급원을 다양화하고 확대하여 다양한 지역과 유형의 자원에서 더 많은 리튬을 사용할 수 있도록 하는 것입니다. 이렇게 하면 일부 국가 또는 리튬 공급원에 대한 의존도를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 공급 부족이나 중단의 위험을 완화할 수 있습니다. 리튬 공급원을 다각화하고 확대하려면 아프리카나 유럽¹과 같이 리튬 생산 잠재력이 있는 새로운 매장지나 지역을 탐색해야 할 수 있습니다. 또한 지열 염수나 해수 등 다양한 유형의 자원에서 리튬을 추출하거나 처리하는 새로운 기술이나 방법을 개발하는 것도 포함될 수 있습니다¹. 그러나 리튬 공급원을 다양화하고 확대하려면 다양한 상황과 위치에서 리튬 추출 및 가공이 환경에 미치는 영향과 사회적 영향도 해결해야 합니다.

6. 결론

리튬은 지구상에 풍부하지 않으며, 대부분 남미와 호주를 중심으로 한 몇몇 국가에 집중되어 있습니다. 더 많은 자동차 제조업체가 전기차로 전환하고 더 많은 소비자가 전기차를 구매함에 따라 향후 10년 동안 리튬에 대한 전 세계 수요가 급증할 것으로 예상됩니다. 이로 인해 리튬 공급과 수요 사이에 격차가 발생하여 가격 상승, 변동성, 공급 부족이 발생할 수 있습니다. 또한 리튬 추출 및 가공은 물 소비, 오염, 토지 황폐화, 온실가스 배출, 생물 다양성 손실, 원주민 이주, 인권 침해, 사회적 갈등, 불평등 등 환경적, 사회적 영향이 심각합니다.

이러한 도전과 위험을 해결하려면 지속 가능하고 공평한 전기차로의 전환을 보장할 수 있는 솔루션을 찾는 것이 필수적입니다. 배터리 기술 및 효율성 개선, 재활용 및 재사용률 증가, 리튬 공급원 다각화 및 확대 등이 가능한 해결책입니다. 이러한 해결책을 위해서는 정부, 기업, 연구자, 시민사회, 소비자 등 다양한 이해관계자 간의 협력과 조정이 필요합니다. 또한 새로운 기술, 방법, 표준, 규제 및 비즈니스 모델에 대한 혁신과 투자가 필요합니다. 이러한 솔루션을 구현함으로써 리튬에 대한 의존도를 낮추고 자동차 배터리를 더욱 친환경적이고 경제적으로 만들 수 있습니다.