전기차 배터리 핵심광물(제5장 R&D 투자동향, 제6장 결론)

안녕하세요 가위블입니다. KISTEP에서 발간된 전기차 배터리 핵심광물 제5장 R&D 투자동향 및 제6장 결론을 포스팅하도록 하겠습니다.

제5장 R&D 투자동향

5.1 국외 R&D 투자동향

(미국) 인프라투자 및 일자리법(IIJA)*에 따라 탐사 및 지질자원 연구기관 설비투자, 광물자원 지질 정보 구축 등에 대규모 예산 지원

＊Infrastructure Investment and Jobs Act

● ’26년까지 USGS 에너지･광물 연구시설 확장에 167백만 달러, 국가 지질&지구물리학 데이터 보존 프로그램 운영에 24백만 달러, 미국 내 자원지도 작성 및 현대화, 지역탐사 등 *에 320백만 달러 지원 예정

＊Earth Mapping Resources Initiative

 

● 배터리 제조 및 재활용 관련 프로그램(시설구축 중심)에 30억 달러를 투자하고 재사용 및 재활용 R&D에도 2억 달러를 지원할 예정

 

(EU) 역내 CRM 정보 구축 및 생산 확대를 위해 스마트 탐사기술 투자

●기초 지질, 해양지질, 광물자원 등 다양한 주제에 대해 범유럽 맵핑 정보와 레이어드 맵, 3D 지질 모델용 데이터베이스 제공

 

● 공동 관심 분야 중요 프로젝트(IPCEI)의 배터리 공급망 프로그램을 통해 배터리 핵심광물 탐사 지원 추진(’19년 32억 유로, ’21년 29억 유로)

＊Important Projects of Common European Interest

 

● Horizon 2020을 통해 친환경 기술 개발 및 현장 실증, 심부탐사 및 심부채굴을 위한 스마트기술, 해저자원을 위한 로봇 기술 등에 투자하였음

- 후속인 Horizon Europe(’21-’27)에서는 심부 부존 CRM 탐사 및 지속가능한 탈탄소 채굴 기술, 정·제련 등에 투자할 예정

 

(캐나다) 핵심광물 탐사 활동 유인 및 선광･제련 등 상류 및 중류 기술개발과 재활용 기술개발에 집중 지원

● 캐나다 핵심광물 전략(’22.12.)*에서는 정책목표 달성을 위해 핵심광물 탐사부터 정·제련, 재활용까지 전방위적 R&D 투자계획을 발표함

＊The Canadian Critical Minerals Strategy

- 광산 매장량 평가 방식 개선을 위해 공공주도 지구과학 및 탐사에 7,920만 캐나다 달러

- 니켈, 리튬, 코발트, 흑연, 구리, 희토류, 바나듐, 우라늄 등 특정 광물 탐사에 30% 세액 공제 추진

- 캐나다 연구소 핵심광물 탐사 R&D에 4,770만 캐나다 달러 지원

- 상류･중류 부문 R&D 및 기술 보급을 위해 1억 4,440만 캐나다 달러 지원

- 전략혁신기금(SIF)*를 통해 핵심광물 관련 프로젝트에 총 15억 캐나다 달러를 지원하며 제조 및 가공과 재활용에 중점 투자

＊Strategic Innovation Fund

 

5.2 국내 R&D 동향

※ 이차전지 핵심광물 관련 탐사 및 정･제련 R&D관련 R&D 과제는 미미한 수준
※ 재활용 R&D는 NTIS 키워드 검색을 통해 과제 단위로 분석(기간 : ’18 ~ ’21년)

<탐사 및 정･제련 사업 동향>

산업부 중심으로 다양한 광물 탐사 및 정·제련 관련 R&D사업이 추진되고 있으며, 이차전지 핵심광물의 경우 세부과제 3개를 통해 R&D가 추진되고 있음

● 음극재용 흑연광에 대한 AI 기반 탐사/개발 및 원료화 기술 개발(’22~’26, 98억 원)

 

● 연속건식제련기술 기반 저품위 니켈 산화광의 고농도 니켈 중간물 생산기술 개발(’22~’25, 50억 원)

 

● 국내부존 레피돌라이트로부터 리튬자원 회수를 위한 선광/제련 실증기술 개발(’21~’23, 35억 원)

 

<재활용 과제 동향>

사용 후 배터리 재활용 및 기반기술에 대한 우리나라의 정부투자는 최근 4년 간약 593억원으로, 연평균 약 148억원 규모임

● 최근 사용후 배터리 산업 육성에 대한 필요성이 급증하면서, 관련 정부 R&D 예산이 급증

사용후 배터리 재활용 관련 정부연구비 및 과제 수

부처별 예산으로 살펴보면, 산업부 및 중기부를 중심으로 연구가 추진 중

● 과기부 및 교육부의 기초연구 사업에서 일부 연구들이 진행되고 있으나, 사용후 배터리 전처리소관부처인 환경부의 연구 집행은 미진한 상황

사용후 배터리 재활용 관련 부처별 예산 집행 현황

기술분야별 분석 결과, 기반구축, 재활용, 진단/평가, 운송/전처리 순으로 투자가이루어짐

● 재활용 연구의 경우 대부분 공정 최적화 및 자원 회수율 향상을 중심으로 연구 l 신속/정확한 사용후 배터리 진단평가를 위한 R&D가 최근 급증하고 있으며, 전처리 분야의안전성 향상 및 자동화를 위한 연구도 일부 진행

기술분야별 정부R&D 투자 추이

제6장 결론

6.1 요약 및 정리

탄소중립을 위한 친환경화･전기화로 인해 배터리 및 주요 핵심광물의 수요가 대폭 촉진될 것으로 전망

● IEA에 따르면 ’20년 대비 ’50년 기준 석유 수요는 1/4로 줄어드는 반면, 구리･리튬･니켈･ 코발트 등의 광물자원 수요는 4배 이상 증가할 것으로 전망

 

● SNE Research에 따르면 미국, 중국, 유럽을 중심으로 한 글로벌 배터리 시장은 ’19년 222GWh → ’30년 3,872GWh로 연평균 29.7% 성장할 전망

 

폭발적인 수요에 비해 주요 핵심광물들은 특정 국가에 편중되어 있고, 정･제련산업은 중국이 독점하고 있으며, 특히 리튬과 니켈의 공급망 문제가 심화될 전망

●리튬은 칠레/호주/아르헨티나 3개국에 약 77%가 부존, 호주/칠레/중국에서 약 90%가 생산되고 중국/칠레/미국 기업이 약 88%를 정･제련

- 배터리의 필수적인 광물이고, 대부분이 배터리에 사용되어 친환경차 수요 급증에 따라 광물 수요가 급증할 것으로 보이며, 부존/생산/가공의 편재성이 가장 큼

 

●니켈은 인도네시아/호주/브라질에 약 60% 부존, 인도네시아/필리핀/러시아/뉴칼레도니아/ 호주에서 약 87.2%가 생산되고, 중국/인도네시아/러시아 기업이 약 47.9%를 정･제련

- 최근 니켈의 사용이 급증하고 있으나, 배터리로의 사용이 미미하고 차세대 배터리에서 제외될 여지가 있으며 부존/생산/가공의 집중도가 다소 다변화되어 있음

 

●코발트는 민주콩고/호주/인도네시아에 약 71.9% 부존되나 민주콩고에서 약 79.2%가 생산되고, 중국 기업이 약 67.1%를 정･제련

- 다만, 하이니켈 배터리에 대한 수요가 급증하면서 코발트의 포함 비중이 줄어들고 있으며, 산화광 니켈의 정･제련 부산물로 코발트를 획득 가능

 

● 망간은 남아공/호주/브라질/우크라이나에 약 88%가 부존, 남아공/가봉/중국/호주에 약 76%가 생산되나, 망간 제품의 약 90% 수준을 중국이 점유 중

- 다만, 망간 수요의 약 90%가 제강용으로 배터리 관련 망간 확보 동향은 타 광종 대비 미미한 수준

 

최근 글로벌 각국에서는 IoT/AI기반의 스마트 탐사 기술, 친환경･고효율･저비용 정･제련 및 재활용 기술개발을 추진하여 중장기적 관점에서의 ESG 대응 및 핵심광물에 대한 공급 확대와 정･제련의 특정국 의존도 완화를 추진

● (탐사) IoT 접목 및 원격/무인 탐사 기술을 접목하여 생산성･안전성･정확도를 높이고, 심부자원 및 인프라 열악지역에 대한 자원개발 R&D 추진

 

● (정･제련) ESG에 대한 사회적 요구 증대로 저탄소배출 기반의 친환경･고효율･저비용 기술, 저품위 광석/휴광산 광물찌꺼기/슬래그 등 미이용 또는 폐자원 활용 등에 대한 R&D 추진

 

● (재활용) 성숙한 제련기술 기반의 산업으로 최근 경제성 향상을 위한 해체 자동화, 친환경 및 회수율 향상 등에 대한 연구개발이 중점적으로 진행 중

 

중국의 광물자원 확보 정책 추진 하에 미국 및 유럽은 중국을 배제한 광물 공급망 재편을 위한 정책을 추진 중이고, 기타 자원 부국들의 경우 자국의 자원을 활용하여 산업을 육성시키기 위한 전략을 추진 중

● (중국) 2008년부터 5년 단위 ‘전국광산자원규획’ 정책을 통해 자국 광물 관리를 강화했으며, 정부(국유기업) 중심으로 해외자원개발도 적극 추진

 

●(미국) 2010년 중국 희토류 수출규제 강화조치 등에 따라 광물 공급망이 주요 정책의제로 부상하였으며, 최근 미･중 패권경쟁 격화에 따라 자국 핵심광물 생산역량 확대, 경제･산업 우방국 중심 공급망 구축 등 핵심광물 공급 안정화 정책 추진

 

● (유럽) 2010년 이전부터 유럽위원회를 중심으로 체계적 핵심광물 관리 정책을 추진하고 있으며, 최근 핵심원자재법 초안을 발표하여 특정국가 의존도 65% 이하를 목표로 제시- 특히 유럽은 탄소발자국, 공급망 실사제도 등을 통해 주요 광물 채굴의 환경오염을 규제

 

●(기타) 인도네시아, 중남미 등 자원이 풍부하게 부존되어 있는 국가들은 광물 자원을 통해 자국의 산업을 육성하기 위한 수단으로 관련 정책들을 추진 중

 

핵심광물에 대한 중국의존도가 심한 한국의 경우 기업차원에서의 다변화 움직임이 활발히 진행 중이며, 정부에서도 R&D 지원 및 관련 정책을 마련

● 탄산리튬(칠레, 78.5%), 황산니켈(핀란드 68.2%), 니켈중간제품(인도네시아, 42.7%), 코발트중간제품(콩고, 78.2%), 황산망간(벨기에, 71.9%)를 제외하면 모든 원료화합물의 수입국 1위가 중국이고, 특히 전구체는 전량 중국에서 수입

 

●중국 의존도 탈피를 위해 주요 소재 기업들은 자회사 설립 및 해외 기업과의 협력을 통해 니켈, 리튬 등의 조달을 다변화하고 있으며, 국내 전구체 생산을 위한 제조공장 설립을 추진 중

- 다만, 부족한 제련기술 및 전구체 제조기술을 보완하기 위해 중국기업과의 합작형태로 추진되는 경우가 다수

 

● 최근 핵심광물 확보전략을 통해 2030년까지 특정국 의존도 50%대로 완화 및 재자원화 20% 확대를 목표로 국내외 자원개발 활성화, 비축 확대, 관련 R&D 추진을 발표

 

●R&D 지원이 최근 확대되고 있으나, 대부분 사용후 배터리 재활용 회수율 향상에 관련된 내용으로, 원천적 중국 의존성 탈피를 위한 탐사(채굴) 및 정･제련 R&D는 미미한 수준

핵심 광종별 공급망 현황 및 이슈

6.2 정책제언

자원 탐사･개발 산업을 육성하기 위해 IT･AI 기술을 접목한 R&D 지원은 물론, 인력양성을 포함한 비R&D 분야의 지원이 필요하나, 전반적 생태계가 미약하므로단계적 지원 확대 전략이 유효

● 생산량 증대, 원가 절감, 안전성 확보 등을 위해 IoT 기반의 디지털 마인 기술, AI 기반 미개발 오지 광체 탐사 기술, 자동화･무인화 기술 등에 대한 R&D를 중점적으로 지원

 

●민간 회사들이 적극적으로 해외 투자에 나설 수 있도록 투자여건조사, 기초탐사, 지분인수 타당성 조사 등 비R&D적 지원을 확대하여 투자 리스크를 저감시켜주고, 기술 인력양성을 병행

 

● 광물 발견부터 생산까지 평균 리드타임이 16년으로, 단기적인 성과 없이 지속적인 자금 투입이필요한 분야이므로 장기적인 관점에서 지원하고, 전반적으로 생태계가 미흡한 산업이므로 단계적으로 지원을 확대해 나가는 전략이 유효

 

부가적 원료 조달 수단인 사용후 배터리 재활용 산업 육성 및 글로벌 경쟁 우위선점을 위해 정부 R&D 지원 방향성의 일부 전환이 요구됨

●사용후 배터리는 국가 간 운송이 불가하므로 전체 시장의 90% 이상을 차지하는 미국, 유럽, 중국 등 해외 선진시장 진출이 필수적

※ 배터리 파･분쇄한 후 발생하는 블랙파우더의 경우 국가 간 운송이 가능하나, 추후 규제할 가능성이 존재

 

● 해외 선진시장 진출을 위해 저탄소 배출, 폐액처리, 안전 파분쇄 등 친환경성･안전성을 기반으로 한 재활용 기술이 확보되어야 하나, 현재 자원회수율 향상, 기반 구축을 중심으로 정부R&D가 지원되고 있으므로 일부 전환이 필요

 

● 또한, 배터리 재활용은 경제성이 미확보된 산업으로, 정부에서 해체 자동화 등에 대한 R&D 지원과 규모의 경제 달성을 위해 사용후 배터리의 원활한 조달에 대한 정책･제도적 지원이 병행되어야 함

 

배터리 원료 산업의 중국 의존도 탈피를 위해 국내 제조공장 설립의 제도적 지원과 함께 정･제련 및 전구체 제조 기술력 고도화를 위한 R&D 지원 필요

●국내 기업들은 공급망 다변화를 위해 적극 노력 중이나, 정･제련 및 전구체 제조를 여전히 중국기업에 의존 중이므로, 향후 IRA 법안의 규제 확대 시 큰 피해가 우려

 

● 거의 전량 중국 수입에 의존하는 전구체, 수산화리튬의 경우 전구체 제조공장 및 탄산리튬

→ 수산화리튬 전환 공장을 설립을 적극 유도하고, 관련 세제 및 금융 지원 확대 필요

※ 칠레 등으로부터 탄산리튬을 수입하여 수산화리튬으로 전환이 가능

 

●기존 정･제련 기술의 최적화는 물론, 원료 조달 다변화를 위해 저품위 원료의 고품위화 및 대체자원 발굴 등에 대한 R&D를 적극 지원하여, 중국에 대한 의존성을 완화하고 더 나아가 그간 중국이 독점하고 있던 정･제련 산업을 한국의 새로운 성장 동력으로 발돋움

- 또한, 광물 채굴･제련 과정에서 발생하는 다량의 탄소 및 환경 유해물질에 대한 규제에 대응하기 위해 친환경 공법에 대한 중점적인 R&D 지원이 필요

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이상으로 포스팅을 마치도록 하겠습니다.