21세기 산업의 후추, 희토류

안녕하세요. 덕왕입니다.
원래 수요일이 업로드날인데 내일 일이 있어 부득이 하루 일찍 올리게 되었습니다.

오늘은 예고드린대로 메르의 <1%를 읽는 힘>에서 하나의 주체를 발췌하여 다뤄보겠습니다.
제가 고른 것은 1장 오래된 시각과 새로운 해석 - 06-07 희토류가 움직이는 세계입니다.

희토류란 무엇인가

후추가 금보다 비싼 시대가 있었습니다.
대항해시대는 후추를 구하기 위해 시작되었다고 할 수 있을만큼 당시 후추의 가치는 엄청났습니다.

그리고 21세기의 후추는 단연 희토류입니다.

희토류는 주기율표 상의 17개 특별한 금속 원소들의 집합을 의미합니다.
이름과 달리, 이 원소들은 지구의 지각에 상대적으로 풍부하게 분포합니다.
예를 들어, 세륨은 지각을 구성하는 원소 중 25번째로 풍부한 원소입니다.

이들은 화학적 성질이 유사해 분리가 극히 어려워 '희귀'라는 오명을 얻었으나,
지각 내 평균 농도는 구리(50ppm)보다 높은 150~220ppm에 달합니다.
다만 경제성 있는 농축된 형태로는 거의 산출되지 않아 "희토류"라는 이름이 붙게 되었습니다

극장좌석표 아님

주요 희토류의 종류

희토류는 크게 세 가지 종류로 나눌 수 있습니다:

1. 경희토류 (輕稀土類, LREE : Light Rare Earth Elements)

   - 원자번호가 낮은 란타넘족 원소들로 구성

   - 주요 원소: 란타넘(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd)

2. 중희토류 (中稀土類, MREE : Middle Rare Earth Elements)

   - 원자번호가 중간인 란타넘족 원소들로 구성

   - 주요 원소: 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd)

3. 중희토류 (重稀土類, HREE : Heavy Rare Earth Elements)

   - 원자번호가 높은 란타넘족 원소들로 구성

   - 주요 원소: 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이테르븀(Yb), 루테튬(Lu)

주기율표 왼쪽 상단에 쌩뚱맞게 있는 두 원소인 스칸듐(Sc)과 이트륨(Y)은
란타넘족이 아닌 별도의 그룹에 속하므로 MREE/HREE 분류에서 제외됩니다.
다만 일부 분류 체계에서는 이트륨을 중희토류(HREE)에 포함시키기도 하나,
이는 공식적인 분류 기준은 아니라고 합니다.

경희토류(LREE)는 전 세계 희토류 생산량의 약 90.9%를 차지하며,
상대적으로 풍부하고 채굴이 용이합니다.
반면 중희토류로 갈 수록(MREE, HREE)는 더 희귀하고 가치가 높으며,
첨단 산업에서 중요한 역할을 합니다.

란타넘족 그게 뭔데?

오크족, 엘프족 밖에 모르는 우리에게 첫 번째 시련이 닥쳤습니다.

이 쯤에서 아제로스를 위해 나가셔도 좋습니다.

원자번호 57번 란타넘은 란탄계열의 첫 번째 원소입니다.
란타넘은 회백색의 금속으로 공기 중에서는 표면이 산화되어 은백색으로 변합니다.
란타넘은 그 자체로 사용되기 보다 합금 형태로 많이 쓰입니다.
대표적인 용도는 니켈수소 전지입니다.

란타넘(Lanthanum)은 1839년 스웨덴 화학자
칼 구스타브 모산데르(Carl Gustav Mosander, 1797~1858)가 발견했습니다.
그는 란타넘이 실제로는 두 원소라는 것도 밝혀냈습니다.

그 중 하나는 그대로 란타넘,
다른 하나는 ‘쌍둥이’라는 그리스어 디디모스에서 따와 디디뮴(didymium)이라 불렀습니다.
후에 원소라 생각했던 디디뮴 또한 사마륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴의 혼합물로 밝혀졌습니다.

옌스 야코브 베르셀리우스(Jons Jakob Berzelius, 1779~1848)는
란타넘이 세라이트 광물 안에 들어 있는 불순물에 발견했다는 데에서 착안해
‘숨어 있는’이란 뜻의 ‘lanthano’를 따서 란타나(lanthana)로,
그리고 산화물을 이루는 새로운 금속 원소를 ‘란타넘(lanthanum)’이라 부르자고 제안했습니다.

란타넘족(란타넘족)은 주기율표의 57번 원소 란타넘(La)부터 71번 루테튬(Lu)까지의
15개 원소로 구성된 f-구역 원소 그룹입니다.
이들은 희토류 원소의 일부로 분류되며, 화학적 성질이 유사해 희토류 금속으로 통칭됩니다

란타넘족 퀘스트를 정복했으니 이제 다음으로 넘어가보겠습니다.

6대 핵심 희토류

17형제단 중 가장 핵심인 6형제는 아래와 같습니다.

이중에서 NdPr(네오디뮴-프라세오디뮴) 산화물 가격은 2023년에 38% 폭락했으나,
2024년 생산쿼터 조정으로 21% 회복세에 있으며, 터븀은 의료장비 수요 증가로 최고가 경신 중입니다.
각 희토류의 쓰임새는 나중에 자세히 다루겠습니다.

희토류 광물의 세계 매장량

일단 매장량과 생산량은 다릅니다. 매장량 기준으로 보면 아래와 같습니다.

중국이 전세계 매장량의 38%를 차지하고 있으며 베트남과 브라질, 러시아, 인도가 뒤를 잇습니다.
미국은 1.3%인 150만 톤의 희토류 금속을 매장하고 있지만
정제된 희토류 금속을 대부분 중국에서 수입에 의존하고 있습니다.

희토류 생산량

희토류의 세계 최대 생산 역시 중국이 압도적입니다.
2023년 기준으로 전 세계 생산량의 70% 이상을 차지하고 있으며
그 뒤를 미국, 미얀마, 호주 등이 따르고 있습니다.

희토류 생산 순위

위의 표를 시각화하면 아래와 같습니다.

베트남과 브라질은 거의 같은 양으로 생각하면 될 것 같습니다.

위 표에서 알 수 있는 것은
중국은 부존자원대비 생산을 엄청나게 하고 있다는 말이고
브라질과 베트남은 잠재력이 풍부하지만 자원대비 생산량은 낮다는 것입니다.

중국은 확실히 희토류 금속 산업에서 확고한 선두주자이며
2023년 현재 전 세계 생산량의 3분의 2 이상을 차지하고 있습니다.

미중갈등이 본격화된 2017년 트럼프 집권 이후 미국은 희토류 금속 생산을 재개했습니다.
2010년 일본과 중국의 센카쿠 열도 분쟁 때 중국의 희토류 수출금지 무역보복에
일본이 바로 스미마셍! GG를 치는 모습을 직관한 미국은
가만히 있으면 우리도 당하겠구나 생각하여 희토류 독립을 꿈꾸기 시작합니다.

미국 생산량은 2017년 15.4킬로톤에서 2023년 43킬로톤으로 뛰어올랐으며,
이는 국내 공급망을 강화하고 중국에 대한 의존도를 낮추려는 노력을 반영하고 있으나
아직까진 턱없이 모자란 수준입니다.

희토류 금속을 분리하고 가공하고 정제하는 것 또한 중국에서 거의 독점합니다.
중국은 현재 모든 희토류 금속의 90% 와 중희토류 금속의 99.9%를 가공하고 있으며,
이는 다른 나라에서 생산한 희토류도 중국에 옮겨 가공하고 있다는 것을 의미합니다.

2020년 미중 무역분쟁으로 미국이 화웨이 등 중국 기업에 대한 제재를 가하자
중국정부는 11월 중화인민공화국수출통제법(이하 수출통제법)을 제정하고
12월 1일부터 바로 시행했으며 2023년 12월부터는 희토류 금속 추출 및 분리 기술의
수출을 금지하여 글로벌 중요 광물 공급망 에서 희토류를 무기화하며
지배적 지위를 강화하고 있습니다.

1970년대 OPEC의 석유 무기화가 생각나는 대목입니다.

한편, 미국은 국내 희토류 금속 생산 및 처리 역량을 강화하기 위한 노력을 가속화하여
Lynas Earths 와 MP Materials 와 같은 회사에 수백만 달러 규모의 방위 계약을 체결하여
자체 분리 및 처리 시설을 건설하도록 했습니다.

중국 어디서 희토류가 날까

희토류에 있어서 중국은 정말 사기적으로 은혜받은 나라입니다.
2015년 기준으로 희토류 생산 1위 지역은 중국 동남부 장시성(Jianxi)입니다.

좀 더 세부적으로 나눠 보자면
MHREE (중희토류)는 장시성 간저우시 (Jianxi)에서,
LREE(경희토류)는 내몽고자치구에서 가장 많이 생산하고 있습니다.

이 중 내몽고자치구 지역은 1930년대 말 일본제국에 의해 괴뢰국이 세워졌다가
일본의 패퇴 후 1947년 중국공산당에 의해 흡수병합되었습니다.
(1930년대 이전에는 몽고의 땅이었음)

중국은 어떻게 생산을 많이 할 수 있을까

곰돌이 푸우가 이끄는 공산당 일단독재의 정치체제는 국민의 불만을 잠재울 수 있고
규제는 미흡하고 생산단가는 낮습니다.

위 한 장의 사진으로도 설명은 됩니다만 환경오염의 상황을 자세히 살펴보겠습니다.

1. 폐수 배출로 인한 호수 변색 및 지하수 오염

웨이광바 인공호수(장시성)는 희토류...