리튬의 특성, 부존량, 매장량, 생산량

"인도에서 엄청난 양의 리튬이 매장되어 있는 것이 발견되었다."라는 기사가 나온 적이 있습니다. 또 국내에서도 리튬이 매장되어 있다는 기사들이 심심찮게 나오고 있는데요. 오늘은 지구상에 리튬이 얼마만큼 많이 매장이 되어 있는지 이 부분을 살펴보도록 하겠습니다.

리튬의 발견과 특성

주기율표 상에 원소 기호 3번에 해당하는 리튬, 리튬이 지구상에 얼마만큼 많이 매장되어 있는지를 살펴볼 텐데요. 리튬은 1818년에 처음으로 발견이 되었습니다. 스웨덴의 화학자이자 광산 주인이었던 아르프 베드손이라는 사람이 처음으로 리튬을 발견하게 됩니다. 페탈라이트라고 우리말로 하면 '엽장석'으로 화강암의 일종인데요. 거기서 리튬을 발견하게 됩니다. 광석에서 처음 발견되었기 때문에 리튬은 처음에는 그리스어로 돌을 뜻하는 '리토스'라는 이름을 붙였고요. 리토스라는 이름을 따서 결국에는 리튬이라고 부르고 있습니다.

원소 기호 3번인 리튬은 가장 가벼운 금속성 원소입니다. 그래서 물에 뜰 수 있을 정도로 가볍고 알칼리 금속이기 때문에 상당히 물렁물렁한 편입니다. 따라서 금속이지만 칼로 쉽게 자를 수 있습니다. 또 중요한 특성이 반응성이 굉장히 좋아서 물을 만나면 잘 반응합니다. 심지어는 공기 중에 있는 수분과도 반응을 잘해서 리튬은 단독으로 존재하기 어렵고 화합물의 형태로 존재를 하게 됩니다. 현시점에서 제일 중요한 특징은 전기전도성이 가장 높은 원소라는 것입니다. 그래서 배터리 그러니까 '리튬이온 배터리'에 최적화되어 있는 그런 원소입니다. 전기전도성이 높기 때문에 배터리에 사용이 되는 것이고요. 리튬을 대체하기 위한 여러 가지 배터리들이 많이 나오고 있지만 나트륨 이온 배터리라든지 궁극적으로는 다른 소재들은 대체할 수 있지만 리튬 자체를 대체하기는 굉장히 어렵습니다. 리튬이 가지고 있는 물성 때문에 다른 원소가 대체하기는 어렵다는 부분을 말씀드리고 싶습니다.

지구를 구성하고 있는 원소

리튬의 매장량을 살펴보기에 앞서 지구상의 어떤 물질들이 가장 많이 분포되어 있는지 한번 살펴보겠습니다. 지구를 구성하고 있는 원소 중에 가장 비중이 높은 것은 철입니다. 철의 비중이 가장 높고 뒤를 이어서 산소, 규소, 마그네슘, 니켈 이런 순서로 구성이 되어 있습니다. 지구 전체를 구성하고 있는 원소는 그런데요. 철 같은 경우에는 지구 속 그러니까 내핵이라든지 외핵에 많이 분포되어 있기 때문에 지각으로만 봤을 때는 순서가 좀 떨어집니다. 여기서 지각을 구성하는 원소의 순서를 다시 한번 살펴보면 산소가 제일 많고요, 산소의 뒤를 이어서 규소, 알루미늄 뒤를 이어서 철 그리고 칼슘 이런 순서로 구성이 되고 배터리용 원료로 많이 사용되는 원소들은 그 밑으로 쭉 포진되어 있습니다. 니켈, 아연, 구리, 코발트 이런 원소들이 순서대로 밑에 있습니다. 우리가 관심을 가지고 있는 리튬은 33번째 순서입니다. 아주 희소한 것은 아니지만, 또 그렇게 흔한 원소는 아니라고 볼 수 있겠고 리튬은 지각을 구성하고 있는 원소 중에 33번째인데 비율로 따지면 0.006% 정도를 차지하고 있습니다. 1%가 채 안 되는 원소이며 리튬의 뒤를 이어서 주석이라든지 납 이러한 원소들이 지각을 구성하고 있습니다.

리튬의 부존량

리튬의 '부존량'을 한번 살펴보겠습니다. 부존량이라는 것은 이론적으로 존재하고 있는 전체 양을 말합니다. 채굴 가능 여부 그리고 채굴했을 때 경제성이 있는지 없는지를 떠나서 리튬이 조금이라도 존재하는 것들을 다 합친 양을 부존량이라고 이야기합니다. 리튬의 부존량은 미국의 지질 조사 연구소(USGS)에서 해마다 어느 정도의 광물이 지구상에 존재하는지 탐사 결과에 따라서 계속 업데이트하며 발표를 하는데요. 2022년을 기준으로 부존량을 올해 초에 한 번 발표를 한 적이 있습니다. 여기서 발표된 양이 리튬 메탈 기준으로 발표가 되기 때문에 이 부분을 전기차 배터리에 쓰이는 쉽게 이해할 수 있는 탄산리튬 기준으로 환산해서 다시 계산해 봤습니다. 그러면 리튬의 부존량은 2022년을 기준으로 5억 2000만 톤 정도가 됩니다. 5억 2000만 톤 정도의 리튬이 어떤 형태로든 지구상에 존재한다고 볼 수 있겠습니다.

그러면 '전기차에 쓰기에 충분한 양이냐?' 이 부분을 한번 살펴보겠는데요. 올해 전 세계 자동차 판매량이 8500만 대 정도 될 것으로 예상이 되는데 8500만 대로 가정을 하고 전량이 모두 전기차로 판매가 된다고 가정을 했을 때 5억 2000만 톤이라는 리튬은 앞으로 153년 동안 쓸 수 있는 양이며 그만큼이 지구상에 존재하고 있습니다. 부존량은 탐사가 거듭될수록 해마다 늘어나게 됩니다. 2021년에 조사했던 수치와 작년에 조사했던 부존량 수치를 비교해 보면 10% 정도가 늘었습니다. 2021년에 부존량은 4억 7300만 톤 정도로 발표되었고 2022년에 조사한 부존량은 5억 2100만 톤 정도로 계산이 됩니다. 그러니까 10% 정도가 늘어난 것이고요. 탐사하면서 실제로 리튬이 없다고 생각했던 곳에서 발견되는 것은 물론 채굴 가능 여부를 떠나서 발견량이 계속 증가하고 있기 때문에 리튬의 부존량은 해마다 조금씩 증가하고 있다는 부분이 중요한 사실이 되겠습니다.

리튬의 매장량

부존량으로 보면 충분히 있다고 볼 수 있는데 그러면 기술적으로 채굴이 가능한 것인지 확인을 해야 할 텐데요. 기술적으로 채굴할 수 있는 리튬의 총량 이 부분을 '매장량'이라고 할 수 있습니다. 리튬의 매장량은 부존량 대비해서 숫자로 비교해서 말씀드리면, 27% 정도가 채굴 가능한 양이며 1억 3800만 톤 정도가 매장량입니다. 그래서 실제 부존량은 아주 많지만 채굴할 수 있는 리튬은 그렇게 많지는 않다고 볼 수 있습니다. 물론 이런 매장량은 계속 탐사 프로젝트가 진행되면서 실제로 계속 늘어나고 있습니다.

1억 3800만 톤이 매장되어 있다고 말씀을 드렸는데 이 매장량은 또 전기차에 얼마큼 사용이 가능한지 환산해 보겠습니다. 마찬가지로 매년 판매되는 자동차가 100% 전기차로 판매된다고 가정을 했을 때 앞으로 41년 동안 쓸 수 있을 정도의 양으로 리튬의 전 세계 매장량이며 이 수치는 현재 기준입니다. 자동차가 판매되는 양에서 전기 자동차가 50% 정도만 판매된다고 했을 때는 앞으로 80년 이상 다시 말해 현재 매장량 기준으로 봤을 때는 80년 이상 쓸 수 있는 양이 지구상에 매장되어 있다고 보시면 되겠습니다. 매장량 또한 탐사가 계속 진행되고 있기 때문에 해마다 조금씩 늘어나고 있습니다. 재작년 2021년에 조사했던 수치에서는 리튬의 매장량이 1억 1700만 톤 정도였는데 작년에 조사한 수치는 1억 3800만 톤으로 늘어났으며 약 18% 정도가 증가한 수치입니다.

리튬의 생산량

리튬의 매장량보다 더 중요한 것은 사실 생산량입니다. 리튬의 생산이 과연 충분히 이루어지고 있는지 지금부터 살펴보겠습니다. 리튬의 매장량이 1억 3800만 톤이라고 말씀을 드렸는데 리튬의 생산량은 생각보다 굉장히 높지 않습니다. 1%가 채 되지 않는 수치이며 작년에 생산한 리튬양이 69만 톤 정도가 됩니다. 이 부분은 실제 매장량에 비해서 0.5% 정도만 생산이 되는 상황이라고 볼 수 있습니다. 리튬이 많이 매장되어 있는 국가에서 실제로 경제성이 떨어지기 때문에 생산하지 못하는 부분 또는 국가에 따라 리튬 생산을 하지 못하도록 통제를 하는 국가들도 일부 있기 때문에 실제로 매장량이 높더라도 생산량까지 연결이 되지 않는 부분이 대단히 많습니다. 아직은 리튬에 생산량 자체가 충분하지 않기 때문에, 최근에 수요가 급격하게 늘어남에도 불구하고, 공급이 따라주지 못해서 계속 리튬 가격이 높은 수준으로 오르게 되고, 지금도 가격이 조금은 안정세에 접어들긴 했지만, 앞으로도 계속 리튬 가격은 높은 수준으로 유지될 것으로 보입니다.