핵심 광물, 해외 의존서 벗어나야

방위 산업과 첨단 기술에 핵심 광물 의존

폐기물과 기존 시설에서 재활용하는 방안 모색

미국의 지나친 광물의 해외의존은 첨단 기술 산업과 방위산업에 문제를 가져올 수 있다.

미국 기업들이 군사 무기 시스템, 전기 자동차 배터리, 위성 및 풍력 터빈을 만들 때 수십 개의 "핵심 광물"에 크게 의존하고 있다. 그 중 다수는 거의 전적으로 외국에서 채굴해서 정제된다. 예를 들어, F-35A 전투기 한 대를 제작하려면 주로 중국에서 수입하는 최소 920파운드의 희토류가 필요하다. 이런 수준의 수입 의존도는 미국 정부를 위협한다.

자연 재해, 시민 불안, 무역 분쟁 및 회사 파산은 모두 광물 공급망과 이에 의존하는 많은 제품에 혼란을 줄 수 있고, 이로 인해 많은 핵심 광물이 국가 안보의 우선 순위가 될 수 있다.

특히 중국이 핵심 광물 수출에 대한 통제를 강화함에 따라 미국은 최근 몇 년 동안 신뢰할 수 있는 공급망에 대한 전략적 계획과 투자를 늘렸다. 하지만, 이런 핵심 광물의 자체 채굴과 재활용은 여전히 규모가 작다. 이는 많은 채굴과 가공 작업이 얼마나 환경을 파괴하고 오염시킬 수 있는지에 기인하는 부분적인 이유이기도 하지만, 정책 조치가 최근에야 탐색되고 자금이 지원되고 있기 때문이기도 하다.

정부는 현재 핵심 광물 공급망에 대한 검토를 진행 중이며, 에너지부는 최근 광업 지원을 늘리고 있다. 이런 상황에서 우선 해결해야 하는 것은 핵심 광물 공급망의 안정을 확보하는 것이다.

광물 공급망

저탄소 기술에 필요한 리튬, 코발트, 그래핀, 인듐 및 기타 핵심 광물의 양은 2050년까지 100%에서 1,000%까지 증가할 것으로 예상된다. 이런 추정치는 그 자체로도 우려스럽지만, 군사적 수요, 산업적 수요 그리고 미국 광업의 쇠퇴와 결합될 때 공급 부족에 대한 우려스러운 그림을 보여준다.

콩고민주공화국과 같은 나라들은 과거 무력 충돌을 위한 광물 판매로 헤드라인을 장식했고, 미국 기업들에게 특별히 매력적인 파트너는 아니라고 볼 수 있다. 콩고민주공화국은 휴대폰과 노트북에서 전기 자동차에 이르기까지 전력을 공급하는 거의 모든 충전식 리튬 이온 배터리에 사용되는 전 세계 코발트의 70% 이상을 생산하고 있고 중국은 이 지역에 막대한 투자를 하고 있다.

미국이 수요를 주도할 수 있는 능력은 있지만, '위험한' 국가에 참여하거나 국내 생산에 전념하는 것을 주저한다는 것은 정부가 이런 위험을 기꺼이 받아들일 수 있는 국가에 의존하고 있다는 것을 의미한다.

중국은 현재 전 세계 리튬이온 배터리 소재 정제의 80%, 전 세계 배터리 셀 용량의 77%, 전 세계 배터리 부품 제조의 60%를 장악하고 있다. 미국은 에너지 부족으로 뒤처지는 것을 피하고 성공적인 에너지 전환을 보장하기 위해 몇 가지 조치를 취할 수 있다. 트럼프 행정부 시절 핵심 광물의 안정적인 공급을 보장하기 위한 연방 전략을 출범했지만, 이 전략은 부분적으로 프로젝트가 환경에 미치는 영향에 대한 검토를 축소하는 데 기반을 두고 있어서 실행 가능한 단계가 많지 않았다. 또한 광물 공급망 거버넌스를 개선하기 위해 파트너국가와 협력하는 데 초점을 맞춘 에너지 자원 거버넌스 이니셔티브를 출범시켰다.

미국은 핵심 광물 시장과 무역 협정에 대한 지원을 개선할 여지가 많다. 핵심 광물의 재활용 및 재사용을 확대하면 지속 가능성을 높이고 미국에서 광물을 더 많이 사용할 수 있다.

재활용 프로그램을 장려하는 한 가지 방법은 폐기물 관리자에서 애플과 삼성과 같은 주요 생산업체로 책임을 전환하는 것이다. 국제 협약은 책임 있는 채굴을 요구하는 방식으로 타결될 수 있다.

마찬가지로 미국 기업들은 지속 불가능한 출처에서 구매하거나 개발도상국의 남용과 착취를 조장하는 관행을 지원하지 않기 위해 더 많은 일을 해야 한다.

또한 정부는 핵심 광물에 대한 탐사를 확대할 수 있다. 리오 틴토(Rio Tinto)는 유타의 구리 정제 작업에서 태양 전지판에 사용되는 핵심 광물인 텔루륨을 회수하기 위한 새로운 공장 설립을 했다.

캘리포니아 사막의 리튬 채굴도 투자자를 끌어들이기 시작했고, 콜로라도와 네바다의 희토류 프로젝트도 마찬가지다. 청정 에너지 기술에 대한 논의에는 광산 허가 방법, 가공 공장에 대한 자금 지원 및 첨단 제조 연구와 같은 산업 정책도 포함되어야 한다. 미국이 핵심 광물의 경로를 어떻게 형성하느냐에 따라 환경부터 국가 안보에 이르기까지 모든 것에 중요한 영향을 미치게 된다.

핵심 광물 채굴하지 않는 이유

휴대전화를 사용하거나, 컴퓨터를 열거나, 좋아하는 음악을 들을 때마다 중요한 미네랄에 의존하고 있다. 이런 재료는 현대 생활에 동력을 공급하는 작은 빌딩 블록이다. 배터리의 리튬, 코발트, 니켈 및 흑연에서 지속적인 연결을 가능하게 하는 통신 시스템의 갈륨에 이르기까지 핵심 광물은 현대 기술의 필수 비타민으로 작용해 부피는 작지만 기능에 필수적이다.

그러나 미국은 대부분의 핵심 물질을 수입에 크게 의존하고 있다. 2024년 미국은 사용한 희토류 원소의 80%, 갈륨 및 천연 흑연 100%, 리튬, 니켈, 코발트 48%에서 76% 등을 수입했다.

글로벌 수요 증가, 높은 수입 의존도, 지정학적 긴장 고조로 인해 핵심 광물 공급은 국가 안보 우려가 커지고 있고 가장 시급한 공급망 문제 중 하나가 되었다. 이는 미국이 자국에서 더 많은 핵심 광물을 채굴하고 가공할 수 있을지 의문을 불러일으킨다.

핵심 광물이 미국내에서 생산되지 않는 이유는 무엇일까? 희토류는 현대 기술, 전기 자동차, 에너지 시스템 및 군사 응용 분야에 필수적이다. 예를 들어, 네오디뮴은 컴퓨터 하드 디스크, 레이저 및 풍력 터빈에 사용되는 강력한 자석을 만드는 데 중요하다. 가돌리늄은 자기공명기기(MRI) 기계에 필수적이며, 사마륨과 세륨은 원자로와 태양열 그리고 풍력과 같은 에너지 시스템에서 중요한 역할을 한다.

희토류 원소는 희귀하다는 이름에도 불구하고 실제로 희귀하지 않다. 지구의 지각에서 그들의 농도는 아연과 구리와 같이 더 일반적으로 채굴되는 금속과 비슷하다. 그런데 희토류 원소는 쉽게 접근할 수 있고 경제적으로 실행 가능한 광물 형태 또는 고급 광상에서 흔하게 볼 수 없다.

결과적으로, 충분히 높은 농도와 많은 양을 가진 자원을 식별하는 것은 경제적 생산을 가능하게 하는 데 매우 중요하다. 현재 미국에는 조지아와 캘리포니아 두 곳의 국내 희토류 채굴 지역이 있다. 조지아 남동부에서는 중광물 모래 채굴의 부산물로 희토류가 생산되고 있지만, 생산된 희토류 정광은 재생 에너지 기술 및 영구 자석에 사용되는 재료로 정제하기 위해 다른 주와 해외로 운송된다.

캘리포니아 마운틴 패스에서는 경암 채굴에서 바스트네이사이트(bastnaesite)라고 하는 희토류 탄산염 광물을 추출한다. 그러나 많은 재료가 정제를 위해 해외로 보내진다. 그 결과, 광업에서 제품의 최종 사용에 이르기까지 전체 공급망이 대륙에 흩어져 뻗어 있다.

미국 내 사업장에서 생산되는 희토류 원소 및 기타 핵심 광물에 대한 수요를 충족하려면 단순히 새로운 광산을 개척하는 것 이상이 필요하다. 이를 위해 새로운 기술을 개발하고 확장해야 하며, 프로세싱 오퍼레이션을 구축해야 한다. 역사적으로 가공은 환경 영향, 에너지 수요 및 규제 제약으로 인해 주로 해외에서 이뤄졌다.

새로운 광산의 잠재력

미국 전역에서 핵심 광물 탐사 활동에 대한 투자가 빠르게 증가하고 있다. 2017년 지질조사국은 자국 내 핵심 광물의 잠재적 공급원을 식별하기 위해 지구 매핑 자원 이니셔티브(Earth Mapping Resources Initiative)를 출범했다. 희토류 원소가 유망해 보이는 일부 지역에는 희토류 원소가 포함된 암석이 물과 공기와 반응해 분해되는 화학적 풍화가 많이 있다. 와이오밍과 몬태나주를 포함한 여러 지역에서 탐사가 진행 중이다. 그러나 자원을 식별하는 것은 자원을 생산하는 것과는 다르다.

전통적인 광업은 탐사에서 생산까지 10년 또는 2년이 걸릴 수 있고, 미국에서는 세계에서 두 번째로 긴 기간인 최대 29년이 걸릴 수 있다. 현 행정부에서 이 일정이 바뀔 수 있지만, 기업들은 여전히 허가, 인프라 개발, 그리고 일부 지역에서는 지역사회의 반대와 관련된 주요 불확실성에 직면할 수 있다.

대기와 수질 오염, 높은 물 소비와 에너지 사용과 같은 환경 영향을 관리하면 비용이 더욱 증가하고 프로젝트 일정이 길어질 수 있다. 탐사 프로젝트가 아직 초기 단계에 있다는 점을 감안할 때, 미국은 자원을 더 빠른 속도로 시장에 제공할 수 있는 추가적인 병행 노력이 필요하다.

미국에서 희토류 생산량을 늘리는 가장 빠른 방법 중 하나는 땅에 새로운 구멍을 파는 것이 아니라 오래된 구멍으로 돌아가는 것이다. 대서양 연안 지역이 유망한 지역으로 꼽히고 있다. 더 좋은 점은 이 지역이 이미 광범위한 채굴 활동과 성숙한 인프라를 구축해 훨씬 더 빠른 시장 출시를 가능하게 한다는 것이다.

조지아에는 티타늄, 지르코늄 및 희토류 원소가 풍부한 광물 모래 매장지가 있다. 항공 우주, 에너지 및 의료 응용 분야에 사용되는 티타늄과 지르코늄은 이미 플로리다와 조지아에서 채굴되고 있다. 조지아 남동부에서는 이 무거운 광물 모래에서 발견된 희토류 원소가 이미 희토류 정광으로 회수되고 있다.

종이, 페인트, 도자기에 사용되는 흰 점토인 카올린은 조지아에서 100년 넘게 채굴되어 왔고 희토류 원소도 포함할 수 있다. 조지아는 연간 800만 톤 이상의 카올린을 생산해 미국 최고의 생산국이자 대규모 수출국이다. 여기에는 또한 수백만 톤의 채굴 및 가공 잔류물 또는 광미로 알려진 것이 함께 제공된다. 최근 연구 조사에 따르면 광미에서 희토류 원소를 추출할 수 있는 상당한 잠재력이 있는 것으로 나타났다.

광미는 이미 채굴되어 표면에 남아 있다. 채굴하거나 폭파할 필요가 없다. 이는 기존 인프라, 더 빠른 일정, 더 낮은 비용 및 새로운 채굴 작업을 의미한다.

생물 침출, 리간드 기반 추출 및 분리, 전기화학적 분리와 같은 기술 혁신으로 인해 이제 이런 기존 폐기물을 채굴할 수 있게 되었다. 기존의 고령토 또는 중광물 모래 작업 또는 이전 광산 부지 근처에 새로운 가공 시설을 건설해 수십 년이 아닌 몇 년 안에 재료를 시장에 출시할 수 있다.

이 접근 방식은 "폐기물 채굴", "도시 채굴" 또는 "인위적 순환 채굴"로 알려진 더 광범위한 전략의 일부다. 여기에는 광산 광미, 석탄재 및 산업 부산물과 같은 기존 폐기물 흐름에서 중요한 미네랄을 회수하는 것이 포함된다. 또한 재료를 버리는 것이 아니라 재사용하고 재활용하는 순환 경제 구축의 일부이기도 하다.

국가 안보와 기술에 필수적인 소재에 대한 새로운 국내 공급망을 촉진할 수 있는 잠재력을 갖고 있다. 폐기물 채굴 및 재활용은 이런 공급망의 장기적인 지속 가능성을 보장하는 데 중요한 부분이 된다.