메르의 팜
이차전지 필수 자원, 리튬 근황(feat 탄산리튬, 수산화리튬, 함유량)
메르
2024.05.30
금,은,동이 오르는 이유에 대해서 각각 정리한 적이 있습니다.
이번에는 리튬에 대해서 정리해 봅니다.
1. 리튬을 가장 많이 가지고 있는 곳은 바닷물임.
2. 바닷물이 엄청나게 많다보니, 바닷물속에 녹아있는 리튬도 엄청나지만, 바닷물속 리튬농도는 0.17ppm밖에 되지않음.
3. ppm(parts per million)은 백만분의 1로 매우 작은 단위를 측정할때 사용됨.
4. ppm을 10,000으로 나누면 VOL(%)가 되니, 0.17ppm은 0.000017 VOL(%)로 한마디로 엄청나게 적은 분량이 들어있음.
5. 8천만년전 안데스산맥이 바다에서 솟아올랐고, 딸려 올라온 바닷물이 빙하기에 얼었다가 2만년 전부터 녹아내리기 시작함.
6. 안데스산맥의 지하에는 녹은 바닷물이 거대한 호수를 형성하게 되었고, 호수 물이 점점 증발하며 거대한 소금호수가 탄생하게 됨.
7. 물 속에 녹아있던 리튬도 증발과 함께 높은 농도로 축적되기 시작함.
8. 고농도의 리튬이 남미의 소금호수인 염호에 있는 이유임.
9. 바닷물속의 리튬은 농도가 0.17ppm인데, 소금호수는 농도가 200~1400ppm으로 바닷물보다 최대 8,200배 리튬이 농축됨.
10. 안데스산맥의 볼리비아, 칠레, 아르헨티나가 ‘리튬 삼각지대(The Lithium Triangle)’라고 불리는 이유임.
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11. 배터리는 4가지 소재로 보통 만들어짐.
12. 양극재, 음극재, 분리막, 전해액임.
13. 항상 문제가 되는 것은 양극재임.
14. 음극재는 보통 흔한 흑연을 쓰고, 분리막이나 전해액도 소재가 흔한 것이라 큰 문제가 없지만, 양극재는 그렇지 않음.
15. 양극재로 베터리의 종류를 분류할 만큼 양극재가 흔하지 않고 중요함.
16. 현재 양극재는 리튬인산철(LFP)과 3원계로 나누는 것이 일반적임.
17. 중국이 생산하는 주력 배터리는 양극재로 리튬을 기본으로 해서, 인산철을 섞어 쓰는 리튬인산철 배터리(LFP)임.
18 한국이 생산하는 주력 배터리는 3원계 배터리임.
19. 리튬을 기본으로 해서, 양극재로 니켈, 코발트, 망간을 섞어 만들어서 3가지가 섞여 있다고 3원계 배터리라고 부름.
20. 두 배터리 모두 리튬이 들어가고 있음.
21. 전 세계 금속들의 연간 생산량을 보면, 철(21억 톤)과 망간(8천만 톤)은 넉넉하게 나오고, 니켈도 그렇게 부족하지는 않음.
22. 니켈이 많이나오던 러우가 전쟁으로 수출이 주춤하지만,동남아쪽에 니켈 공급이 증가하면서 공급은 원활해지고 있음.
23. 문제는 리튬임.
24. 리튬은 전 세계에서 연간 54만 톤 정도밖에 생산량이 안나오는 것임.
25. 전기차는 2024년에는 1700만대가 판매되며, 2023년 보다 300만대가 더 팔릴것으로 보고 있음.
26. 그만큼 리튬이 많이 필요하다는 말임.
27. 하지만, 2021년기준 리튬 생산은 54만톤이었는데, 리튬 수요는 46만톤이었음.
28. 리튬 수요보다 공급이 많은 상황은 2025년까지 계속될 것으로 예상되고 있음.
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26. 빠르면 2026년에 공급과잉이 해소될 것으로 보는데, 쓸만한 리튬광산을 발견하기 점점 어려워지는 것이 이유임.
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27. 리튬광산이 계속 발견되고 있지만, 쓸만한 함유량을 가진 리튬광산은 101개에 불과하기때문임.
28. 신규 리튬광산 발견이 부진하다보니, 아직까지는 염호에서 리튬을 생산하는 것이 대세임.
사진 출처,GETTY IMAGES
사진 설명,
29. 염호에서 리튬을 만드는 Brine(브라인) 방식은 다음과 같이 진행됨.
30. 소금호수에서 뽑아낸 소금물을 연못에 옮김.
31. 증발못(evaporation pool)이라고 부르는연못에 소금물을 자연증발시키면, 0.1% 였던 리튬이 수십배로 농축되게 됨.
32. 증발못(evaporation pool)에서 1년가까이 증발시켜 리튬이 4%~6% 정도가 되면 공장으로 보냄.
33. 염전에서 천일염을 만드는 방식과 비슷함.
사진 출처,GETTY IMAGES
34. 염호의 물을 자연증발 시키는 방식으로 만들다 보니, 아주 넓은 수영장 같은 시설이 필요해서 초기 투자비용이 많이들어감.
35. 햇볕에 1년이상 말리다보니 생산기간이 길지만, 화학처리등이 많지않아 생산비용이 적게들고, 환경오염이 크지않음.
36. 전세계에서 매장량이 제일 많은 염호는 칠레 아타카마 염호지만, 품질이 제일 좋은 염호는 중국의 쟈부예 염호임.
37. 쟈부예 염호는 천연 탄산리튬 염호로 물을 증발시키기만 하면 바로 함량 60%의 탄산리튬이 나오는 엄청난 고퀄 염호임.
38. 쟈부예 염호는 중국영토로 표기되어 있지만, 티벳임.
39. 중국이 티벳을 포기하지못하는 이유중 하나가 티벳의 이런 자원들임.
40. 리튬광산에서 리튬을 생산하는 방식을 HardRock 방식(경암형)이라고 함.
41. 리튬이 들어있는 광석을 부수고 운반해서 리튬 함량이 높은 것만 추려내는 정련과정을 거쳐 정광을 생산함.
42. 정광을 순수한 리튬으로 화학처리해서 만드는 제련과정을 거치면 리튬이 나옴.
43. 일반 광산개발처럼 땅만 파면 되기때문에 초기 투자비용이 적고 생산기간도 2주 정도로 짧은 장점이 있음.
44. 초기 투자비용은 적지만, 가루를 내서 화학작용을 거치느라 생산비용이 많이 들고, 환경오염이 일어나며, 다량의 물이 필요함.
45. 호주는 세계 1위의 리튬 생산국이지만, 리튬의 90%이상을 정광 형태로 중국으로 보냄.
46. 중국은 호주산 리튬을 포함해서, 세계의 리튬을 정광 형태로 수입해서 탄산리튬이나 수산화리튬으로 만든후 다시 수출을 함.
47. 제련은 다량의 물과 화학작용을 거친 슬러지등을 처리해야 해서 환경오염이 많은 영역임.
48. 환경오염이 일어나는 제련을 중국에서 주로 하는 이유임.
49. 중국은 세계 리튬시장에서 제련된 탄산리튬의 65%, 수산화리튬의 75%를 공급하고 있음.
50. 리튬은 탄산리튬과 수산화리튬으로 나눠서들 많이 봄.
51. 탄산리튬은 LFP배터리와 노트북, 핸드폰등 소형 가전제품에 사용되고, 수산화리튬은 3원계 전기차 배터리에 사용되고 있음.
52. 염수에서 뽑든 광산에서 캐든, 탄산리튬을 가공하면 수산화리튬을 만들수 있어서, 자원으로는 하나로 봐도 큰 차이가 없음.
53. 최근 미국에서 세계 최대 리튬 매장지가 발견되었다고 대대적으로 기사가 나고있음.
“중국, 보고 있나?”…‘1963조 원어치’ 미국서 세계 최대 리튬 매장지 발견
네바다-오리건주 접경지역에서 발견된 리튬 매장지(사진)에는 최대 4000만t에 달하는 리튬이 매장돼 있을 것으로 추정된다.
54. 네바다주와 오리건주 접경지역의 '맥더미트 칼데라'라는 분화구에서 최대 4천만톤에 달하는 리튬 매장 가능성을 확인했다고 함.
55. 맥더미트 칼데라는 1600만년전 화산이 폭발하며 만들어진 분화구로, 마그마 속에 녹아있던 나트륨에서 리튬이 생성된 것임.
56. 점토층에서 발견되다보니, 암석처럼 폭파할 필요가 적어 채굴이 쉽고, 리튬 농도도 일반 리튬광산의 2배 수준이라 경제성도 꽤 높아보이는 상황임.
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‘경제학자들이 기대하던 거대한 리튬광산 발견’ 제하의 워싱턴포스트 11일자 보도 캡처
57. 3조원정도의 개발비용을 투자하면, 매년 1.5조원 규모, 전기차 120만대 분량의 리튬 생산이 가능해서, 미국내 전기차의 리튬 수요를 충족할만한 분량임.
58. 미국에서 발견된 리튬이 광산에서 캐는 경암형(HardRock)이라는 점은 주목할 필요가 있음.
59. 경암형은 세계 각국에서 계속 발견되고 있음.
60. 2023년 2월 인도에서 590만톤의 리튬광산이 발견되었고, 2023년 3월에는 이란에서 매장량 850만톤의 리튬광산이 발견됨.
61. 2023년 9월에 미국 네바다-오리건주 접경지역에서 발견된 리튬광산은 최대 4,000만톤이라 규모로는 가장 큰 리튬광산임.
62. 리튬등 광물은 부존량과 매장량, 채굴가능량, 함량을 나눠서 봐야 함.
63. 미국 지질조사국(USGS)는 매년 전세계 자원의 부존량과 매장량을 조사해서 업데이트 하고 있음.
64. 미국 지질조사국 기준으로 2022년까지 발견된 리튬의 부존량은 52,136만톤임
65. 부존량은 발견된 리튬의 총량이고, 매장량은 부존량중에 채굴이 가능한 리튬의 총량임.
66. 채굴이 가능해야 돈이 되기때문에 경제적인 측면에서는 부존량보다 매장량이 더 중요함.
67. 전세계 리튬 부존량은 52,136만톤이지만, 매장량은 13,832만톤임.
68. 매장량보다 중요한 것은, 채굴을 하더라도 경제성 있게 채굴이 가능한지 여부임.
69. 매장량 역시 캐낼수 있다는 것이지 모두 경제성 있게 채굴이 가능한 것은 아님.
70. 리튬의 매장량은 13,832만톤이지만,현재까지 경제성있게 채굴가능한 규모는 2,200만톤 수준으로 보고 있음.
71. 미국에서 발견된 리튬광산은 경제성있게 채굴 가능한 리튬이 500만톤내외 인것으로 확인되어 엄청난 규모라는 것임.
72. 광산에서 캐는 경암형은 리튬 1톤을 생산하기 위해서는 50만리터 이상의 물이 필요하고, 화학약품 처리로 환경오염이 일어남.
73. 미국에서 발견된 리튬은 진흙에 가까워 캐내서 분쇄하기 쉽고, 함량이 높아서 6%짜리 정광은 쉽게 만들수 있을것 같음.
74. 문제는 물이 많이 필요하고 환경오염이 우려되는 제련임.
75. 환경단체가 강한 미국이라, 호주처럼 정광까지만 만들어 중국으로 보내고, 제련은 중국에서 진행 할 가능성이 높아보이는 것임
76. 리튬정광에 열을 가한 후, 황산과 탄산칼슘을 넣어서 침출을 시키고, 탄산나트륨을 넣어 증발 시키면 탄산리튬이 만들어짐.
77. 수산화리튬도 앞과정은 같고, 탄산나트륨을 넣어 증발시키면 탄산리튬, 수산화나트륨을 넣어 결정을 만들면 수산화리튬이 나옴.
78. 염호에서 추출하는 방법은 자연증발후 황산등을 쓰지않고 석회를 넣어 탄산리튬을 침출하는 방식이라 환경오염이 적은 방식임.
79. 리튬 광산에서 가장 중요한 것은 경제성 있게 리튬정광(6%, 스포튜민)을 만들수 있는 리튬함량임.
80. 리튬광산에는 리튬이 균일하게 섞여있는 것이 아님.
81. 함량이 높은 암석과 낮은 암석이 섞여 있음.
82. 수작업으로 일일이 함량이 높은 광석을 골라내지 않기때문에, 광맥의 평균적인 리튬 함유량이 중요함.
83. 리튬 함유량은 수백톤에서 수천톤의 암석을모래보다 얇게 분쇄를 해서 가루를 만들고 골고루 섞어서 샘플을 만들어 측정을 함.
84. 산화리튬이 2~3%정도 나오면 괜찮은 광산이라고 인정을 해 주고, 5%이상이 되면 아주 좋은 리튬광산으로 인정됨.
85. 산화리튬은 6%이상 함량으로 만들어야 제련을 할 수 있는 스포튜민이라고 부르는 정광으로 인정을 해 줌.
86. 정광을 하려면 모래알보다 작게 분쇄한 광석을 컨베이어 벨트에 올린 후 밀도별로 분리를 해서 리튬이 많이 함유된 가루를 가려냄.
87. 1.5%짜리 광석을 채굴해서 화학처리를 하면 3%의 산화리튬이 이론적으로 나옴.
88. 리튬을 산화시키면 산화리튬(Li2O)이 되는데, 산화리튬은 리튬(Li)이 두배(2)에 산소(O)가 붙어있는 형태라 그럼.
89. 금속리튬 1.5%를 화학처리해서 3%산화리튬을 만들경우 97%는 쓰레기 돌더미인 슬러지가 됨.
90. 97%중에서 쓸만한 광석을 추가로 분류해서 채산성을 높이게 됨.
91. 보통 산화리튬 기준으로 리튬함량이 2.5%는 나와야지, 함량이 높은 리튬에 섞어서 6%를 만들고, 기타 광석을 최대한 판매해서 채굴의 채산성이 나오게 됨.
92. 2배 증폭을 할 수 있는 금속리튬 기준으로는 최소 1%이상은 나와야 최소한의 경제성을 확보할 수 있는것임.
93. 이런 기준으로 모 기업의 몽골광산 공시를 살펴봄.
94. 리튬 36만톤(70조원)가치가 매장된 것으로 추정된다는 공시임.
5) 리튬을 포함한 추정 매장량 및 추정가치
① 추정매장량
- 철 추정매장량 : 33,000,000톤
- 텅스텐 추정 매장량 : 650,000톤
- 아연 추정 매장량 : 2,000,000톤
- 리튬 추정 매장량 : 360,000톤
- 몰리브덴 추정 매장량 : 200,000톤
② 추정가치 : 총 약 1,181,448억원
- 철 : 약 96,461억원
(품위 65%, 시장가격 1,000RMB 기준)
- 텅스텐 : 약 216,600억원
(품위 65%, 시장가격 114,000RMB 기준)
- 아연 : 약 60,344억원
(품위 50%, 시장가격 7,940RMB 기준)
- 리튬 : 약 692,776억원
(품위 99%, 시장가격 191,100RMB 기준)
- 몰리브덴 : 약 115,267억원
(품위 45%, 시장가격 136,500RMB 기준)
95. 2024년 3월 분기보고서를 보면, 2024년에 리튬등을 채굴해서 1600억원 이상의 영업이익을 내겠다고 하고 있음.
96. 지금까지 글을 읽어 온 사람이라면 원광 품위 0.5%라는 것의 의미를 이해할 수 있을 것임.
97. 1% 함유량으로도 힘든데, 0.5%로 6%의 정광을 만들려면 신기술이 필요할듯한 상황임.
98. 최소 함유량을 충족한 다음에야 매장량에 의미가 생기는 것임.
한줄 코멘트. 리튬의 경우 2025년까지는 수요보다 공급이 많아질 것으로 예상되고 있음. 리튬을 적게 쓰는 LFP배터리 전기차 사용비중이 늘어나면서, 예상보다 리튬 수요가 적어서임. 다만, 제대로 된 신규 리튬광산 개발속도가 빠르지 않은 상황이라, 미국의 점토층 리튬등 다른방식의 리튬공급이 예상대로 가능할지가 관전포인트임. 리튬광산은 리튬함유량이 중요하고, 생각보다 다트 공시에는 많은 자료가 담겨있음.