리튬과 투자 포인트(feat 세계 최대 리튬광산, 탄산리튬, 수산화리튬)

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미국에서 대규모 리튬광산이 발견되었다는 기사가 났고, 댓글 요청이 있어서 정리해 봅니다.

 

 

 

 

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1. 1억~8000만년 전 안데스산맥이 솟아오르며, 딸려 올라온 바닷물이 빙하기를 거쳐 2만년 전부터 녹아내리기 시작함.

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2. 안데스산맥의 지하층에서 녹아나오는 빙하기의 바닷물은 거대한 호수를 형성하게 되었고, 호수 물이 증발되며 거대한 소금호수가 탄생하게 됨.

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3. 바닷물 속에 녹아있던 리튬도 호수의 증발과 함께 높은 농도로 축적됨.

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4. 바닷물속에 소금과 같이 존재하는 리튬이 남미 소금호수에 용해된 상태로 존재하는 이유임.

 

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5. 바닷물에서도 리튬을 구할 수 있음.

 

6. 바닷물속의 리튬은 농도가 고작 0.17ppm인데, 남미 소금사막은 농도가 200~1400ppm으로 바닷물보다 최대 8,000배 진한 염호인 것임.

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7. 안데스산맥쪽 볼리비아, 칠레, 아르헨티나 세 나라에 전 세계 리튬의 70%가 몰려 있어 ‘리튬 삼각지대(The Lithium Triangle)’라고 불리게 됨.

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8. 배터리는 4가지 소재로 보통 만들어짐.

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9. 양극재, 음극재, 분리막, 전해액임.

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10. 항상 문제가 되는 것은 양극재임.

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11. 음극재는 보통 흑연을 쓰고, 분리막이나 전해액도 소재가 흔한 것이라 큰 문제가 없지만, 양극재는 그렇지 않음. ​

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12. 배터리 시장은 양극재로 리튬인산철을 쓰는 중국과 3원계를 쓰는 한국이 세계 투톱임.

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13. 중국이 생산하는 주력 배터리는 양극재로 리튬을 기본으로 해서, 인산철을 섞어 쓰는 리튬인산철 배터리임.

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14. 세계 인산철 배터리의 95%가 중국에서 나옴.

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15. 인산철 배터리는 배터리가 빨리 닳는 단점이 있지만, 인산철의 인과 철이 싼 재료라서 원가가 싸고, 에너지밀도가 낮아서 불이 잘 나지 않음.

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16. 한국이 생산하는 주력 배터리는 3원계 배터리임.

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17. 리튬을 기본으로 해서, 양극재로 니켈, 코발트, 망간을 섞어 만들어서 3가지가 섞여 있다고 3원계 배터리라고 부름.

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18. 비싼 재료가 많이 쓰여 원가가 높고, 에너지밀도가 높아서 불이 잘 나지만, 배터리 약발이 좋아 오래가는 장점이 있음.

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19. 전 세계 금속들의 연간 생산량을 보면, 철은 21억 톤, 망간 8천만 톤으로 넉넉하게 나오고 있고, 니켈도 그렇게 부족하지는 않음.

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20. 문제는 3원계에서 많이 사용하는 리튬임.

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21. 리튬은 전 세계에서 연간 43만 톤 정도밖에 생산량이 안나오는 것임.

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22. 전기차 배터리에 들어가는 리튬은 중장기적인 공급 부족 이슈가 있음.

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23. 지금까지는 휴대폰에 주로 리튬이 들어갔음.

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24. 휴대폰 1대당 6g 정도의 리튬이 들어가는 정도라, 1억 대의 휴대폰을 만들어도 600톤의 리튬이면 충분했음.

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25. 전기차는 다름.

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26. 테슬라의 모델 S를 예로 들면, 1대당 63kg의 리튬이 들어감.

 

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27. 테슬라가 100만 대의 전기차를 만들면 6만 톤의 리튬이 필요하고, 테슬라의 2030년 판매 목표인 2천만 대를 만들려면 120만 톤의 리튬이 필요한 것임.

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28. 전 세계에서 연간 생산되는 리튬이 43만 톤인데, 테슬라만 해도 2030년에 120만 톤의 리튬이 필요하다는 말임.

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29. 리튬이 많이 필요하다면, 바닷물에도 리튬이 들어있으니 그걸 뽑아서 쓰던지, 리튬 광산을 좀 더 개발하면 되는 거 아냐?라고 생각할 수 있음.

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30. 그게 쉽지가 않음.

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31. 현재 배터리에 쓰는 전 세계 수산화 리튬의 70%는 칠레, 볼리비아, 아르헨티나의 리튬 삼각지대 소금호수인 염호에서 생산됨.

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32. 바닷물보다 8천배 가까이 리튬 함유량이 높은 호수들임.

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33. 바닷물보다 8천배 가까이 리튬 함량이 높아 경제성이 있는 염호라고 해도, 이 호수물을 퍼올리면 0.1% 정도 리튬이 들어있는 수준임.

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34. 리튬이 많이 녹아있는 염호의 리튬 함유량이 이 정도인데, 염호의 8천분의 1정도 리튬이 들어있는 바닷물은 경제성 있게 리튬을 생산하기 힘듬.

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35. 염호에서 리튬을 만드는 방식은 다음과 같음.

 

 

36. 소금호수에서 가져온 소금물을 연못에 옮김.

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37. 증발못(evaporation pool)이라고 부르는연못에 소금물을 몇년간 자연증발 시키면, 0.1% 였던 리튬이 수십배로 농축되게 됨.

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38. 증발못(evaporation pool)에서 1년에서 2년간 증발시켜 리튬이 4%~6% 정도가 되면 공장으로 보냄.

 

 

39. 여기까지는 천일염을 만드는 방식과 비슷함.

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40. 천일염은 며칠간만 날씨가 좋으면 만들어지지만, 리튬은 노지에서 1년이상 증발을 시켜야하니, 비가 거의 안오는 지역이라야 생산이 가능함.

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41. 리튬 함유량이 풍부한 염호가 있고, 비까지 거의 안 오는 지역이라야 리튬을 경제성 있게 생산할 수 있게 됨.

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42. 칠레, 볼리비아, 아르헨티나에서 전 세계 리튬의 상당부분이 생산되는 것도, 이 세 나라가 겹치는 삼각형 지역에 리튬이 풍부한 염호가 있고, 비도 거의 안 오는 지역이라 그럼

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43. 리튬을 노지에서 증발시키는 게 아니라 공장을 지어서 추출하면 되는 게 아닌가? 하는 질문도 있을 수 있음.

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44. 공장 건설 비용 등도 문제지만, 리튬을 추출하는 과정에서 투입되는 화학물질과 엄청난 물이 소모되어 자연 증발이 주류가 됨.

 

 

45. 리튬의 생산국을 보면, 호주가 1위로 전세계 리튬의 절반이 호주에서 나와, 염호를 가진 칠레를 앞서고 있음.

 

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46. 리튬을 생산하는 방식은 크게 두가지가 있음.

 

 

47. 염호에서 리튬을 생산하는 방식을 Brine(브라인) 방식이라고 함.

 

 

48. 염호의 물을 자연증발 시키는 방식으로 만들다 보니, 아주 넓은 수영장 같은 시설을 만들어야 해서 초기 투자비용이 많이들어가고, 햇볕에 1년가까이 말리다보니 생산기간이 길지만, 화학처리 등이 많지안하 생산비용이 많이 들어가지 않고, 환경오염이 크지않음.

 

 

49. 호주와 같이 리튬광산에서 리튬을 생산하는 방식을 HardRock 방식이라고 함.

 

 

50. 리튬이 들어있는 광석을 부수고 운반해서 리튬 함량이 높은 것만 추려내는 정련과정을 거쳐 정광을 생산하고, 이것을 순수한 리튬으로 화학처리해서 만드는 제련과정을 거치게 됨.

 

 

51. 일반 광산개발처럼 땅만 파면 되기때문에 투자비용이 낮고, 생산기간도 2주 정도로 길지가 않지만, 생산비용이 많이 들고, 운반한 후 부수고 가루를 내서 화학작용을 거쳐서 만들기까지 탄소배출과 환경오염이 상당수준 일어나고, 다량의 물이 필요하기도 함.

 

52. 호주는 세계 1위의 리튬 생산국이지만, 리튬의 90%이상을 정광 형태로 중국으로 보냄.

 

 

53. 중국은 호주산 리튬을 포함해서, 세계의 리튬을 정광 형태로 수입해서 탄산리튬이나 수산화리튬으로 만든후 다시 수출을 함.

 

 

54. 돈도 대부분 중국이 벌지만, 다량의 물을 소모하고, 화학작용을 거친 슬러지 등을 처리해야 해서 환경오염도 중국에서 주로 일어나는 방식임

 

 

55. 중국은 세계 리튬시장에서 제련된 탄산리튬의 65%, 수산화리튬의 75%를 공급하고 있음.

 

 

56. 리튬은 탄산리튬과 수산화리튬으로 나눠서들 많이 봄.

 

 

57. 탄산리튬은 인산철 배터리와 노트북, 핸드폰등 소형 가전제품의 배터리에 사용되고, 수산화리튬은 3원계 전기차 배터리에 사용되고 있음.

 

 

58. 염수에서 만들든 광산에서 캐든 탄산리튬을 가공하면, 수산화리튬을 만들수 있어서, 공정의 문제이지 자원으로는 하나로 봐도 큰 차이가 없음.

 

59. 최근 미국에서 세계 최대 리튬 매장지가 발견되었다고 대대적으로 기사가 나고있음.

 

 

60. 네바다주와 오리건주 접경지역의 '맥더미트 칼데라'라는 분화구에서 최대 4천만톤에 달하는 리튬 매장 가능성을 확인했다고 함.

 

 

61. 맥더미트 칼데라는 1600만년전 화산이 폭발하며 만들어진 분화구로, 마그마 속에 녹아있던 나트륨에서 리튬이 생성된 것임.

 

 

62. 점토층에서 발견되다보니, 암석처럼 폭파할 필요가 적어 채굴이 쉽고, 리튬 농도도 일반적인 리튬광산의 2배 수준이라 경제성도 꽤 높아보이는 상황임.

 

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63. 결국 광산에서 캐는 경암형이라는 말임.

 

 

64. 경암형은 올해들어도 세계 각국에서 계속 발견되고 있음.

 

 

65. 2023년 2월 인도에서 세계 2위급 매장량 590만톤의 리튬광산이 발견되었고, 2023년 3월에서 이란에서 매장량 850만톤의 리튬광산이 발견되어 한달만에 2위자리를 빼았아 감.

 

 

66. 1위는 2,300만톤이 매장되어 있는 볼리비아의 염호임.

 

 

67. 2023년 9월에 미국 네바다-오리건주 접경지역에서 발견된 리튬광산은 최대 4,000만톤이라 1위가 바뀔 가능성이 있는 규모임.

 

 

68. 광물은 부존량과 매장량, 채굴가능한 규모를 나눠서 봐야 함.

 

 

69. 미국 지질조사국(USGS)는 매년 전섹계 자원의 부존량과 매장량을 조사해서 업데이트 하고 있음.

 

 

70. 미국 지질조사국 기준으로 2022년까지 발견된 리튬의 부존량은 52,136만톤임

 

 

71. 경제적인 측면에서는 부존량보다 매장량이 더 중요함.

 

 

72. 부존량은 발견된 리튬의 총량이고, 매장량은 부존량중에 채굴이 가능한 리튬의 총량이기 때문임.

 

 

73. 현재 전세계 리튬의 매장량은 13,832만톤임.

 

 

 

74. 부존량은 볼리비아가 가장 많지만, 매장량은 칠레가 4,948만톤으로 가장 많음.

 

 

75. 매장량보다 중요한 것은, 경제성 있게 채굴이 가능한지 여부임.

 

 

76. 매장량 역시 캐낼수 있다는 것이지 모두가 경제성 있게 채굴이 가능한 물량은 아님.

 

 

77. 현재 세계에서 경제성있게 채굴가능한 리튬은 2,200만톤 수준으로 분석되고 있음

 

 

78. 이번 미국의 매장량이 사실로 확인된다고 하더라도, 문제가 있음.

 

 

79. 환경 문제임.

 

 

80. 광산에서 캐는 경암형은 리튬 1톤을 생산하기 위해서는 50만리터 이상의 물이 필요하고, 각종 화학약품 사용이 필요해서 환경오염이 일어남.

 

 

81. 미국이 아주 급한 상황에 처하지 않는 이상, 환경단체 세력이 강한 미국에서 여러가지 제약조건이 있을것으로 예상됨.

 

 

82. 해당 광산을 개발한다고 하더라도, 호주처럼 정광까지만 만들어 중국으로 보내고, 제련은 중국에서 진행 할 가능성이 높아보이는 것임

 

 

83. 정광을 만든후, 탄산리튬이나 수산화리튬으로 제련하는 방법은 자동화가 힘들어 인력투입이 많고, 황산이나 탄산칼슘 등 화학물질의 투입이 많아, 슬러지가 과다하게 발생되어 환경오염 우려가 크기 때문임.

 

 

84. 과정을 보면, 경암형의 경우 광석 리튬에 가열은 한후 황산과 탄산칼슘을 넣어서 침출을 시킨후, 증발을 시키면 탄산리튬이 만들어짐.

 

 

85. 수산화리튬도 앞과정은 같고, 마지막에 탄산나트륨을 넣어 증발시키면 탄산리튬이 수산화나트륨을 넣어 결정을 만들면 수산화리튬이 나옴.

 

 

86. 반면에 염호에서 추출하는 방법은 자연증발이 메인이고, 석회를 투입해서 탄산리튬을 침출하는 방식이라 환경오염이 상대적으로 적은 방식임.

 

 

87. 광산에서 리튬을 채굴하는 경암형 광산은 계속 발견이 되고 있지만, 환경오염과 다량의 지하수 소모, 다수 인력 투입등이 가능한 중국에서 최종 제련이 될듯하고, 결국 다시 소금호수로 돌아가서 자연 증발로 리튬을 채굴하는쪽을 선호하게 될 듯함.

 

 

 

 

 

투자포인트

- 미국이 발견한 세계 1위급 리튬광산은 탄소배출과 환경오염 이슈가 있어 완전체가 아님.

- 소금호수의 가치는 유지될듯하니, 염호의 자원을 확보한 기업의 가치가 유지될듯함.

- 단순하게, 대규모 리튬광산이 발견되어 공급확대로 리튬가격이 하락한다는 가정은 리튬의 성격을 봐야함.

- 경암형은 환경이라는 한계가 있고, 중국으로 제련이 집중될 수 밖에 없음.

- 경제성 있는 리튬매장량이 가장 중요하고, 이 부분을 제대로 확보하는 기업이 주목받을 수 있다고 봄.

 

 

 

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