리튬시장에부는변화의바람 도요타, 테슬라등전기차기업들이리튬광물확보에나서고있다. 생산기술의혁신등다양한차별화를통해신규기업들이진입하면서기존메이저리튬기업과의경쟁강도가높아지고있다. 안정적인리튬확보를위한전략적포트폴리오가요구되고있다. 문희성책임연구원 hsmoon@lgeri.com 박종일연구원 jongil.park@lgeri.com 새로운가솔린, 리튬 매년 10 월이면전세계과학자들의시선은북 유럽에쏠린다. 노벨상수상자발표때문이다. 이웃나라일본에서는 3 년연속수상자가나올 지관심이높다. 유력한수상후보로거론되고 있는혁신성과중하나가리튬이온전지다. 리 튬 (Lithium) 금속은폭발성이있어전지안전 성에문제가있었는데 1991 년소니와아사히 카세이과학자들은이를혁신적으로개선함으 로써오늘날의모바일시대를열었기때문이 다. 리튬이라는원소의지명도를높인공로도 있다. 리튬은유리제조, 윤활유첨가제, 항공 기합금등전지외에이미다양한목적으로 < 표 1> 주요리튬활용분야및내용 분야 전지 유리 그리스 (Grease) 공기정화 합성고무 제약 알루미늄합금 제철 기타 자료 : LG 경제연구원 용도 모바일, 전기차, 에너지저장 (ESS) 용 2 차전지및 1 차전지충방전소재 유리제조시리튬을첨가하여유리가공물성향상, 에너지비용절감및내화재수명향상 자동차및일반산업용윤활용그리스의첨가제로사용하여고온에도내구성강화 리튬브롬용액을냉매제로사용하여흡습효과또는지하광산, 우주선, 잠수함등닫힌환경에서 CO 2 포집용으로활용 부틸리튬을합성고무생산촉매로사용하여 SBR, BR 등제조 리튬화합물을신경안정제등신경정신과약물로사용 1970 년대부터알루미늄 - 리튬합금을사용, 최근에는보다경량화된알루미늄 - 구리 - 리튬합금으로항공기, 전투기등에사용, A350 의경우대당 2 톤소요 ( 탄산리튬기준 ) 제철생산공정중 90% 인캐스팅공정에서첨가제로사용, 가공성및품질향상기여 섬유염료첨가제, 시멘트경화첨가제, 소방용, 수영장물세정첨가제, 핵융합등 사용되고있다. 기존시장대부분이 GDP 성장률수준의성장을하는전통산업들이라리튬가격을크게변동시킬만한요인은없다. 그러나리튬가격이지난해에 3배이상폭등하면서세간에주목을받고있다. 전기차성장의기대수요때문이다. 여기에중국의전기차생산및리튬수요급증과수출규제가가격을자극했다. 리튬이온전지기술의혁신으로이제주행거리 500km 전기차가가시권에들어올것으로기대되고있다. 전지혁신이가속화되면서자동차기업들은대규모전기차출시계획을발표하고있다. 현재리튬수요시장의 85% 는모바일전지, 유리, 윤활유등기존시장의수요이며전기차용수요는 15% 이하이다. 전기차및에너지저장 (ESS) 시장이본격성장한다면전지핵심소재중하나인리튬수요는자연스레증가할것이다. 2025년에는이러한신규분야비중이 60% 에달할전망이다. 결과적으로 10년후리튬전체수요는지금보다 3배이상증가할전망이다. 가격도수급상황에따라과거평균인톤당 7천달러대보다높게형성될것으로보인다. 도요타, 테슬라등자동차기업들의리튬경쟁전기차용리튬수요증가는전지와소재기업 LG Business Insight 2016 10 5 29
도요타, 테슬라, BYD 등자동차기업들은전기차시장의주도권강화차원에서리튬확보에적극적이다. 들의관심사를넘어자동차기업들로확대되 고있다. 리튬수요대비공급불확실성에따 른사업리스크헤징을위해서다. 도요타, 테 슬라, BYD 등자동차기업들은각각전기차 시장에서주도권을강화하기위해안정적인리 튬확보에나서고있다. < 그림 1> 용도별글로벌리튬수요전망 ( 단위 : 천톤, 탄산리튬기준 ) 신규 기존 85% xev ESS 소형전지 글래스 윤활 기타 184 28 49 43 19 45 글로벌자동차시장 1 위기업도요타는이 미리튬에대한선제적인준비를해왔다. 도요 타는 모든것을직접해본다 는정신을가지고 있다. 이러한정신은전지사업에이어리튬광 구지분투자로이어졌다. 그룹내상사역할 을하는도요타통상은 2011 년에호주의광산 기업오로코브레와올라즈 (Olaroz) 리튬프로 젝트를추진하는특수목적회사 (SPC) 를공동 설립했다. 올라즈광구는 2015 년에완공되어 연간최대 17,500 톤생산능력 (Capa) 를확보 359 163 자료 : Deutche Bank, LG 경제연구원 6 59 51 23 59 534 279 34 67 61 26 68 2015 2020 2025 했다. 향후 25 년이상채굴 이가능할것으로전망된 다. 도요타통상의지분은 25% 이지만합작시계약 조건 ( 오프테이크 ) 을기반 으로채굴량 100% 를확보 했다. 뿐만아니라생산비 용이알버말 (Albemarle), SQM 등메이저기업들에 뒤지지않을정도로경쟁 력이있어높은수익성도 전망된다. 가동률을점차 올리는중으로도요타통 상은그룹내전지기업 PEVE 등에공급한다. 도요타자동차는리튬 원광에서전기차까지수직계열화를강화할것 으로전망된다. 전기차시장트렌드를선도하고있는테슬 라는우선북미대륙내에서리튬확보에적극 적이다. 테슬라는 2014 년에리튬채굴신기술 을가진스타트업을 3 억 2500 만달러에인수 시도한사실이최근에알려졌다. 비록인수조 건이맞지않아불발됐지만, 테슬라가리튬수 급을위해원천기술확보까지도고려할만큼 큰관심을가지고있음을보여주는사례였다. 그리고 2015 년에테슬라는북미에있는광물 기업들과 2 건의리튬공급계약을연달아체결 했다. 소노라 (Sonora) 리튬프로젝트 1 는작년 8 월에공급계약이성사되어현재개발중인 단계다. 생산을개시하면 3 만 5 천톤에서 5 만 톤수준의생산능력을보유할전망이다. 또한 퓨어에너지미네랄 (Pure Energy Minerals) 과 9 월에리튬장기공급계약을체결했다. 북 미대륙에서원광확보에서전기차까지수직계 열화계획을실현해나가고있다. 전기차시장 1 위기업중국 BYD 는중국 내륙의리튬광산에직접투자할예정이다. BYD 와중국칭하이솔트레이크, 선전훙다퉁 은 2016 년 6 월새로운유한책임회사를설립한 다고발표했다. BYD 의지분은 48% 이다. 신규 설립회사를통해생산될탄산리튬은 BYD 가 우선적으로매입할권리를가진다. 신규설립 1 레어어쓰미네랄 (Rare Earth Minerals) 과바카노라미네랄 (Bacanora Minerals) 이공동참여하는리튬개발프로젝트 30 LG Business Insight 2016 10 5
신규리튬기업들의진입으로소수메이저리튬기업들의과점체제가와해되고있다. 된회사가확보예정인광산에서는 2017 년부터최대 4만톤가량의리튬이채굴될전망이다. 전기차한대당 40~80kg 의리튬이필요한점을감안하면연간최대 100만대를생산할수있는규모다. BYD는동일한지역에연간 10GWh 규모의전지공장도건설할계획이다. 리튬수급과전지생산을일원화하여원가경쟁력을더욱높일것으로보인다. Big 4 중심의독점시장구조점차와해리튬채굴및정련시장은미국알버말, FMC, 중국티엔지 (Tianqi), 칠레 SQM 등 4개기업이 2015 년기준 80% 이상시장을점하고있다. 사실상소수기업에의한과점체제다. SQM과 FMC는비료, 살충제등농화학사업을주로하다가 90년대후반부터칠레, 아르헨티나에서본격적으로리튬생산을시작한기업이다. 반면에알버말과티엔지는지분인수합병을통해리튬사업에본격뛰어든기업이다. 미국알버말은석유정제, 스페셜티화학소재중심의기업이다. 2014 년에리튬사업을하고있던락우드 (Rockwood) 홀딩스를 62억달러에인수하면서알버말은리튬시장 1위기업으로올라섰다. 티엔지는중국의자본력을기반으로중국내륙에서리튬사업을해오다 2012년락우드의호주광산지분 51% 를인수하면서세계최대리튬광산보유기업으로올라섰다. 최근에 SQM의보유지분 2% 를더늘려인수를시도하고있다. 리튬공급물량과가격이이들소수기업 에의해좌우되다보니전지소재기업들의시 장영향력 (Bargaining Power) 은제한적이다. 일반금속과같이글로벌거래소가있는것도 아니고선물거래도없다. 2015 년리튬가격 폭등요인중하나가 FMC 의판가인상과 SQM 의파업으로인한생산차질등소수메 이저기업들로인해서였다. 그러나이러한독 점적인시장구도는점차변화할것으로보인 다. 리튬시장의매력도가높아지면서신규광 산프로젝트들이추진되고있기때문이다. 리 튬시장에기존강자들외에도신규진입기업 들이늘어난다는의미다. 기존 4 개기업의시 장점유율이현재 80% 이상이라면앞으로 10 년뒤에는 40% 수준으로내려갈전망이다. 캐 나다에니지 (Enirgi), 호주필바라미네랄, 중 국로컬기업등 10 개기업들이신규채굴프 로젝트를추진또는검토단계에있다. 물론 리스크요인도있다. 프로젝트착수부터안정 적생산까지장기간이소요되기때문에신규 진입기업들의프로젝트 가일정대로진행되지 못할수있다. 또한염호 의경우일조량등제어 불가능한요소들이존재 한다. 이런요인들로몇 몇프로젝트들은좌초될 수있겠지만, 결과적으 로는기존강자들의시 장포지션이약화될것 으로보인다. < 그림 2> 기존메이저기업과신규진입기업들의생산비중전망 ( 단위 : 천톤, 탄산리튬기준 ) Big 4 83% 172 30 142 2015 384 68 48 54 214 2020 574 238 224 자료 : Deutche Bank, LG 경제연구원 48 64 2025 39% ( 추진예정 ) 9% ( 추진중 ) Big 4 (41%) 신규진입기업 LG Business Insight 2016 10 5 31
화학반응을이용해염수에서리튬을직접추출하는새로운생산방식이변화를주도할가능성이크다. 전통적인리튬생산방식 리튬생산방식의혁신과수산화리튬의부상 리튬생산은두가지방식으로이뤄지고있 리튬을생산하는방식은내륙의광석에서얻는채광방법 (mining) 과염수를증발시켜얻는방법 (brine) 두가지로나뉜다. 두가지방식은비용, 소요시간, 기술수준등에서차이를보인다 (< 표 2> 참조 ). 광석에서추출하는방식은다른광물들과마찬가지로광산에서채광 / 선광 / 정련의작업을거치는방법이다. 전세계리튬생산량의 40~50% 를차지한다. 주로호주와중국광산들에서이루어지는데, 대개페그마타이트광상에서스포듀민, 레피도라이트, 앰블리고나이트등의형태로리튬광물을얻을수있다. 이중스포듀민광물이 95% 로대부분이며중국광산들에서는일부레피도라이트형태로채굴되고있는실정이다. 채굴한 < 표 2> 광석과염호추출방식비교 광석에서채광 (mining) 낮음 (99백만달러) 염호에서추출 (brine) 높음 (369백만달러) 설비투자 비용주 ) 기술수준 낮음 높음 운영비용 높음 ($2,700/ 톤 ) 낮음 ($2,200/ 톤 ) 소요시간짧은편 (1 년미만 ) 긴편 (1~2 년 ) 날씨영향없음없음 주 : 채광방식에서는알투라 (Altura Minerals) 의필간구라 (Pilgangoora) 프로젝트, 염호추출방식에서는갤럭시리소스 (Galaxy Resources) 의살데비다 (Sal de Vida) 프로젝트비용기준 ; 프로젝트의최대생산가능규모가각각 2 만 6 천톤, 2 만 4 천톤으로유사자료 : Technavio, Canaccord Genuity 스포듀민을황산법이라하여황산과반응시켜황산리튬을만들고이를다시가공하여탄산리튬을얻어내고있다. 석회를이용해스포듀민을수산화리튬형태로얻어낼수도있으나수요를고려해탄산리튬을주로생산하고있다. 염호에서추출하는방식에비해생산소요시간이짧아물량변경시대응이용이하지만생산비용은더높은편이다. 염호에서추출하는방식은리튬을함유하고있는천연의해수나온천수를증발시켜리튬을얻는방법이다. 리튬트라이앵글 이라불리는칠레 - 아르헨티나 - 볼리비아등에서생산된다. 볼리비아의우유니염호, 칠레의아타카마염호, 아르헨티나의옴브레무에르토염호등이리튬함유비율이높은편이다. 염수를태양열을이용해증발못에서농축시킨뒤, 염화나트륨, 염화칼륨을분리시키고마그네슘을침전시켜제거하고나면탄산리튬을얻을수있다. 우리나라에서유명세를탄우유니염호는리튬함유량이풍부하지만리튬대비마그네슘함유비율도높다. 마그네슘을처리하는과정에서발생하는높은비용으로인해경제성확보가어려워생산하지못하고있다. 염호추출방식의단점은 1~2 년의긴추출시간이필요해시장대응력이떨어진다는점이다. 게다가태양열을이용한건조방식이기때문에폭우, 눈보라등으로일사량이줄어들면생산량에영향을미칠수밖에없다. 다. 염호라불리는, 염분이있는호숫물을마치천일염을얻듯이증발시킨뒤추가가공을통해리튬을생산하거나내륙의광산에서광물채취후후가공을통해얻는다 (Box 참조 ). 그러나앞으로는화학반응을이용해염수에서리튬을직접추출하는방식등기술혁신을통한새로운생산방식이변화를주도할가능성이크다. 대표적으로화학반응을이용한기술은이제까지의생산방식과는달리거대규모의증발못이필요하지않고기후변화에도영향을받지않는다. 무엇보다도리튬추출속도를대폭개선시켜 1~2 년걸리는시간을최소 8시간으로단축시킬수있다. 리튬회수율도기존 50% 대비 90% 로높일수있다. 현재포스코, 캐나다화학기업에니지가이러한기술로주목받고있다. 포스코는 2010년부터국책과제를시작으로자체적인연구개발을통해독자적인리튬추출기술을개발했다. 이를활용하여아르헨티나포즈엘염호에연간 2500톤급의생산공장을건설중이다. 2016 년말완공을목표로하며, 시장상황에따라 4만톤까지규모를늘릴계획이다. 에니지는 2014년호주원자력과학기술기구와협력하여유사한추출기술을개발해냈다. 화학반응을이용한기술을바탕으로에니지는 2016 년 7월에아르헨티나린콘염호의연간 5 만톤생산프로젝트타당성평가를완료했고, 2017 년초부터시험생산에들어가게될전망이다. 두기업모두소규모단위에서생산에 32 LG Business Insight 2016 10 5
수요가계속확대되고있는리튬시장은상당기간기존리튬기업뿐아니라자동차및전지기업들의주도권다툼이치열한시장이될것이다. 성공하며기술검증을마친상황이다. 실증단계를거친후, 대규모생산단계에서경쟁우위를보이게된다면업계내에서차별적인기술혁신의사례가될것이다. 리튬에서예상되는또하나의변화가능성은리튬화합물중수산화리튬의수요증가이다. 현재전세계리튬시장에서가장많이거래되는리튬화합물은탄산리튬으로약 50% 를차지하고, 수산화리튬이 20% 로그뒤를잇는다. 전지용고순도리튬은모두탄산리튬이사용되고있다. 그러나전지가고용량화되면서전지기업들은고용량화에유리한수산화리튬적용을고려하고있다. 리튬메이저기업들은수산화리튬수요에대응하기위해증산을계획하고있다. 중국티엔지는수년내에 2만톤규모의수산화리튬생산을증설하겠다고밝힌바있으며, FMC도수산화리튬생산규모를 3배로증가시키기위해준비중이다. 수산화리튬을생산하기위해서는광석에서추출시석회법을사용하거나, 탄산리튬을재가공하여만들어야하기때문에추가적인비용이발생한다. 그러나장기적으로전지용수산화리튬필요성이더높아진다면, 규모의경제를통한생산원가절감의선순환이실현될여지가있다. 리튬에대한전략적확보방안이필요지금의리튬이온전지가차세대전지로바뀐다해도리튬에어전지, 리튬설퍼전지등이고여기에도리튬이사용된다. 연료전지등대체재의 혁신이있다해도리튬은여전히쓰일것이다. 전지기업과전지소재기업들은전기차와에너지저장용전지수요의성장에대비해핵심원재료인리튬확보를고민하고있다. 최근리튬가격급등으로전지소재기업과전지기업간에리튬가격을전지원가에반영하는것을두고소송까지이어졌다. 어떻게정리되든돈을번기업은리튬기업들이었다. 리튬은희소금속인가? 답은아니다이다. 사실매장량이매우많다. 조사기관에따라차이가있지만, 1억톤에가깝다. 흔히납땜에쓰이는납 (Pb) 보다매장량이많다고알려져있다. 리튬이희귀해서고갈될우려는적다. 그러나리튬이다른소재로빠르게대체될가능성또한크지않다. 수요가계속확대되고있는리튬시장은상당기간기존리튬기업뿐아니라자동차및전지기업들의관심이높은시장이될것이다. 리튬의국제거래시장은아직없기때문에리튬을확보하기위해서는장기계약, 지분투자, 프로젝트참여등다양한선택이가능할것이다. 기업들입장에서는저렴한가격에확보하기위해앞서사례를든도요타나 BYD 처럼내재화까지고려할수있다. 그러나이는제조업기업이광물자원사업까지하는것을의미하기때문에사업관점에서는단순한문제가아닐수있다. 그림은좋으나업의특성차이는득보다실이큰결과를남기기도한다. 편향되기보다는다양한방법을활용한전략적포트폴리오가요구되고있다. www.lgeri.com LG Business Insight 2016 10 5 33