첨단산업의 핵심에너지, 희토류란 무엇인가?

대학생 여러분의 하루는 과연 어떤 모습인가요? 일과 시작의 대부분은 아마도 알람 시계를 대신해 스마트폰 알람으로 하루를 시작하지 않을까 싶습니다. 학교로 가는 도중에는 ‘과제는 다 했어?’라고 스마트폰으로 친구들과 메시지를 주고받지요. 학교에서는 교수님이 노트북에 담아 온 수업자료를 대형 스크린으로 보며 공부합니다. 저녁에는 가족들과 거실에 모여 TV를 보며 오순도순 이야기도 나누고요.

자, 여러분 여기서 질문입니다! ‘000이 없다면 스마트폰, 노트북, TV도 볼 수 없다.’ 여기서 000은 무엇일까요? 정답은 바로 ‘희토류’입니다. 이처럼 우리가 사용하는 다양한 제품에 감초처럼 들어가 있어 첨단산업의 비타민이라고도 불리는 희토류! 유스로거와 함께 희토류에 대해 자세히 알아볼까요?

희토류의 정의와 활용범위

희토류, 이름부터 특이합니다. 풀어보면 드물 희(稀), 흙 토(土), 무리 류(類)라는 뜻을 가지고 있는데요. 영어로는 ‘Rare earth elements’라고 합니다. 글자 그대로 본다면 희귀한 흙, 희귀한 원소 정도로 해석할 수 있겠네요.

그런데 이름과는 다르게 사실 희토류는 생각보다 희귀하지 않답니다. 전 세계적으로 중국을 비롯한 러시아, 미국 등에 1억 톤 이상이 매장되어 있죠. 물론 그 양이 무한하지는 않기 때문에 지금 같은 추세로 희토류를 소비하면 약 100년 정도 후에 고갈될 수도 있다고 합니다.

희토류는 란탄 계열의 15개 원소에 이트륨과 스칸듐을 더한 17종의 화학원소의 통칭이랍니다. 17종류의 원소를 묶어 희토류로 통칭하는 이유는 서로 화학적 성질이 유사하고, 광물 속에 그룹으로 함께 존재하기 때문이라고 해요.

▲ 실제 1페니와 희토류 원소가 포함된 광석의 크기 비교

희토류는 첨단산업에 있어 굉장히 필수적인 원재료랍니다. 하이브리드 자동차, 스마트폰, 자동차 배터리, 배출장치, LCD, 디스플레이, 카메라 등 광범위하게 사용되죠. 특히 희토류는 스마트폰과 디스플레이 분야의 핵심원료인데요. 일반 영구자석보다 10배 이상의 자성이 있어 IT 제품의 소형화를 가능케 하고, 다른 물질에 녹거나 결정 속에 들어가도 고유의 성질을 그대로 유지하는 성질이 있어 LED 등 디스플레이의 선명도 유지에 큰 역할을 하고 있답니다. 희토류. 첨단산업의 비타민이라 불릴 만하죠? 

원소명	사용처
네오디뮴, 프라세오디뮴, 디스프로슘, 터븀, 사미륨	하이브리드 자동차, 배터리, 스마트폰
란탄, 세륨	자동차 배터리 및 배출장치
유로퓸, 이트륨, 가톨리늄	LCD, PDP, 디스플레이
에르븀	디지털카메라, 광섬유

희토류의 이면, 환경파괴

앞서 희토류는 LED의 원료라고 소개한 바 있습니다. LED는 전력 소모량을 아껴주는 친환경 제품입니다. 또 희토류는 풍력발전을 위한 터빈의 주재료로 쓰이기도 합니다. 그렇다면 희토류는 친환경적인 금속일까요? 

사진은 NASA에서 촬영한 중국 백운악박광구의 항공 사진입니다. 희토류 금속이 채굴되고 있는 이곳의 모습에서 얼마나 환경이 오염되고 있는지를 단적으로 보여주고 있어요. 희토류 금속의 채굴은 말 그대로 광물을 채굴하는 과정입니다. 채굴지역은 나무가 베어지고 벌거숭이 상태가 되어, 생태계가 죽어버립니다. 더구나 희토류는 생산과정에서 발생하는 폐수는 1L당 300~5,000mg의 암모니아 질소가 함유되어 있는데, 이 암모니아 질소는 토양과 지하수를 오염시킵니다.

채굴 과정에서 발생하는 작업 인부들의 건강 문제도 있습니다. 우라늄과 같은 방사능 동위원소도 발견되기 때문이죠. 진폐증 환자도 많이 발생합니다. 채굴뿐만 아니라 희토류 금속을 분류하는 과정에서도 폐수가 발생합니다. 희토류는 우리 삶에 꼭 필요하지만, 그 과정에서 발생하는 오염 문제 또한 우리가 꼭 해결해야 할 숙제입니다.

희토류를 둘러싼 세계의 이권 분쟁과 향후 우리나라의 대처 방향

희토류를 둘러싼 세계의 이권 분쟁은 과거부터 현재까지 진행 중입니다. 한정된 자원이라는 특성과 채굴에 따른 환경비용 때문이죠. 현재 중국의 세계 희토류 생산 점유율은 85%입니다. 몇 년 전만 해도 97.3%였던 것에 비하면 그나마 떨어진 것입니다.

2009~2010년 무렵 전 세계 IT 시장에서 스마트폰 수요가 폭발적으로 증가하면서 희토류의 수요 또한 덩달아 늘어났습니다. 이때 중국은 자원보호를 이유로 희토류 수출을 통제했는데요. 이때 희토류 가격은 4~5배 뛰었답니다. 결국, 해외 IT 기업 등은 중국 업체보다 3배 이상 비싼 가격에 희토류를 사게 됐고요. 이때 가전제품을 주력 수출 제품으로 삼고 있는 일본과 우리나라는 경제적 타격을 입었습니다.

이후 세계는 미국, 유럽 등의 서방국가를 중심으로 반격에 나섭니다. 희토류 수출을 무기화하려는 중국을 WTO에 제소하고 자국에서 희토류 채굴 사업을 시작하는 등 반격에 나선 것이죠. 특히 일본은 세계에서 희토류를 가장 많이 수입하는 나라인데, 2011년 여름 중국이 수출량을 3분의 1 수준으로 줄이자 엄청난 피해를 입었습니다. 2011년 중국 전체의 희토류 수출량이 평소 일본의 수입량보다 적었다고 하니 그 규모를 짐작할 수 있죠. 일본은 이러한 ‘희토류 쇼크’를 방지하기 위해 희토류에 대한 의존도를 줄이고, 대체소재 연구에 박차를 가하고 있습니다. 이렇듯 희토류 패권을 차지하기 위한 중국과 다른 나라들의 분쟁은 앞으로도 계속될 것입니다.

우리나라의 입장은 어떨까요? 희토류 소비의 대부분을 수입하고 있는 처지에서 희토류를 둘러싼 중국의 정책과 희토류 가격변동은 민감하게 느껴질 수밖에 없습니다. 2012년부터 한국 광물자원공사는 남아공에 있는 희토류 광산을 인수해 채굴 사업을 진행하고 있습니다. 이처럼 희토류 확보를 위한 다각적인 노선확보와 함께 좀 더 적은 희토류로 더 나은 성능을 내는 연구 또한 박차를 가해야겠습니다. 

자, 이렇게 희토류와 관련된 개념과 쟁점들에 관해 이야기해보았습니다. 첨단산업을 발전시키는 핵심원료 희토류! 고마운 물질이기도 하지만 채굴 과정에서 환경오염이 발생하기도 하고, 세계 이권 분쟁의 원인이기도 합니다. 하루빨리 오염문제가 해결되고, 다양한 연구가 진행되어 단점은 줄어들고 장점은 극대화할 수 있는 날이 왔으면 좋겠습니다!