희토류: 중국의 원자재 지배력 – 재활용, 연구 및 신규 광산 개발을 통해 원자재 의존에서 벗어날 수 있을까?

독일에게 희토류 원소의 전략적 중요성

희토류 원소(REE)는 독특한 물리적, 화학적 특성으로 인해 수많은 현대 기술에서 핵심적인 역할을 하는 화학 원소 그룹입니다. 특히 디지털화, 에너지 전환, 안보 관련 응용 분야에서 독일과 같은 산업화된 국가들에게 희토류의 전략적 중요성은 최근 수십 년 동안 기하급수적으로 증가했습니다. 그러나 글로벌 공급망의 집중화, 특히 중국의 지배력 증대는 상당한 경제적, 지정학적 위험을 야기하고 있습니다. 본 논문은 독일의 관점에서 희토류 문제를 분석하고, 중국에 대한 의존도를 조명하며, 새로운 해결책을 위한 현재의 연구 개발 접근 방식을 평가하고, 독일이 이러한 핵심 원자재 공급에서 장기적인 독립성을 확보하기 위한 전략적 방안을 제시합니다.

희토류 원소(REE)의 정의, 특성 및 분류

희토류 원소는 주기율표에 있는 17가지 금속, 즉 란탄족 원소 15종(란탄(La), 세륨(Ce), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 프로메튬(Pm), 사마륨(Sm), 유로퓸(Eu), 가돌리늄(Gd), 테르븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lu))과 스칸듐(Sc), 이트륨(Y)으로 구성됩니다. 이 금속들은 광석에서 추출됩니다. 높은 반응성(특히 산소와의 반응성), 가연성, 특유의 자기적 및 분광학적 특성과 같은 독특한 물리적 및 화학적 성질 때문에 희토류 원소는 매우 귀중한 원자재로 여겨집니다.

일반적으로 희토류 원소는 경희토류 원소(LSEE)와 중희토류 원소(HSEE)로 구분됩니다. 경희토류 원소에는 란탄, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴 등이 포함되며, 중희토류 원소에는 테르븀, 디스프로슘 등이 포함됩니다. 이러한 구분은 대부분의 광상에서 LSEE가 HSEE보다 훨씬 풍부하게 존재하기 때문에 중요합니다.

"희토류 원소"라는 용어는 다소 오해의 소지가 있는데, 지질학적 관점에서 이 원소들이 반드시 희귀한 것은 아니기 때문입니다. 예를 들어 네오디뮴은 납보다 흔하고, 툴륨은 금이나 백금보다 풍부합니다. 경제적인 의미에서 "희소성"이 드러나는 진정한 어려움은 오히려 많은 광상에서 희토류 원소들이 매우 낮은 농도로 존재한다는 점, 그리고 무엇보다도 분리 및 가공 과정이 극도로 복잡하고 비용이 많이 든다는 점에 있습니다. 희토류 원소는 자연에서 항상 서로 또는 다른 광물과 결합된 형태로 존재하며, 이를 분리하려면 수많은 화학적 단계와 특수 기술이 필요합니다. 공급 문제의 핵심은 지질학적 매장량 자체가 아니라 바로 이러한 기술적, 경제적 난관에 있습니다.

아래 표는 희토류 원소를 요약한 것입니다

17가지 희토류 원소 – 특성 및 주요 응용 분야

17개의 희토류 원소는 각각 고유한 특성과 다양한 응용 분야를 가진 경희토류 금속과 중희토류 금속으로 구성됩니다. 스칸듐(원자 번호 21)은 합금에서 높은 강도를 지닌 경원소이며 경기장 조명, 연료 전지, X선 기술 및 항공우주 산업용 경량 합금에 사용됩니다. 이트륨(39)은 중희토류 원소 중 하나이며 형광체 및 초전도 특성에 중요하기 때문에 디스플레이용 형광체, LED, 레이저, 초전도체 및 세라믹에 사용됩니다.

란탄(57)은 반응성이 매우 높으며 란탄족 원소의 기본을 이룹니다. 촉매, 배터리, 특수 유리 및 부싯돌에 사용됩니다. 세륨(58)은 가장 풍부한 희토류 금속이며 촉매, 유리 광택제, UV 필터 및 자가 세척로에서 UV 흡수 기능을 갖춘 연마제로 사용됩니다. 프라세오디뮴(59)은 강력한 자석을 만들 수 있으며 유리와 세라믹에 황록색을 부여하여 영구 자석, 항공기 엔진 및 특수 유리에 사용하기에 적합합니다.

네오디뮴(60)은 가장 강력한 영구 자석에 필수적이며 전기 모터, 풍력 터빈, 하드 드라이브 및 스피커용 NdFeB 자석에 사용됩니다. 프로메튬(61)은 방사성이며 자연적으로 발생하는 희토류 금속 중 가장 희귀하며 발광 디스플레이, 핵 전지 및 측정 기기에 사용됩니다. 사마륨(62)은 고온 자석과 영구 자석의 중성자 흡수, 원자력 발전소의 제어봉 및 촉매에 적합합니다.

유로퓸(63)은 LED, 에너지 절약형 램프 및 디스플레이의 적색 및 청색 형광체에 중요합니다. 가돌리늄(64)은 높은 중성자 흡수 및 상자성 특성을 나타내므로 MRI의 조영제, 제어 막대 및 초전도체에 사용됩니다. 테르븀(65)은 LED, 영구 자석 및 센서의 녹색 형광체 및 자기변형에 중요합니다.

디스프로슘(66)은 고온에서 자석의 보자력 강도를 증가시키며 고온 영구 자석 및 레이저에 사용됩니다. 홀뮴(67)은 알려진 가장 강력한 자기 모멘트를 가지고 있으며 의료 및 군사 레이저에 사용됩니다. 에르븀(68)은 분홍색을 내며 광섬유 케이블, 의료용 레이저 및 유리 착색에 사용됩니다.

툴륨(69)은 가장 희귀한 안정한 란탄족 원소이며 휴대용 X선 기계 및 레이저에서 X선 ​​소스로 사용됩니다. 이터븀(70)은 적외선 레이저와 스테인리스강 합금의 환원제로 사용됩니다. 루테튬(71)은 가장 비싼 희토류 금속이며 양전자 방출 단층 촬영, 석유화학 촉매 및 실험적으로 암 치료에 사용됩니다.

주요 응용 분야 및 미래 기술에 대한 중요성 증대

희토류 원소는 탁월한 특성 덕분에 다양한 첨단 기술 분야에서 필수 불가결한 요소가 되었으며, 현대 경제의 기술 발전과 경쟁력에 중추적인 역할을 하고 있습니다. 디지털화와 세계적인 에너지 전환이 진행됨에 따라 희토류의 중요성은 더욱 커지고 있습니다.

주요 적용 분야는 다음과 같습니다

• 영구 자석: 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 자석은 현존하는 영구 자석 중 가장 강력하며 전기 자동차, 하이브리드 자동차, 전기 자전거, 로봇 및 산업 장비에 사용되는 고성능 소형 전기 모터에 필수적입니다. 또한 풍력 터빈 발전기(특히 기어리스 해상 풍력 터빈), 하드 디스크 드라이브, 스피커 및 헤드폰에도 없어서는 안 될 재료입니다. 고온에서도 자석의 성능을 유지하기 위해 디스프로슘과 테르븀이 첨가되는 경우가 많습니다.
• 촉매: 세륨은 자동차 촉매에 사용되어 유해 배기가스 배출량을 줄입니다. 란탄과 기타 희토류 원소는 석유 정제(유동 촉매 분해) 및 기타 화학 공정용 촉매에 사용됩니다.
• 배터리: 란탄은 하이브리드 자동차와 휴대용 전자 기기에 사용되는 니켈-금속 수소화물(NiMH) 배터리의 중요한 구성 요소입니다.
• 형광체: 유로퓸(적색 및 청색)과 테르븀(녹색)은 발광 다이오드(LED), 에너지 절약형 램프, 평면 디스플레이(LCD, OLED) 및 기타 디스플레이 기술의 색 품질과 효율에 매우 중요합니다. 이트륨 또한 형광체에 사용됩니다.
• 광학 및 레이저: 란탄은 카메라 렌즈, 망원경, 쌍안경용 특수 유리의 광학적 특성을 향상시킵니다. 에르븀은 신호 증폭을 위한 광섬유 케이블에 사용됩니다. 네오디뮴, 이터븀, 홀뮴, 에르븀은 의료, 산업, 통신 분야에서 사용되는 다양한 종류의 레이저의 중요한 구성 요소입니다.
• 다른 첨단 기술 응용 분야로는 연마제(정밀 광학 및 반도체용 산화세륨), 특수 세라믹(고온 저항성 향상용 이트륨), 의료 영상(MRI 조영제로 사용되는 가돌리늄), 센서, 초전도체, 그리고 국방 및 항공우주 산업 분야(정밀 광학, 항법 시스템, 드론 및 로켓 제어)에 적용되는 기술들이 있습니다.

희토류 원소(REE)는 자동차 산업(특히 전기차로의 전환 과정에서), 기계 및 플랜트 엔지니어링, 신재생 에너지(주로 풍력 발전), 전자 및 의료 기술 분야와 같은 독일의 주요 산업에 매우 중요합니다. 점진적인 디지털화와 에너지 전환이라는 야심찬 목표는 향후 수년간 희토류에 대한 전 세계적인 수요 증가를 가져올 것으로 예상됩니다. 예를 들어, 영구 자석용 희토류 수요는 2050년까지 10배 증가할 수 있습니다. 많은 희토류 원소의 중요성은 잠재적인 공급 병목 현상이나 생산지의 지리적 집중뿐만 아니라, 고성능 응용 분야에서 직접적이고 동등한 대체재가 부족하다는 점에도 기인합니다. 대체재 연구가 활발히 진행되고 있지만, 희토류는 고유한 전자적 및 자기적 특성으로 인해 많은 분야에서 기술적으로 대체하기 어렵거나, 대체하더라도 성능 저하를 감수해야 합니다. 이러한 기술적 "고착" 상황은 의존성 문제를 악화시키고 공급 안정성을 높이는 동시에 대안적인 기술 솔루션을 개발해야 할 필요성을 더욱 절실하게 보여줍니다.

독일의 희토류 중국 의존도 심화: 기술 주권 확보를 위한 새로운 전략

희토류의 전략적 중요성과 공급 안보 확보에 따르는 복잡한 과제를 고려할 때, 독일의 현 상황과 미래 선택지에 대한 철저한 분석은 필수적입니다. 본 논문은 희토류 문제를 종합적으로 검토하고, 독일의 중국 의존도를 분석하며, 새로운 해결책에 대한 연구 현황을 제시하고, 이를 바탕으로 독일이 이 핵심 원자재의 장기적이고 지속 가능한 공급을 보장하고 기술 주권을 강화할 수 있는 전략적 기회를 모색하고자 합니다.

글로벌 공급 환경과 독일의 의존도

희토류의 세계 공급은 매장량과 채굴량, 그리고 가공 과정 모두에서 극히 높은 집중도를 보입니다. 이러한 집중, 특히 중국의 지배력은 독일과 같은 선진국들에게 중요한 전략적 과제이자 잠재적 위험 요소로 작용합니다.

전 세계 매장량, 채굴 및 가공 – 중국의 지배적 역할

앞서 언급했듯이 희토류 원소는 지질학적으로 극히 희귀한 것은 아니지만, 경제적으로 채굴 가능한 매장량은 전 세계적으로 비교적 소수의 지역에만 존재합니다. 가장 큰 매장량은 중국에 있으며, 약 4,400만 톤의 희토류 산화물(SEO)이 매장되어 있는 것으로 추정됩니다. 그 외 주요 매장지는 베트남(약 2,200만 톤), 브라질과 러시아(각각 약 2,100만 톤), 인도(약 690만 톤), 호주(약 400만 톤), 미국(약 180만 톤)에 있습니다. 그린란드에도 상당한 매장량이 있습니다.

중국은 수십 년간 세계 광물 생산에서 주도적인 역할을 해왔습니다. 2021년 중국의 세계 광물 생산량 점유율은 약 61~64%였으며, 2023년에는 약 70%에 이를 것으로 예상됩니다. 미국, 미얀마, 호주도 중요한 생산국이지만 시장 점유율은 중국에 비해 훨씬 작습니다. 역사적으로 미국은 1980년대 후반까지 최대 생산국이었지만, 2000년대 초 중국이 생산량을 대폭 확대하면서 시장을 장악하기 시작했습니다.

중국은 희토류 정련 및 가공 분야에서 더욱 압도적인 지배력을 행사하고 있습니다. 이 분야에서 중국은 전 세계 생산 능력의 약 90%를 장악하고 있습니다. 이는 미국이나 호주 등 다른 국가에서 채굴된 희토류 정광조차도 분리 및 정련을 위해 중국으로 운송해야 하는 경우가 많다는 것을 의미합니다. 화학적으로 매우 유사한 희토류 원소들을 서로 분리하고, 또한 다른 부수적인 원소들과 분리하는 이 과정은 기술적으로 매우 까다롭고 자본 집약적입니다.

중국의 희토류 시장 지배력은 단순히 풍부한 지질 자원 덕분만은 아니며, 장기적인 산업 전략의 결과이기도 합니다. 과거에는 환경 기준을 낮추고 국가 보조금을 활용하여 시장 지배력을 확보하고 유지하는 전략을 펼쳤습니다. 이로 인해 서방 국가들의 희토류 생산이 수익성이 떨어져 광산과 가공 공장이 폐쇄되는 경우가 빈번했습니다. 최근 중국은 수출 쿼터와 관세(과거에도, 그리고 앞으로도)를 통제 수단으로 활용하면서 희토류 산업을 공고히 하고, 고부가가치 제품 생산과 자국 내 부가가치 창출에 더욱 집중하고 있습니다. 특히 2023년 말 자석용 희토류 가공 기술 수출을 금지한 것은 중국의 기술 의존도를 더욱 강화하는 중요한 조치였습니다.

또 다른 중요한 구분은 경희토류(LSEE)와 중희토류(HSEE)에 관한 것입니다. 란탄과 세륨 같은 LSEE는 비교적 풍부하고 중국 이외 지역에서 채굴되지만, 영구 자석과 같은 고성능 응용 분야에 필수적인 특정 HSEE 원소(예: 디스프로슘, 테르븀)의 공급은 거의 전적으로 중국과 인접국인 미얀마에 의존합니다. 특히 환경적으로 문제가 되는 채굴 과정을 거치는 이온 흡착석에서 흔히 발견되는 HSEE 원소에 대한 이러한 특정 의존성은 글로벌 공급망에서 매우 중요한 문제점을 나타냅니다.

전 세계 희토류 광산 생산량 및 매장량 (2021/2022년 데이터 기준)

참고: 수치는 자료 출처 및 수집 연도에 따라 약간씩 다를 수 있습니다. SEO = 희토류 산화물. 중국의 매장량 수치는 자료 출처에 따라 상당한 차이를 보입니다.

전 세계 희토류 광물(SEM) 생산은 중국이 주도하고 있으며, 2021년에는 16만 8천 톤을 생산하여 전 세계 생산량의 약 61~64%를 차지했습니다. 미국이 4만 3천 톤(시장 점유율 15.5~16%)으로 2위를 기록했고, 미얀마가 2만 6천 톤(9.4~7.5%), 호주가 2만 2천 톤(8.0~5.9%)으로 그 뒤를 이었습니다. 태국은 8천 톤(시장 점유율 2.9%)을 생산했습니다. 베트남은 2021년 약 360톤을 생산했는데, 이는 DERA(미개발 희토류 자원국) 자료에 따른 수치이며, 미국 지질조사국(USGS)의 보고는 더 높은 수치입니다. 브라질, 러시아, 인도 등 다른 국가들의 생산량은 현재 낮은 수준입니다. 전 세계 희토류 총 생산량은 약 27만~28만 톤에 달합니다.

매장량을 기준으로 보면 상황이 다릅니다. 중국은 약 4,400만 톤의 SEO(황산나트륨)를 보유하고 있으며, 이는 전 세계 매장량의 36.7~63%에 해당합니다. 베트남은 2,200만 톤(18.3%), 브라질과 러시아는 각각 2,100만 톤(17.5%)을 보유하고 있습니다. 인도는 690만 톤(5.8%), 호주는 400만 톤(3.3%), 미국은 180만 톤(1.5%)을 보유하고 있습니다. 그린란드는 150만 톤(1.3%)의 매장량을 보유하고 있지만 현재 생산은 하지 않고 있습니다. 전 세계 SEO 총 매장량은 1억 2천만~1억 6천 6백만 톤으로 추정됩니다.

독일과 EU의 중국 수입 의존도 분석

중국이 세계 희토류(REE) 공급망을 장악하고 있어 독일을 비롯한 유럽연합(EU) 전체가 중국에 크게 의존하고 있습니다. 독일 연방통계청의 최근 자료에 따르면, 독일은 2024년에 중국에서 약 3,400톤의 희토류를 직접 수입했으며, 이는 독일 전체 희토류 수입량의 65.5%에 해당합니다. EU 전체의 경우, 2024년 중국산 희토류 직접 수입량은 46.3%(6,000톤)였으며, 러시아가 28.4%, 말레이시아가 19.9%로 그 뒤를 이었습니다.

이러한 의존성은 고성능 자석에 필요한 네오디뮴, 프라세오디뮴, 사마륨과 같은 특정 희토류 원소에 특히 심각합니다. 2024년에는 이러한 희토류 원소의 거의 전량이 중국에서 수입되었습니다. 가공 제품의 경우도 마찬가지입니다. 예를 들어, 독일로 수입되는 희토류 금속의 84%와 전 세계에서 생산되어 독일로 수입되는 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 자석의 약 85~94%가 중국산입니다.

이러한 의존성은 거시경제에 상당한 영향을 미칩니다. 2022년 독일 제조업 부문의 총 부가가치(약 1,610억 유로) 중 약 22%가 희토류 원소의 공급에 의존한 것으로 추산됩니다. 특히 영향을 많이 받는 부문으로는 기타 차량 제조업(부가가치의 67%가 희토류 원소에 의존), 자동차 제조업(65%), 전자 및 광학 제품 제조업(55%) 등이 있습니다.

희토류 원소의 원산지를 통계적으로 기록하는 방식은 중국에 대한 실제 의존도를 과소평가할 가능성이 있다는 점에 유의해야 합니다. 최종 선적국만 기록할 경우, 제3국의 가공 시설에서 처리되는 희토류 원료가 중국산이라는 사실이 가려질 수 있습니다. 예를 들어, 오스트리아와 에스토니아는 독일 수입품의 가공을 담당하고, 말레이시아는 EU의 주요 공급국입니다. 그러나 중국이 전 세계 정제 산업을 장악하고 있기 때문에, 이들 국가에서 가공되는 원료의 상당 부분이 중국에서 온 것일 가능성이 매우 높습니다. 따라서 공식 수입 통계는 중국과의 긴밀한 연결성을 완전히 반영하지 못할 수 있습니다.

독일과 EU의 특정 희토류 및 가공 제품에 대한 중국 수입 의존도 (2023/2024년 데이터 기준)

참고: 해당 수치는 가장 최근에 입수 가능한 데이터(대부분 2023/2024년 자료)를 기반으로 합니다. 정확한 백분율은 데이터 출처 및 조사 방법에 따라 약간씩 다를 수 있습니다.

최근 2023년과 2024년 자료에 따르면 독일과 유럽연합(EU)은 희토류 원자재 및 가공 제품 공급에 있어 중국에 크게 의존하고 있습니다. 독일은 희토류 원자재 및 산화물의 65.5%를 중국에서 수입하고 있으며, EU는 이보다 약간 낮은 46.3%를 수입하고 있습니다. 독일의 주요 공급국으로는 오스트리아(23.2%)와 에스토니아(5.6%)가 있습니다. EU는 공급처를 더욱 다양화하여 러시아(28.4%)와 말레이시아(19.9%)에서도 희토류를 수입하고 있습니다.

이러한 의존성은 특히 특수 제품의 경우 매우 심각합니다. 자석 생산에 필수적인 네오디뮴, 프라세오디뮴, 사마륨은 거의 전적으로 중국에서 수입됩니다. 가공된 희토류 금속의 경우 독일의 중국산 수입 비중은 82~84%에 달합니다. 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 영구 자석의 경우에도 상황은 마찬가지로 심각하며, 독일과 EU 모두 수입량의 84~94%를 중국에서 조달하고 있습니다. 일본은 유일한 대안으로서 전 세계 생산량의 약 10%를 차지하며 중요한 역할을 하고 있습니다.

EU는 디스프로슘, 테르븀과 같은 가공된 중희토류 원소를 100% 중국에서 수입하기 때문에, 이러한 의존도는 중희토류 원소에서 최고조에 달합니다. 세륨, 네오디뮴, 프라세오디뮴과 같은 경희토류 원소의 경우에도 EU 수입량의 69%가 중국산입니다.

의존성의 경제적 및 지정학적 위험

동남유럽 공급망이 중국에 지나치게 집중되어 있는 것은 독일과 EU에 상당한 경제적, 지정학적 위험을 초래합니다. 과거 중국은 시장 지배력을 이용해 가격에 영향을 미치고 공급을 정치적 도구로 활용해 온 사례가 많습니다.

잘 알려진 사례로는 2010년 영토 분쟁 당시 일본에 대한 동남유럽 금속(SEE) 수출 제한 조치가 있습니다. 최근에는 중국이 2025년 4월 특정 SEE 금속 및 자석에 대한 수출 통제를 시행하면서 서방 산업의 취약성이 다시 한번 부각되었습니다. 이러한 조치는 중국을 제외한 세계 시장에서 상당한 가격 상승을 초래했는데, 예를 들어 디스프로슘 산화물은 킬로그램당 최대 300달러까지 가격이 치솟았습니다. 또한 재고가 급격히 감소하면서 독일 자동차 산업은 4~6주 안에 생산 중단 사태에 직면할 위협에 처했습니다.

이러한 공급 차질이나 급격한 가격 상승은 독일의 주요 산업, 특히 전기차, 신재생 에너지, 첨단 기술 분야의 경쟁력을 위협하고, 야심찬 에너지 및 운송 전환 목표 달성과 디지털화에 심각한 차질을 초래할 수 있습니다. 이러한 의존성은 다차원적입니다. 원자재 채굴뿐만 아니라, 더욱 중요한 것은 정제 및 영구 자석과 같은 중간재 생산에까지 영향을 미칩니다. 다른 공급처에서 SEE 원자재를 구할 수 있다 하더라도, 이를 필요한 고순도 금속이나 합금으로 가공할 수 있는 중국 외 지역의 가공 시설은 부족한 경우가 많습니다. 즉, 광산 생산을 다변화하는 것만으로는 가치 사슬 중간 단계의 핵심 의존성을 해결할 수 없습니다. 따라서 유럽 내 정제 및 가공 시설 개발은 원자재 채굴 자체만큼이나 중요한 병목 현상 해결 과제입니다.

전 세계 동남아시아 우라늄 추출 및 가공의 생태학적 및 사회적 영향

희토류 원소의 채굴 및 가공은 심각한 환경적, 사회적 문제를 야기하며, 이러한 문제는 주로 채굴 및 생산 국가에 집중됩니다. 채굴은 토양 침식, 화학 물질(예: 산, 알칼리) 및 중금속 사용으로 인한 수자원 오염, 먼지와 유독 가스로 인한 대기 오염, 생태계 파괴 및 생물 다양성 손실 등 막대한 환경 파괴를 초래합니다. 또한 이러한 과정에서 물과 에너지 소비량이 매우 높습니다.

특히 희토류 원소(REE)에는 토륨이나 우라늄과 같은 방사성 미량 원소가 빈번하게 함유되어 있다는 점이 문제입니다. 희토류를 처리하는 과정에서는 상당한 양의 잔류물이 발생하는데, 희토류 1톤 생산 시 약 2,000톤의 폐석 및 처리 잔류물이 발생하며, 이 중 최대 1.4톤은 방사성 폐기물입니다. 중국 바얀오보 광산의 거대한 광미호수처럼 이러한 잔류물을 부적절하게 보관하면 토양과 지하수가 장기간 오염됩니다.

광산 지역의 사회적 영향 또한 심각합니다. 예를 들어, 분진 노출(바오터우 지역의 진폐증)이나 유독 물질 접촉으로 인한 노동자와 지역 주민의 심각한 건강 위험이 존재합니다. 공동체 이주, 토지 분쟁, 인권 침해 또한 빈번하게 발생합니다. 특히 환경 및 사회 기준이 낮은 국가에서는 부패와 부실한 안전 조치가 만연합니다.

과거 중국은 시장 지배력을 확보하기 위해 낮은 환경 기준을 수용하고 그에 따른 문제들을 종종 묵인해 왔습니다. 최근에는 중국이 환경에 가장 큰 피해를 주는 생산 공정을 미얀마와 같은 인접 국가로 이전하려는 움직임을 보이고 있다는 징후가 나타나고 있습니다. 이러한 환경·사회적 비용 전가는 단기적으로 서구 산업의 생산 비용을 절감하는 효과를 가져왔지만, 장기적으로는 윤리적 딜레마를 야기하고 동남유럽 석유·가스(SEE) 생산의 진정한 비용을 외부화하는 결과를 초래합니다. 독일과 유럽의 지속 가능한 공급 전략은 단순히 문제를 지리적으로 이전하는 데 그치지 않고 이러한 측면들을 고려하고 내재화해야 합니다. 따라서 유럽 내 석유·가스 추출 및 가공 시설의 개발과 구축은 최고 수준의 환경·사회적 기준을 준수하여 이루어져야 하며, 이는 결국 해당 프로젝트의 경제적 타당성에도 영향을 미칩니다.

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의존도를 줄이기 위한 연구 개발 접근법

희토류 원소에 대한 심각한 의존도와 그에 따른 위험성을 고려할 때, 독일과 유럽의 장기적인 공급 안정성을 강화하고 대체 솔루션을 찾기 위해서는 집중적인 연구 개발(R&D) 노력이 필수적입니다. R&D 활동은 주로 세 가지 영역에 중점을 두고 있습니다. 즉, 대체재 개발 및 효율성 향상, 재활용 및 순환 경제, 그리고 새로운 1차 및 2차 원자재 자원의 개발 및 지속 가능한 추출입니다.

대체와 효율성

희토류 원소(REE)를 다른 물질로 대체하거나 희토류 원소를 전혀 필요로 하지 않는 기술을 사용하는 것은 중요한 연구 방향입니다. 이와 동시에, 응용 분야별 특정 요구량을 줄이기 위해 희토류 원소를 더욱 효율적으로 사용하는 데에도 노력을 기울이고 있습니다.

자석용 교체 재료

영구 자석, 특히 NdFeB 자석은 SEE의 주요 응용 분야 중 하나이며 중요한 병목 현상입니다. 본 연구에서는 몇 가지 대체 재료 종류에 초점을 맞추고 있습니다

• 질화철(FeN) 자석: 이 자석은 SEE(자석 전자 방출)가 없는 유망한 대안으로 여겨집니다. 미국 기업인 니론 마그네틱스(Niron Magnetics)는 정부 지원을 받아 미국 미네소타에 생산 시설을 건설하며 FeN 자석의 상용화를 주도하고 있습니다. 미국 ARPA-E(미국 과학연구계획국) 또한 FeN 자석 관련 연구 프로젝트에 자금을 지원하고 있습니다.
• 망간계 자석: 망간-비스무트(MnBi) 및 망간-알루미늄(MnAl)과 같은 합금에 대한 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 미국 에임스 연구소는 고온에서 특히 우수한 특성을 보이는 MnBi 자석을 개발했으며, 산업 파트너와의 협력을 통해 모터에 적용하여 이미 테스트를 진행하고 있습니다. 오스트리아와 독일의 연구기관을 비롯한 유럽에서도 고압 비틀림(HPT) 및 열자기 어닐링과 같은 최적화된 합성 공정에 초점을 맞춰 MnBi 연구가 활발히 진행되고 있습니다.
• 고엔트로피 합금(HEA): 이 종류의 재료는 자기 응용 분야에서의 잠재력 때문에 연구되고 있지만, 아직 초기 연구 단계에 있는 경우가 많습니다.
• "갭 자석": 목표는 저렴한 페라이트 자석과 고성능 SEE 자석 사이의 성능 및 비용 격차를 해소하는 자석을 개발하는 것입니다. MnBi는 이러한 맥락에서 유력한 후보 물질로 여겨집니다.

SEE(자석탄 방출)가 없는 자석 개발은 전 세계적인 경쟁입니다. 미국은 특히 FeN 및 MnBi 자석을 중심으로 시범 생산 및 상용화를 향한 구체적인 조치를 이미 취하고 있는 반면, 유럽은 기술적으로 뒤처지지 않고 SEE가 없는 자석 기술에 대한 새로운 의존성(이번에는 미국에 대한 의존)을 방지하기 위해 노력을 강화해야 합니다.

촉매용 대체 재료

세륨은 가벼운 희토류 원소(REE)로서 자동차 배기가스 정화를 위한 삼원 촉매 변환기(TWC)에서 중요한 역할을 합니다. 이 분야의 연구는 세륨이 비교적 흔하고 저렴한 희토류 원소 중 하나이기 때문에 세륨을 완전히 대체하는 것보다는 백금, 팔라듐, 로듐과 같은 더 비싸고 중요한 백금족 금속(PGM)의 사용량을 줄이는 데 더 초점을 맞추고 있습니다.

• 접근 방식에는 PGM 함량을 크게 줄일 수 있는 구리 기반 촉매 개발이 포함됩니다.
• 산화세륨 나노입자를 최적화하기 위한 연구는 촉매에서의 효율을 높여 잠재적으로 재료 사용량을 줄이는 것을 목표로 합니다.
• 다름슈타트 공과대학교는 세륨 기반 형광체의 산소 의존성을 연구하고 있으며, 이는 촉매에서 세륨 화학을 이해하는 데에도 관련이 있을 수 있습니다.

자동차 촉매 분야에서 세륨 대체 연구의 주요 동인은 세륨의 가용성보다는 양성자 펌프(PGM)의 비용과 중요성에 있습니다. 세륨 자체의 대체는 예를 들어 자석에 사용되는 무거운 단일 전자 원소(SEE)의 대체에 비해 상대적으로 덜 주목받는 경향이 있습니다.

형광체 대체 재료

유로퓸, 테르븀, 이트륨은 LED와 디스플레이의 색 품질 및 효율에 매우 중요합니다. 연구진은 SEE(스페인어)가 없는 대체재를 찾고 있습니다

• 양자점(QD): 카드뮴, 인듐, 페로브스카이트 또는 구리 인듐 황화물 등을 기반으로 하는 반도체 나노결정은 특정 색상의 빛을 높은 효율로 방출할 수 있으며, 디스플레이 및 조명 분야에서 SEE 형광체를 대체할 유망한 소재로 연구되고 있습니다. 그러나 일부 양자점 소재(특히 카드뮴 함유 소재)의 독성, 작동 조건에서의 장기 안정성, 그리고 대량 생산 비용 등의 문제점이 남아 있습니다.
• 유기 발광 다이오드(OLED): 이는 이미 SEE(전자파 간섭)가 없는 디스플레이 기술로 자리 잡았지만, 효율성, 수명 및 비용을 개선하기 위한 지속적인 재료 연구가 진행되고 있습니다.
• 새로운 인 소재: 핵심 에너지 원소(CEE)를 완전히 배제하거나 핵심 CEE의 비율을 줄인 새로운 무기 인 소재에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 하지만 이러한 연구는 기존 시스템을 완전히 대체하기보다는 최적화하는 방식(예: 중요도가 낮은 원소를 도핑하거나 양자 효율을 개선하는 방식)을 사용하는 경우가 많습니다.

양자점(QD)과 같은 대체 형광체 소재 개발에 진전이 있었지만, 특히 최고의 색 품질과 효율이 요구되는 응용 분야에서 SEE 기반 형광체를 완전히 제거하는 것은 여전히 ​​상당한 과제입니다. 추세는 대개 완전히 새로운 소재로 대체하기보다는 효율을 높이고 SEE 함량을 줄이는 방향으로 나아가고 있습니다.

재료 효율성 및 설계 변경을 통해 SEE 요구 사항 감소

대체 외에도, 적용 분야별로 특정 SEE 요구 사항을 줄이는 것도 중요한 수단입니다.

• 프라운호퍼 연구소는 핵심 프로젝트인 "희토류의 중요성"의 일환으로, 최적화된 제조 공정(예: 재료 손실을 방지하기 위한 거의 최종 형상 제조), 대체 자성 재료, 그리고 재활용이 용이한 전기 모터 설계 등을 통해 영구 자석에 사용되는 네오디뮴과 디스프로슘의 필요량을 현재 가격의 5분의 1 수준으로 대폭 줄이는 기술을 개발했습니다.
• 냉각 성능 향상과 같은 전기 구동 장치의 구조적 최적화는 작동 온도를 낮추고, 따라서 디스프로슘과 같은 고온 안정화 요소의 필요성을 줄일 수 있습니다.
• 일반적으로, 처음부터 핵심 원자재 사용량을 줄인 제품을 개발하는 것은 자원 효율성 측면에서 중요한 요소입니다.

재료 효율성 향상과 설계 혁신은 완전히 새로운 재료로 교체하는 것보다 단기 및 중기적으로 더 실용적이고 경제적으로 실행 가능한 해결책이 되는 경우가 많습니다. 새로운 재료 개발은 시간이 오래 걸리고 비용이 많이 들며 위험 부담도 크기 때문입니다. 하지만 이러한 점진적인 개선들이 모여 임계도를 낮추는 데 상당한 기여를 할 수 있습니다.

재활용과 순환 경제

오래된 제품과 생산 폐기물에서 희토류 원소를 재활용하는 것은 수입 의존도를 줄이고 주요 자원을 보존하는 데 있어 또 다른 중요한 축입니다.

현재의 재활용 기술과 그 경제적 타당성

특히 영구 자석(예: ​​NdFeB) 및 배터리에서 발생하는 SEE(고체 전자 소자)의 재활용에는 다양한 기술적 접근 방식이 존재합니다

• 습식 제련 공정: 이 공정에서는 종종 산으로 물질을 사전 분해한 후 용액에서 금속을 선택적으로 추출합니다. 이는 광석 처리에서 확립된 방법이며 원칙적으로 많은 자성 조성물에 적용할 수 있습니다.
• 고온 야금 공정: 이 공정에서는 재료를 고온에서 용융시켜 SEE(고온 유효 원소)가 슬래그에 축적되도록 합니다. 이러한 공정은 폐수를 발생시키지 않으며, 습식 야금 공정보다 공정 단계가 적을 수 있습니다.
• 기체상 추출 및 전기화학적 공정: 이는 SEE의 분리 및 회수를 위한 추가적인 접근 방식입니다.
• 수소 취성 처리(자석 폐기물 수소 처리, HPMS): 이 공정에서는 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 자석을 수소에 노출시켜 취성을 유발하고 분말로 분해합니다. 이 분말은 새로운 자석을 제조하는 데 직접 사용하거나(재료 재활용) 추가적인 화학 처리에 사용할 수 있습니다.

하지만 SEE 재활용의 경제적 타당성은 여전히 ​​큰 걸림돌로 작용합니다. 이는 1차 SEE의 현재 가격, 폐기물에 포함된 유용한 원소(특히 디스프로슘과 같은 중금속 SEE)의 농도, 그리고 수거, 분해 및 처리 비용에 크게 좌우됩니다. 스마트폰과 같은 많은 폐제품의 경우, 사용되는 SEE의 양이 매우 적어 재활용이 수익성이 없는 경우가 많습니다. 결과적으로 유럽의 SEE 재활용률은 현재 한 자릿수 초반대 또는 그 이하에 머물러 있습니다.

주요 문제점은 다음과 같습니다

• 낮은 수거율과 비효율성: SEE를 함유한 많은 제품이 공식 재활용 시스템에 포함되지 않습니다.
• 분해가 복잡함: SEE 구성 요소는 제품에 영구적으로 통합되어 있어 접근하기 어렵습니다. 수동 분해는 시간이 많이 걸리고 비용이 많이 듭니다.
• 이질적인 물질 흐름: 전자 폐기물 및 기타 폐기물의 구성은 매우 다양하여 표준화된 재활용 공정 개발이 ​​어렵습니다.
• 높은 순도 요구 사항: 고성능 응용 분야에 재사용하기 위해서는 재활용된 SEE가 매우 높은 순도를 요구하는 경우가 많으며, 이는 처리 비용을 증가시킵니다.

소형 전자 부품(SEE) 재활용의 경제적 타당성은 닭과 달걀의 문제에 직면해 있습니다. 수거량이 적고, 기술적으로 복잡하며 아직 완전히 성숙되지 않은 공정으로 인해 재활용 비용이 많이 들고, 이는 다시 대규모 시설 투자와 추가 연구를 저해합니다. 규모의 경제, 분해 및 분리 자동화 기술의 혁신, 그리고 지원적인 규제 체계(예: 의무적인 재활용 할당량, 재활용 가능한 제품 설계 요건 – "재활용을 고려한 설계")가 없다면, 포괄적이고 경제적으로 실현 가능한 SEE 재활용 산업을 구축하는 것은 여전히 ​​큰 과제입니다.

유럽 ​​재활용 인프라 구축의 진전과 과제

여러 어려움에도 불구하고, 고효율 재생에너지(SEE)를 위한 유럽 재활용 인프라 구축에 있어 뚜렷한 진전이 이루어지고 있습니다. EU는 핵심 원자재법(CRMA)의 틀 안에서 2030년까지 전략적 원자재 연간 수요의 최소 25%를 재활용을 통해 충족하겠다는 야심찬 목표를 설정했습니다.

유럽에서는 여러 시범 공장과 초기 상업화 사업이 설립되었거나 계획 단계에 있습니다

• 헤라우스 렘모이(독일 비터펠트): 2024년 5월, 유럽 최대 규모의 희토류 자석 재활용 공장을 가동했습니다. 이 공장은 초기 연간 600톤의 폐자석 처리 용량을 갖추고 있으며, 중장기적으로 최대 1,200톤까지 증설할 수 있습니다. 이 공장에서 사용되는 기술은 기존 희토류 추출 방식 대비 이산화탄소 배출량을 80%까지 줄일 것으로 예상됩니다.
• 프랑스 라크(Lacq)에 위치한 카레스터/카레마그(Carester/Caremag)는 희토류 원소(REE) 정제 및 재활용을 위한 대규모 공장 건설 계획을 추진 중이며, 2026년 말 가동을 목표로 하고 있습니다. 이 공장은 연간 2,000톤의 폐자석과 5,000톤의 1차 희토류 정광을 처리할 예정이며, 네오디뮴, 프라세오디뮴, 디스프로슘, 테르븀과 같은 경희토류 및 중희토류 회수에 중점을 둘 것입니다. 이 프로젝트는 유럽 위원회에 의해 전략 프로젝트로 지정되었습니다.
• Mkango Resources / HyProMag: 영국(HyProMag Ltd를 통해)에 재활용 공장을 개발하고 있으며, 폴란드 풀라비(Mkango Polska를 통해)에도 공장 건설을 계획 중인데, 이 공장은 EU 전략 프로젝트로 지정되었습니다. 이러한 프로젝트들은 종종 HPMS 공정을 활용합니다.
• LIFE INSPIREE(이탈리아): EU 자금 지원 프로젝트로, 산업 규모로 전자 폐기물 자석에서 연간 최대 700톤의 SEE(네오디뮴, 팔라듐, 디스프로슘)를 회수하는 것을 목표로 합니다. 장기 목표(2040년까지)는 연간 2만 톤 이상의 회수 능력을 확보하는 것입니다.

이러한 계획들은 유럽에서 희토류 및 태양 에너지 폐기물(REE)의 순환 경제를 구축하기 위해 연구 및 산업 차원에서 노력을 기울이고 있음을 보여줍니다. 그러나 포괄적이고 다양하며 경제적으로 실행 가능한 유럽의 희토류 재활용 인프라를 구축하는 것은 장기적인 과정입니다. 기술 개발, 수집 및 물류 시스템에 대한 상당하고 지속적인 투자가 필요하며, 파일럿 플랜트(대개 기술 준비 수준 6~7)에서 본격적인 산업 규모 적용에 이르기까지 규모 확장의 어려움을 극복해야 합니다. 이러한 배경에서 EU가 설정한 재활용 목표는 매우 야심적이라고 볼 수 있습니다.

독일 및 유럽 연구 프로젝트와 그 결과/잠재력 (2024/2025년 기준)

독일과 유럽의 연구 환경은 연구 기관과 국가 및 유럽 자금 지원 프로그램의 지원을 받아 SEE 재활용 및 대체 분야에서 매우 활발합니다.

• 프라운호퍼 협회: 다양한 연구소들이 중요한 공헌을 하고 있습니다.
  • 프라운호퍼 재활용 및 자원 전략 연구소(IWKS)는 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 자석 재활용 기술 개발을 선도하는 기관입니다. FUNMAG(전기 자동차용 자석 재활용) 및 RecyPer(혼합 폐자석으로부터 특정 유형의 자석 생산)와 같은 프로젝트는 수소 취성(HPMS)과 같은 공정을 활용하고 최적화합니다. 풍력 터빈에서 발생하는 자석 재활용 또한 주요 연구 분야입니다.
  • 프라운호퍼 계면공학 및 생명공학 연구소(IGB)는 SEE 회수를 위한 생명공학적 공정을 연구하고 있습니다.
  • 프라운호퍼 연구소의 핵심 프로젝트인 "희토류의 중요성"이 성공적으로 완료되어 희토류 대체, 효율성 향상 및 재활용을 위한 중요한 토대를 마련했습니다.
• 헬름홀츠 협회:
  • HZDR 산하의 헬름홀츠 프라이베르크 자원기술연구소(HIF) 또한 매우 활발한 연구를 진행하고 있습니다. BioKollekt 프로젝트는 전자 폐기물과 같은 복잡한 물질 흐름에서 SEE를 포함한 금속을 선택적으로 추출하기 위한 생명공학적 방법(예: 펩타이드 사용)을 개발하고 있습니다. Renare 프로젝트(H2Giga 플래그십 프로젝트의 일부)는 혁신적인 부유선별 및 액체-액체 입자 추출 공정을 이용하여 전해조에서 SEE를 포함한 핵심 원자재를 재활용하는 방법을 연구하고 있습니다.
• EU 자금 지원 프로젝트:
  • SUSMAGPRO(2023년 11월 완료)는 동종전자 자석(SEE magnets)의 유럽 재활용 공급망 구축을 위한 선구적인 프로젝트였습니다. 이 프로젝트는 재활용 자석을 스피커와 전기 모터에 사용하는 것을 성공적으로 입증했습니다.
  • REEsilience 프로젝트(2026년까지 진행)는 SUSMAGPRO 프로젝트의 성과를 바탕으로, 재활용 재료 사용을 최적화하는 소프트웨어 도구 개발, 합금 제조 및 분말 가공 기술 개선 등을 통해 동남유럽 자석의 탄력적인 유럽 공급망 구축을 목표로 합니다.
  • GREENE과 HARMONY는 2024년에 시작된 새로운 EU 프로젝트입니다. GREENE은 혁신적인 미세구조 재설계를 통해 자석의 SEE 함량을 줄이는 데 중점을 두고 있습니다. HARMONY는 풍력 터빈, 전기 모터, 전자 폐기물 등 다양한 분야에서 사용되는 영구 자석의 시범 재활용 시스템을 구축하는 것을 목표로 합니다.
  • 그 외 관련 프로젝트로는 REMANENCE(완료, NdFeB 자석 회수), SecREEts(비료 생산 과정에서 인산암석으로부터 SEE 추출) 및 유럽 SEE 산업의 기반을 마련하고 유럽 매장량을 평가한 EURARE 프로젝트가 있습니다.
• 기타 이해관계자: 오코 연구소는 정기적으로 연구를 수행하고 재활용을 핵심 요소로 삼아 지속 가능한 자원 관리를 위한 전략 계획을 수립합니다.

독일과 유럽의 연구 환경은 역동적이며, 대체 및 재활용부터 대체 추출 방법에 이르기까지 전체 가치 사슬을 포괄합니다. 기초 연구에서 응용 중심의 시범 프로젝트 및 초기 상업화 단계로 나아가는 뚜렷한 발전 양상이 나타나고 있습니다. 우수한 연구 기관과 산업계 간의 네트워크 구축, 그리고 국가 및 유럽 연합 차원의 맞춤형 자금 지원은 이러한 발전의 핵심 동력입니다. 그러나 가장 큰 과제는 연구 결과를 광범위한 산업 응용 분야로 성공적으로 이전하고 경제적으로 실현 가능한 공정으로 확장하는 것(혁신의 '죽음의 계곡' 극복)입니다. 높은 기술 준비 수준(TRL)에서 기술적 타당성을 입증하는 것은 실행 가능한 비즈니스 모델을 개발하는 것만큼이나 중요합니다.

신규 자원의 개발 및 지속 가능한 추출

대체 및 재활용 외에도 새로운 1차 및 2차 원자재 개발은 SEE 공급을 다양화하는 데 중요한 기반 요소입니다.

유럽 ​​남동유럽 광상 잠재력

유럽은 지질학적으로 중요하지만 지금까지는 대부분 개발되지 않은 남동유럽 광물 매장지를 보유하고 있습니다.

• 스웨덴: 국영 광업 회사 LKAB가 탐사 중인 키루나 인근의 페르 게이예르 광산은 100만 톤 이상의 희토류 산화물을 함유하고 있어 유럽 최대 규모의 광산으로 알려져 있습니다. LKAB는 2027년부터 채굴을 시작할 계획이지만, 완전 생산 능력에 도달하기까지는 10~15년이 더 걸릴 것으로 예상됩니다. 페르 게이예르 광산의 광석에는 철과 인산염 외에도 약 0.2%의 희토류 산화물(REE)이 함유되어 있습니다. 스웨덴의 또 다른 중요한 광산으로는 특히 중희토류 함량이 높은 노라 케르 광산이 있습니다.
• 노르웨이: 노르웨이 남부의 습지 탄산염암 복합체는 유럽에서 잠재적으로 가장 큰 희토류(REE) 매장지로 여겨집니다. 총 희토류 매장량은 880만 톤으로 추정되며, 그중 약 150만 톤은 자성적으로 중요한 매장량입니다. 노르웨이 희토류공사(REN)는 이 지역을 탐사 중이며, 2030년 이후 채굴이 현실적이라고 판단하고 있습니다. 이는 유럽 수요의 10%를 충당할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.
• 핀란드: 라플란드에 있는 소클리 인산염 광산은 부산물로 동종 원소 추출(SEE)을 가능하게 할 잠재력도 가지고 있습니다.
• 그린란드: 크바네펠트, 크링글레르네, 사르파르토크와 같은 광상에는 상당한 양의 동남유럽산 천연가스 자원이 매장되어 있습니다. 그러나 개발에는 막대한 기반 시설 비용, 극한의 기후 조건, 숙련된 인력 부족, 복잡한 인허가 절차 등 여러 가지 어려움이 따릅니다.
• 기타 발생 사례: 독일(예: 경제성이 없는 것으로 간주되는 작센 주의 슈토르크비츠, 농도가 낮은 바이에른 주의 점토)과 그리스, 스페인에도 규모가 작거나 연구가 덜 된 발생 사례가 있습니다.

하지만 이러한 유럽 매장지 개발에는 상당한 난관이 있습니다. 여기에는 중국과 같은 기존 생산국에 비해 높은 투자 및 운영 비용, 길고 복잡한 인허가 절차(보통 10~15년 소요), 엄격한 환경 규제(특히 토륨과 우라늄 같은 방사성 미량 물질 관련), 그리고 채굴 프로젝트에 대한 대중의 수용을 얻어야 한다는 점 등이 포함됩니다. 이러한 매장지는 장기적으로 에너지 공급원을 다변화하는 데 기여할 수 있지만, 현재의 에너지 의존도를 단기적으로 해결할 수는 없습니다. 따라서 재활용, 대체재 개발, 그리고 기존 수입원의 다변화를 기반으로 하는 과도기적 전략이 필수적입니다.

유럽 ​​남동유럽 광상 평가 – 잠재력, 경제적 타당성, 환경적 측면, 일정

유럽의 일부 희토류 매장지에 대한 평가 결과, 개발 단계와 잠재력이 다양하게 나타나고 있습니다. 스웨덴의 페르 게이예르/키루나 매장지는 국영기업 LKAB가 운영하고 있으며, 현재 탐사 단계에 있고 채굴 허가 신청이 계류 중입니다. 희토류 매장량이 100만 톤을 초과하고 경희토류 함량이 높은 것으로 추정되어, 2027년 초부터 채굴이 시작될 수 있지만, 완전 생산까지는 10~15년이 더 소요될 것으로 예상됩니다. 이 매장지는 철 및 인산염 채굴의 부산물로 활용될 수 있는 경제적 잠재력을 지니고 있지만, 상당한 투자가 필요합니다. 방사성 물질 잔류, 토지 이용 문제, 그리고 사미족 주민들의 수용 문제 등이 해결해야 할 과제입니다.

노르웨이 습지 탄산염암 복합체는 Rare Earths Norway에서 개발 중이며, 현재 탐사가 상당히 진행된 상태입니다. 추정 매장량은 880만 톤이며, 이 중 150만 톤은 자성 해양 광석입니다. 2030년부터 채굴이 가능하며, 잠재적으로 EU 수요의 10%를 충당할 수 있을 것으로 예상됩니다. 경제성 평가는 아직 진행 중이며, 상당한 투자가 필요합니다. 환경적 우려 사항으로는 토륨으로 인한 방사능과 채굴 및 가공 과정에서 발생하는 환경 영향이 있습니다.

타스만 메탈스가 스웨덴에서 진행 중인 노라 캐르 프로젝트는 중희토류 매장량이 풍부하며 현재 인허가 절차를 밟고 있습니다. 장기 프로젝트인 만큼 정확한 완료 시점을 파악하기 어렵기 때문에 경제적 타당성은 중희토류 가격과 가공 기술에 달려 있습니다. 또한 환경 규제와 토지 이용 갈등도 추가적인 어려움으로 작용합니다.

핀란드 광물 그룹(Finnish Minerals Group)이 소유한 핀란드 소클리(Sokli) 광산은 저배출 재생 가능 인산염(LEE) 생산 잠재력과 상당한 양의 저배출 재생 가능 인산염(LSEE) 매장량을 보유하고 있습니다. 장기적인 부산물 활용 방안으로서, 소클리 광산의 경제성은 인산염 시장 상황과 저배출 추출 기술에 달려 있습니다. 기존 광산 운영과의 통합 및 폐기물 관리 또한 중요한 고려 사항입니다.

과거 GGG가 소유했고 현재는 에너지 트랜지션 미네랄스가 소유하고 있는 그린란드의 크바네펠드 광산은 경희토류와 중희토류를 포함한 막대한 양의 희토류 매장량을 보유하고 있습니다. 그러나 우라늄의 위험성 때문에 정치적인 이유로 개발이 보류된 상태입니다. 높은 개발 비용, 부족한 기반 시설, 우라늄으로 인한 방사능 문제, 그리고 환경·사회·원주민 관련 법적 문제 등으로 인해 장기적인 개발 전망이 불투명합니다.

대체 추출 방법에 대한 연구

기존 매장지 탐사와 병행하여, 이차 자원에서 동종 원소를 추출하는 대체 방법과 새로운 방법을 활용하는 데 대한 집중적인 연구가 진행되고 있습니다.

• 산업 폐기물을 원자재 공급원으로 활용 (도시/산업 광업):
  • 석탄재(비산재): 미국에서는 파우더 리버 분지의 석탄재에서 상당량의 중희토류 원소(SEE)가 검출되었습니다. 영국에서는 Innovate UK의 지원(Mormair 및 Materials Processing Institute, 2024년 10월~2025년 8월)을 받아 화학 루핑 반응기와 카르보염소화 반응을 결합한 파일럿 규모의 공정을 통해 석탄재에서 네오디뮴, 프라세오디뮴, 스칸듐을 회수하는 프로젝트가 진행 중입니다. 이온성 액체를 이용한 석탄재로부터의 추출 또한 연구되고 있습니다.
  • 적니(보크사이트 잔류물): 알루미늄 생산의 부산물로 대량 발생하는 적니에는 희토류 원소(특히 세륨, 란탄, 네오디뮴, 스칸듐)가 함유되어 있습니다. 완료된 EU 프로젝트 REDMUD는 희토류 원소 회수를 포함하여 보크사이트 잔류물의 완전한 활용에 중점을 두었습니다. 그러나 희토류 원소의 농도는 낮은 경우가 많고 추출 공정 또한 복잡합니다.
  • 인산석고(비료 생산): EU 프로젝트 SecREEts는 인산비료 생산 공정에서 이종원소(네오디뮴, 프라세오디뮴, 디스프로슘)를 추출하는 파일럿 규모 공정을 성공적으로 시연했습니다. 이 접근 방식은 이미 채굴된 물질을 기반으로 하며 새로운 광산 폐기물을 발생시키지 않기 때문에 특히 지속 가능한 것으로 간주됩니다.
• 생명공학적 공정:
  • 생물침출 및 생물광물화: 특정 미생물(세균, 곰팡이) 또는 이들의 대사산물(예: 유기산, 효소, 펩타이드)을 이용하여 광석이나 폐기물에서 금속을 선택적으로 용해(생물침출)하거나 결합(생물흡착, 생물광물화)하는 것은 유망한 연구 분야입니다. 예를 들어, HZDR 산하 프라이베르크 헬름홀츠 연구소(HIF)의 BioKollekt 프로젝트에서는 전자 폐기물에서 희토류 원소(REE)를 선택적으로 결합시키는 데 펩타이드를 사용하는 연구를 진행하고 있습니다. 뮌헨 루드비히 막시밀리안 대학교(LMU Munich)에서는 산업 폐기물 및 광산 폐수에서 희토류를 추출하기 위해 란탄족 의존성 세균을 사용하는 연구를 진행하고 있으며, 특히 SolV 균주가 유망한 결과를 보여주고 있습니다. 자성 폐기물의 생물침출 연구 또한 활발히 진행되고 있습니다.
  • 식물채굴: 토양에서 금속을 축적하는 식물을 이용하는 방식입니다. 축적된 금속은 식물체를 수확하고 소각하여 추출할 수 있습니다. 그러나 이 공정은 아직 연구 초기 단계에 있으며, 토양 기반 재생 에너지(SEE)에 대한 경제적 타당성은 아직 입증되지 않았습니다.
• 기술 준비 수준(TRL): 이러한 대체 추출 방법 중 상당수는 아직 초기 연구 또는 시범 단계(TRL 3-6)에 머물러 있습니다. 산업 규모 확장성과 경제적 경쟁력은 아직 확보되지 않았으며, 추가적인 집중적인 연구 개발이 필요합니다.

폐기물로부터 재생 가능한 대체 에너지를 개발하고 생명공학적 공정을 활용하는 것은 지속가능성 측면에서 매우 유망하며, 1차 채굴에 비해 환경에 미치는 영향이 적을 가능성이 높습니다. 이러한 접근 방식은 순환 경제에 크게 기여하고 새로 채굴되는 원자재에 대한 의존도를 줄일 수 있습니다. 그러나 이러한 기술이 산업적으로 성숙되고 경제적 타당성을 확보하기까지는 아직 갈 길이 멀고, 연구 개발 및 규모 확장에 상당한 장기적인 투자가 필요합니다. 따라서 이러한 기술은 중장기적인 관점에서 접근해야 합니다.

보다 환경 친화적인 분리 및 정제 공정 개발

기존의 SEE 분리 방법(주로 용매 추출법)은 에너지 집약적인 공정으로, 많은 양의 화학물질(산, 유기 용매)을 필요로 하며 환경에 유해한 폐기물을 발생시킵니다. 따라서 보다 환경 친화적이고 효율적인 분리 방법을 연구하는 것은 원료뿐만 아니라 재활용에도 매우 중요합니다.

• 이온성 액체(IL)와 심층 공융 용매(DES): 이들은 친환경 용매 대체재로 활발히 연구되고 있습니다. 낮은 증기압, 비가연성, 그리고 특정 금속에 대한 높은 선택성을 특징으로 합니다. 로스토크 대학교를 비롯한 여러 기관에서 이 분야의 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 2023/2024년에는 유럽 여러 연구진의 참여로 학술지 Minerals의 특별호가 이 주제에 할애되었습니다.
• 과제 및 기술준비수준(TRL): 실험실에서 유망한 결과를 보였음에도 불구하고, 이온성 액체/디메틸 설페이트(IL/DES)의 비용, 공정 조건에서의 장기 안정성, 효율적인 용매 회수, 그리고 공정 확장성은 여전히 ​​주요 과제입니다. 이러한 접근법들은 대부분 실험실 규모 또는 기껏해야 파일럿 규모(TRL < 6)에 머물러 있습니다. 수년간 집중적인 연구가 진행되었음에도 불구하고, 현재까지 고체 전해질(SEE) 산업에서 널리 보급된 상업적 돌파구는 마련되지 않았습니다.

새롭고 더욱 친환경적이며 비용 효율적인 분리 공정의 개발은 1차 및 2차 원료를 포함한 전체 동종 에너지(SEE) 가치 사슬의 환경 발자국을 획기적으로 개선하는 데 매우 중요합니다. 이는 진정으로 지속 가능한 유럽 동종 에너지 공급을 가능하게 하는 핵심 기술 혁신 분야입니다. 분리 기술의 발전 없이는 1차 또는 2차 원료를 확보할 수 있다 하더라도 독립적인 유럽 가치 사슬을 구축하기 어려울 것입니다.

유럽/독일에서 선별된 동종전자연료(SEE) 재활용 및 대체 기술의 진행 상황 및 기술준비수준(TRL) 현황 (2024/2025년 기준)

TRL(기술 준비 수준): 1-3 기초 연구, 4-6 실험실/관련 환경에서의 검증/시연, 7-9 운영 환경에서의 프로토타입/시스템 시연 및 상업적 응용.

유럽과 독일의 연구 환경은 희토류 원소의 재활용 및 대체 기술에서 상당한 진전을 보이고 있으며, 다양한 접근 방식이 각기 다른 수준의 성숙도에 도달하고 있습니다. 자석 대체 분야에서는 특히 미국의 Niron Magnetics를 중심으로 철질화물 자석이 6~8단계의 기술 성숙도 수준으로 개발되고 있는 반면, EU의 연구는 상대적으로 미미합니다. 이 기술은 전기 모터 및 발전기 분야에 적용될 수 있지만, 규모 확장, 비용, 그리고 기존 NdFeB 자석과의 성능 비교 측면에서 여러 가지 과제에 직면해 있습니다.

기술준비수준(TRL)이 4~7인 망간-비스무트 자석은 개발 초기 단계에 있습니다. 미국 에임스 연구소 외에도 독일과 오스트리아의 프라이베르크 광업대학교(TU Bergakademie Freiberg)와 레오벤 산악대학교(Montanuniversität Leoben) 등 여러 연구기관에서 관련 연구가 진행되고 있습니다. 주요 응용 분야는 산업용 모터와 소위 "갭 자석"이며, 순수 상 합성, 열 안정성 및 대량 생산 가능성 확보가 핵심 과제입니다.

형광체 대체 분야에서 양자점은 프라운호퍼 연구소와 같은 여러 기업 및 연구기관의 참여로 디스플레이 응용 분야에서 이미 7~9단계의 높은 기술 성숙도에 도달했습니다. 디스플레이, LED 및 태양 전지 분야에서 유망한 응용 가능성을 보여주지만, SEE 형광체와 비교했을 때 독성, 안정성 및 효율성 측면에서 여전히 해결해야 할 과제가 남아 있습니다. 유기 LED는 기술 준비 수준(TRL) 9단계로 이미 시장 성숙도를 달성하여 디스플레이 및 조명 분야에서 확고한 산업으로 자리 잡았지만, 청색 LED의 수명 문제, 비용 및 효율성 문제 등에서 여전히 어려움을 겪고 있습니다.

네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 자석 재활용은 여러 유망한 접근법을 보여주고 있습니다. 수소 취성화와 재료 재활용을 결합한 기술은 기술 준비 수준(TRL) 7~8에 도달했으며, 프라운호퍼 연구소(Fraunhofer IWKS)와 같은 독일 연구기관들이 국제 파트너 및 HyProMag, SUSMAGPRO/REEsilience와 같은 EU 프로젝트들과 함께 이 분야를 선도하고 있습니다. 이 기술은 NdFeB 자석을 새로운 자석에 직접 재사용할 수 있도록 하지만, 재활용 자석의 품질, 수집, 해체 및 경제적 타당성 측면에서 해결해야 할 과제가 남아 있습니다.

프라운호퍼 연구소, 프라이베르크 광업 아카데미, 그리고 카레스터와 같은 기업들은 기술준비수준(TRL) 4~7 단계의 습식 야금 공정을 개발하고 있으며, 이러한 공정은 순수한 동종 원소 산화물과 금속을 회수하는 것을 목표로 합니다. 하지만 공정의 복잡성, 화학물질 사용, 비용, 그리고 선택성 문제는 여전히 주요 과제로 남아 있습니다. TRL 4~6 단계의 건식 야금 방식은 아직 연구 단계에 머물러 있으며, 에너지 집약도, 동종 원소 손실 가능성, 그리고 순도 문제에 직면해 있습니다.

HZDR, 뮌헨 루드비히 막시밀리안 대학교, 프라운호퍼 연구소 등 여러 기관에서 전자 폐기물 및 산업 폐기물 처리를 위한 생물침출 및 생물흡착과 같은 혁신적인 생물학적 공정을 연구하고 있으며, 기술준비수준(TRL)은 3~5단계입니다. 주요 과제는 선택성, 반응 속도, 미생물의 안정성, 그리고 경제적 확장성입니다.

대체 추출 방법 또한 잠재력을 보여줍니다. 석탄 비산재를 이용한 추출은 기술준비수준(TRL) 4~6으로 주로 미국과 영국 프로젝트에서 연구되고 있으며, Yara 및 REEtec과 같은 파트너와 함께 진행 중인 SecREEts 프로젝트에서는 비료 생산 과정에서 발생하는 인산 잔류물을 이용한 추출이 TRL 6~7을 달성했습니다. 그러나 두 접근 방식 모두 낮은 농도와 경제적 타당성 문제에 직면해 있습니다.

이온성 액체와 심층 공융 용매를 이용한 환경 친화적 분리 기술은 아직 연구 초기 단계에 있으며, 기술 준비 수준(TRL)은 3~5입니다. 로스토크 대학교와 여러 EU 프로젝트가 이 분야에 참여하고 있습니다. 당면 과제는 용매의 비용, 안정성, 회수율, 그리고 산업적 적용을 위한 확장성입니다.

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독일의 장기적인 독립을 향한 전략적 선택지

독일은 희토류, 특히 중국에 대한 의존도를 줄이고 장기적인 공급 안보를 확보하기 위해 국가 및 유럽 차원에서 다양한 전략적 선택지를 가지고 있습니다. 이러한 선택지에는 정책 결정, 탄력적인 가치 사슬 개발, 국제 협력 강화, 그리고 자국의 기술적 리더십 강화 등이 포함됩니다.

국가 및 유럽 정책 결정

원자재 공급망의 필수적인 변화를 시작하고 지원하는 데 있어 정치적 틀은 매우 중요합니다.

독일 원자재 전략 및 국가 순환 경제 전략(NKWS)

2020년에 최종 업데이트된 독일 원자재 전략은 기업들이 안전하고 지속 가능한 원자재 공급을 확보할 수 있도록 지원하는 것을 목표로 합니다. 주요 축에는 공급원 다변화, 재활용 및 자재 효율성 증진, 국내 원자재 추출 강화(가능하고 실용적인 경우), 그리고 독일 기업의 국제 경쟁력 강화가 포함됩니다. 이 전략은 특히 고정성 및 망상형(SRE) 원자재와 같은 핵심 원자재에 대한 대체재 개발 및 보다 효율적인 재활용 공정 연구 개발의 중요성을 강조합니다.

2024년 12월 독일 연방 정부가 채택한 국가 순환 경제 전략(NKWS)은 이 분야에서 중요한 상호보완적 우선순위를 설정하고 있습니다. 지속 가능한 발전 경제(SEE)와 관련된 주요 목표는 다음과 같습니다

• 원자재 소비 감소: 장기적으로 독일의 1인당 원자재 소비량을 크게 줄여야 합니다.
• 물질 순환 완성: 물질 사용에서 재활용 원자재의 비중을 크게 늘려야 합니다. EU는 2030년까지 이를 두 배로 늘리는 것을 목표로 하고 있으며, NKWS(국립 재활용 자재 센터)도 이 목표를 채택하고 있습니다.
• 원자재 자립 강화: 명확한 목표는 희토류나 리튬과 같은 전략적 원자재 수요의 25%를 2030년까지 재활용을 통해 충당하는 것으로, 이는 EU 핵심 원자재법에 부합하는 것입니다.

현재까지 이러한 전략들의 이행은 비판적인 시각으로 바라보고 있습니다. 전문가들은 명시된 목표와 실제 이행 사이의 격차, 특히 충분한 자금 확보, 국내 프로젝트 승인 절차의 신속화, 그리고 해상 운송에 부적합한 재생에너지(SEE)의 국제 시장 가격이 비교적 낮은 수준을 유지하는 동안 산업계의 투자가 부족한 점을 지적합니다. 전략적 사고의 부재와 구체적이고 구속력 있는 조치의 부족이 비판의 대상입니다. 국가 재생에너지 전략(NKWS)은 그 효과가 아직 입증되지 않은 새로운 접근 방식입니다. 장기적인 전략 계획의 필요성과 단기적인 경제적 고려 사항 사이에는 분명한 목표 충돌이 존재하며, 이는 정치적 방향 설정을 통해 극복되어야 합니다.

EU 핵심 원자재법(CRMA)

2024년 5월에 발효된 EU 핵심 원자재법(CRMA)은 핵심 및 전략적 원자재의 공급 안보를 강화하기 위한 유럽의 핵심 법적 틀을 형성합니다. 이 법의 2030년 핵심 목표는 야심적입니다

• EU의 연간 전략 원자재 수요량의 최소 10%는 국내 생산으로 충당되어야 합니다.
• 최소 40%는 EU 내에서 추가 가공되어야 합니다.
• EU 내에서 재활용이 최소 25%는 이루어져야 합니다.
• 전략적 원자재에 대한 단일 제3국 의존도는 최대 65%로 제한되어야 합니다.

CRMA의 핵심 구성 요소는 소위 전략적 프로젝트를 발굴하고 육성하는 것입니다. 이러한 프로젝트는 신속한 인허가 절차(광산 프로젝트는 최대 27개월, 가공 및 재활용 프로젝트는 최대 15개월)와 재정 지원 혜택을 받을 수 있습니다. 2025년 3월에는 주로 배터리 원자재 관련 프로젝트 47개를 포함한 초기 전략 프로젝트 목록이 발표되었으며, 스웨덴의 키루나 광산 프로젝트와 폴란드의 풀라비 프로젝트와 같은 희토류 프로젝트도 포함되어 있습니다. 독일에서 이러한 프로젝트를 시행하기 위해서는 연방 경제기후변화부(BMWK)와 독일 광물자원청(DERA)이 조정 역할을 맡아야 하며, 지정 기한은 2025년 2월입니다.

CRMA는 엇갈린 평가를 받고 있습니다. 한편으로는 자원 의존도 문제를 해결하기 위한 중요하고 필요한 조치로 여겨지지만, 다른 한편으로는 특히 희토류 원소와 관련하여 정해진 기한 내에 달성하고자 하는 야심찬 목표의 기술적, 환경적 실현 가능성에 대한 의문이 제기되고 있습니다. 광산 프로젝트에 대한 허가 절차가 종종 10~15년이라는 매우 긴 기간 동안 진행되는 현실은 CRMA가 목표로 하는 시한과 극명한 대조를 이룹니다. 더욱이 유럽에서 새로운 광산 또는 가공 프로젝트에 대한 대중의 반발은 이행을 지연시킬 수 있습니다. CRMA의 성공은 회원국들의 일관된 이행, 상당한 규모의 민간 투자 유치, 그리고 신속한 허가와 높은 환경 기준 사이의 상충되는 목표들을 해결하는 데 달려 있습니다.

자금 지원 프로그램 및 계획

전략적 목표를 지원하기 위해 독일 및 유럽 차원에서 다양한 자금 지원 프로그램이 마련되어 있습니다

• 독일: 연방 기후변화·환경·에너지·모빌리티·혁신기술부(BMK)와 연방 교육연구부(BMBF)는 핵심 원자재, 자원 효율성, 순환 경제 분야의 연구, 개발 및 혁신을 지원하는 다양한 프로그램을 제공합니다. 이러한 프로그램에는 새로 출범한 원자재 기금, STARK 프로그램(광산 지역 및 석탄 화력 발전소 부지의 변혁과 혁신 동력 강화), 그리고 해외 프로젝트 지원을 위한 무조건 금융 대출(UFK 보증) 등이 포함됩니다.
• EU: Horizon Europe, InvestEU, LIFE와 같은 프로그램은 동종황산나트륨(SEE) 대체, 재활용 및 지속 가능한 추출 분야의 연구, 혁신 및 기술 구현을 위한 자금 지원 기회를 제공합니다. 혁신 기금은 재활용 역량 구축을 위한 자금을 지원할 수 있습니다.
• 추진 과제: 유럽 원자재 연합(ERMA)은 유럽 내 동남유럽산 자석(SEE) 가치 사슬 전반에 걸쳐 투자 프로젝트를 발굴하고 촉진하는 데 핵심적인 역할을 수행합니다. ERMA는 2030년까지 유럽의 SEE 자석 수요의 20%를 EU산으로 충족하는 것을 목표로 삼고 있으며, 이를 위해 약 17억 유로 규모의 투자를 추진하고 있습니다. 독일의 ProgRess와 같은 자원 효율성 프로그램 또한 인식 제고 및 실행 계획 수립에 기여하고 있습니다.

다양한 자금 지원 수단이 존재하지만, 효과적인 조정, 특히 중소기업(SME)을 위한 접근성, 그리고 당면 과제의 규모에 비례한 충분한 재정 자원은 그 효과를 극대화하는 데 매우 중요합니다. 자금 지원 체계의 파편화와 관료주의적 장벽은 의도한 효과를 저해하고 시급히 필요한 신속한 역량 강화 사업을 지연시킬 수 있습니다.

희토류 관련 EU 및 독일의 정치 전략과 자금 지원 프로그램 개요 (일부 발췌)

유럽연합과 독일은 희토류 원소에 특히 중요한 다양한 정책 전략과 자금 지원 프로그램을 개발했습니다. EU 핵심 원자재법(CRMA)은 2030년까지 필요한 원자재의 10%를 국내에서 생산하고, 40%를 국내에서 가공하며, 25%를 재활용하는 동시에 단일 제3국에 대한 의존도를 최대 65%로 제한하는 것을 목표로 합니다. 이 법은 채굴, 가공, 재활용 분야뿐 아니라 연구 및 혁신 분야의 전략적 프로젝트에 자금을 지원합니다.

독일 연방 정부의 원자재 전략은 연방 기후변화·환경·에너지·모빌리티·혁신기술부(BMK) 주도로, 다양화, 재활용, 가능한 경우 국내 생산, 그리고 대체재 연구 개발에 중점을 두고 있습니다. 다양화, 재활용 및 대체재 연구 개발, 그리고 국내 잠재력 평가를 위한 조치들이 지원됩니다. 연방 환경·자연보호·원자력안전·소비자보호부(BMUV)와 BMWK가 공동으로 추진하는 국가 순환 경제 전략은 전략적 원자재 수요의 25%를 재활용을 통해 충당하고 1차 원자재 소비를 줄이는 것을 목표로 합니다. 재활용 역량 개발, 재활용을 고려한 설계, 그리고 재활용 기술 연구 개발에 자금이 지원됩니다.

독일 원자재 기금은 연방 경제에너지부(BMWi)와 독일 개발은행(KfW)의 공동 이니셔티브로, 국내외 핵심 전략 원자재의 추출, 가공 및 재활용 프로젝트를 지원함으로써 원자재 공급의 안정성을 확보하고 의존도를 줄이는 데 기여하는 것을 목표로 합니다. BMWi의 STARK 기금 프로그램은 석탄 채굴 지역의 변화를 지원하고 핵심 부품에 필요한 핵심 원자재의 생산 및 회수를 촉진합니다.

유럽 ​​차원에서 호라이즌 유럽(Horizon Europe)은 과학기술 기반을 강화하고 혁신, 특히 대체재, 재활용, 지속가능한 채굴 및 신소재 분야의 연구 및 혁신을 촉진합니다. 유럽 원자재 연합(ERMA)은 EIT RawMaterials와 EU의 공동 이니셔티브로, 원자재에 대한 탄력적인 EU 가치 사슬 구축을 위해 노력하고 희토류 원소의 채굴, 가공 및 재활용 분야 투자 프로젝트를 발굴하고 지원합니다. 독일 연방교육연구부(BMBF)의 "중소기업 혁신: 자원 효율성 및 순환 경제" 프로그램은 중소기업의 연구 개발을 강화하고 핵심 원자재의 효율적인 공급 및 사용, 혁신적인 재활용 공정 및 순환 경제 제품을 장려합니다.

독일과 유럽에서 탄력적인 가치 사슬 구축

유럽 ​​내에서 탄력적이고 현지에서 조달 가능한 희토류 가치 사슬을 구축하는 것은 중국에 대한 의존도를 줄이는 데 핵심적인 요소입니다. 이를 위해서는 원자재 추출 및 가공부터 최종 제품 제조 및 재활용에 이르기까지 모든 단계에서 노력이 필요합니다.

국내 가공 및 정제 역량 구축의 기회와 과제

현재 유럽 동남유럽 석유 및 가스(SEE) 산업의 핵심적인 병목 현상은 원료 SEE를 고순도 단일 산화물로 분리하고 후속 금속 생산을 위한 충분한 설비가 부족하다는 점입니다. 유럽이 1차 또는 2차 원자재 생산량을 늘린다 하더라도, 이러한 원료들은 추가 가공을 위해 중국으로 수출되는 경우가 많아 결국 중국에 대한 의존도가 높아질 뿐입니다.

• 필요성: 유럽의 분리 설비 및 야금 산업 발전은 진정한 수직적 통합과 전략적 자율성을 달성하는 데 필수적입니다.
• 접근 방식의 예로는 에스토니아의 네오 퍼포먼스 머티리얼즈(실멧)가 이미 분리 공장을 운영하고 있지만, 수입 농축액에 의존하고 있다는 점이 있습니다. 프랑스에서는 라로셸에 공장 건설 계획이 있으며, 라크의 카레마그 프로젝트는 통합 처리 및 재활용을 목표로 하고 있습니다. 폴란드에서도 풀라위 프로젝트와 같은 유사한 계획들이 진행 중입니다.
• 경제적 타당성: 이러한 공장을 건설하는 것은 막대한 자본 투자가 필요합니다. 투자 비용이 높을 뿐만 아니라, 유럽 생산 업체들은 이미 자리를 잡고 국가 보조금을 받는 경우가 많은 중국 기업들과 경쟁해야 합니다. 투자를 장려하기 위해서는 장기 구매 계약과 안정적인 가격 책정이 필수적입니다.
• 기술적 난관: 복잡한 분리 공정에는 특수한 노하우가 필요합니다. 또한, 높은 유럽 환경 기준을 충족하기 위해서는 환경 친화적이고 에너지 효율적인 공정을 개발하고 규모를 확대해야 합니다.
• 저황화물(LSEE) 대 고황화물(HSEE): 고황화물(HSEE) 가공 능력 개발은 특별한 관심을 필요로 합니다. 현재 중국(미얀마산 원자재 가공 포함)에 대한 의존도가 거의 100%에 달하며, 이러한 원소는 고성능 자석에 필수적이기 때문입니다.

완전한 유럽 남동유럽 가치 사슬 구축은 막대한 정부 초기 자금 지원, 장기적인 정치적 의지, 그리고 공공 및 민간 이해관계자 간의 긴밀한 협력이 없이는 실현하기 어려운 세대적 과제입니다. 가공, 금속 생산, 자석 제조 역량을 동시에 개발하지 않고 국내 광업에만 집중하는 것은 전략적 의존 관계를 근본적으로 해결할 수 없습니다.

"재활용을 고려한 설계"는 장기 전략입니다

또 다른 중요한 장기 전략은 순환 경제 원칙에 따라 희토류 원소를 포함하는 제품을 설계하는 것입니다("재활용을 위한 설계", DfR).

• 목표: 제품은 희토류 원소를 포함하는 부품(예: 전기 모터의 자석)을 제품 수명 종료 시 쉽게 식별, 분해 및 종류별로 재활용할 수 있도록 설계되어야 합니다. 이는 재활용의 효율성과 비용 효율성을 크게 향상시킬 것입니다.
• 도구: 재료 구성 및 분해 방법에 대한 자세한 정보를 담은 디지털 제품 여권의 도입은 효과적인 재활용에 필요한 투명성을 확보하는 중요한 도구로 여겨집니다. 표준화 노력 또한 이와 관련하여 중요합니다.
• 과제: DfR 원칙을 구현하는 것은 복잡하며, 특히 다양한 제조업체와 제품 디자인을 가진 세계화된 공급망에서는 더욱 그렇습니다. 구속력 있는 표준을 개발하고 시행하는 것이 주요 과제입니다.

'재활용을 고려한 설계(Design for Recycling, DfR)'는 필수적이지만, 본질적으로 매우 장기적인 전략입니다. 재활용을 고려한 설계가 2차 원자재 공급에 미치는 완전한 영향은 오늘날 DfR 원칙에 따라 설계된 제품이 10년, 15년 또는 그 이상 후에 수명 주기를 마칠 때 비로소 드러날 것입니다. 단기적으로 DfR은 현재의 공급 문제를 해결할 수는 없지만, 미래에 재활용 원자재를 위한 지속 가능하고 탄력적인 순환 경제를 구축하는 데 필수적입니다.

국제 협력 및 다양화

독일과 유럽이 단기 및 중기적으로 희토류를 완전히 자급자족하는 것은 비현실적이기 때문에 국제 협력과 공급원 다변화는 모든 회복력 전략에서 핵심적인 역할을 합니다.

원자재 파트너십의 잠재력 및 지속가능성 평가

독일과 유럽연합(EU)은 전 세계 여러 국가와 원자재 협력 관계를 구축하고 확대하기 위한 노력을 강화하고 있습니다.

• 예시 국가 및 주요 원자재:
  • 칠레: 리튬과 구리에 중점을 두되, 다른 광물에 대한 잠재력도 고려한다. 지속 가능한 광업과 과학 교류에 초점을 맞춘 협력 협정이 2023년 1월과 2024년 6월에 재확인되었다.
  • 몽골: 2011년부터 파트너십을 맺었고, 2024년 2월부터 전략적 파트너십을 시행합니다. 구리 및 희토류(네오디뮴, 프라세오디뮴)에 중점을 두고 있으며, 독일-몽골 원자재 기술대학교를 지원합니다.
  • 호주: 2017년부터 에너지 및 원자재 협력을 지속해 왔으며, 기후 보호 및 핵심 광물에 대한 관심이 점차 높아지고 있습니다. "호주-독일 핵심 광물 공급망 연구"는 가치 창출 잠재력을 파악합니다.
  • 캐나다: 핵심 원자재 분야의 전략적 파트너십.
  • EU는 카자흐스탄, 우크라이나, 그린란드, 그리고 나미비아, 잠비아, 콩고민주공화국 등 다양한 아프리카 국가와 아르헨티나 등 남미 국가들을 원자재 협력 대상으로 중점적으로 다루고 있습니다.
• 파트너십의 목표: 공급원을 다변화하는 것 외에도, 파트너 국가의 지속 가능한 원자재 추출을 지원하고, 현지 가치 창출(예: 가공 역량 구축)을 촉진하며, 높은 수준의 환경, 사회 및 지배구조(ESG) 기준을 확립하는 것을 목표로 합니다.
• 도전과 위험: 이러한 파트너십을 구현하는 것은 복잡합니다. ESG 기준을 준수해야 하며, 그린워싱을 피해야 합니다. 잠재적 파트너 국가 중 상당수는 정치적으로 불안정하거나 거버넌스 결함을 보입니다. 더욱이, 특히 중국과의 원자재 확보 및 영향력 확대를 둘러싼 경쟁이 치열합니다. 지배적인 한 주체(중국)에 대한 의존도를 잠재적으로 불안정하거나 중국의 영향력을 받는 여러 주체로 단순히 옮기는 것만으로는 회복력이라는 근본적인 문제를 완전히 해결할 수 없습니다. 일방적인 이익 추구가 아닌 진정한 상호 이익을 창출하기 위해서는 매우 신중한 파트너 선정과 지능적으로 설계된 협정이 필수적입니다.

지정학적 함의와 장기적 안정성

희토류와 같은 핵심 원자재 공급은 오래전부터 지정학적 갈등의 중심 영역이 되어 왔다.

• 원자재 공급의 정치적 도구화: 원자재 공급이 국제 분쟁에서 정치적 도구로 이용될 위험은 현실적이며, 과거에도 이미 상당한 시장 왜곡을 초래한 바 있다.
• 유럽 ​​차원의 일관된 전략 필요성: 이러한 지정학적 차원을 고려할 때, 순전히 경제적 또는 기술적 동기에 기반한 원자재 정책은 불충분합니다. 원자재 측면을 통합한 일관된 유럽 대외 무역, 안보 및 개발 정책이 필요합니다. 따라서 동남유럽 에너지(특히 재생에너지) 공급 확보는 유럽 주권 강화 및 탄력적인 국제 관계 구축과 불가분하게 연결되어 있습니다. 이를 위해서는 EU 내부 및 뜻을 같이하는 국제 파트너들과의 긴밀한 협력이 필수적입니다.

기술적 리더십 강화

독일은 희토류의 대체, 재활용 및 지속 가능한 추출 분야에서 자체적인 첨단 기술을 개발하고 적용함으로써 희토류 의존도를 줄이고 동시에 새로운 경제적 잠재력을 발휘할 수 있는 기회를 얻고 있습니다.

독일의 대체재 개발, 재활용 및 지속 가능한 추출 분야 혁신 잠재력

독일은 대학 및 비대학 연구기관(예: 프라운호퍼 협회, 헬름홀츠 협회, 라이프니츠 협회)과 산업계를 막론하고 재료 과학, 화학 및 공정 공학 분야에서 강력하고 광범위한 연구 환경을 갖추고 있습니다.

• 강점 분야: 섹션 III에서 자세히 설명한 바와 같이, 독일과 유럽에서는 SEE가 없는 자석 개발, 더욱 효율적인 촉매 및 형광체 개발, 혁신적인 재활용 공정(예: HPMS, 습식 야금 및 생명공학적 접근법) 및 대체 자원에서 SEE를 회수하는 데 있어 유망한 연구 접근 방식이 있습니다.
• 기술 이전의 과제: 핵심 과제는 우수한 연구 결과를 산업 응용 분야 및 시장성 있는 제품으로 더 빠르고 효과적으로 전환하는 것(연구 이전)입니다. 기초 연구/파일럿 프로젝트와 상업적 규모 확장 사이에는 종종 격차가 존재합니다.
• 글로벌 경쟁: 독일과 유럽은 특히 미국과 중국을 상대로 기술 리더십 확보를 위한 치열한 글로벌 경쟁을 벌이고 있으며, 이들 국가 역시 해당 분야에 막대한 투자를 하고 있습니다. 성공을 위해서는 핵심 기술에 대한 체계적이고 실질적인 지원, 시범 공장 설립, 그리고 지속 가능하고 혁신적인 제품을 위한 선도적인 시장 창출이 필수적입니다.

주요 산업 분야에서 희토류가 필요 없는 기술로의 전환이 경제에 미치는 영향

희토류 원소를 덜 필요로 하거나 전혀 필요로 하지 않는 기술로의 전환은 복잡한 경제적 함의를 지닙니다

• 비용 편익 분석: 단기적으로 SEE를 대체하는 것은 특정 응용 분야에서 비용 증가 또는 성능 저하를 초래할 수 있습니다. 그러나 장기적으로는 고가이며 가격 변동성이 큰 SEE를 제거하고, 공급망 위험을 줄이며, 혁신적인 제품을 위한 새로운 시장을 개척함으로써 상당한 경제적 이점을 얻을 수 있습니다.
• 투자 및 적응 필요성: 독일 산업, 특히 자동차 제조, 신재생 에너지, 전자 제품 등 주요 부문은 생산 공정과 제품을 저에너지 또는 무에너지 신재생 에너지 대안으로 전환하기 위해 상당한 투자와 적응이 필요합니다. 이는 최종 제품뿐만 아니라 전체 공급망에도 영향을 미칩니다.
• 선도기업의 기회: 핵심 원자재에 의존하지 않는 혁신적이고 지속 가능한 기술을 조기에 도입하는 독일 기업은 선도기업으로서 경쟁 우위를 확보하고 유망한 신규 시장을 개척할 수 있습니다. 하지만 이를 위해서는 위험을 감수하려는 의지와 장기적인 전략적 목표가 필요합니다.

따라서 희토류를 사용하지 않거나 희토류 효율이 더 높은 기술로의 전환은 단순히 공급 안정성의 문제일 뿐만 아니라, 미래 글로벌 시장에서 독일 산업의 경쟁력을 확보하기 위한 전략적 결정이기도 합니다.

종합 분석 및 독일을 위한 실행 권고 사항

희토류 문제 분석은 독일과 유럽이 전 세계, 특히 중국 공급망에 심각하게 의존하고 있으며, 이로 인해 경제적, 지정학적 위험이 존재한다는 점을 부각시켰습니다. 동시에 이러한 의존도를 줄이고 장기적인 공급 안정성을 높이기 위한 유망한 연구 접근법과 전략적 선택지들이 등장하고 있습니다. 그러나 공급 독립성을 강화하는 것은 정책 입안자와 업계 모두의 일관된 전략과 지속적인 노력을 필요로 하는 복잡한 과제입니다.

위험, 기회 및 상충되는 목표에 대한 평가

희토류 공급은 독일에게 전략적으로 매우 중요한 의미를 지닙니다. 이 원자재는 에너지 전환, 디지털화, 그리고 자동차 제조와 같은 주요 산업의 핵심 기술에 필수적이기 때문입니다. 현재 중국이 채굴 및 가공 분야를 장악하고 있는 글로벌 공급 구조는 가격 변동성, 공급 병목 현상, 그리고 지정학적 목적을 위한 원자재 공급의 악용 가능성으로 인해 상당한 위험을 내포하고 있습니다. 이러한 위험은 전 세계적인 수요 증가로 더욱 심화되고 있습니다.

이러한 의존성을 줄일 수 있는 가능성은 다각적인 접근 방식에 있습니다

• 대체재 및 효율성: 특히 자석 분야에서 대체재 및 SEE가 없는 기술에 대한 연구와 재료 효율성 향상은 특정 SEE 요구 사항을 줄일 수 있는 중장기적인 잠재력을 제공합니다.
• 재활용 및 순환 경제: 유럽의 재활용 인프라 구축은 2차 원자재 공급에 상당한 기여를 할 수 있지만, 기술적, 경제적 과제에 직면해 있습니다.
• 공급원 다변화 및 국내 공급망: 원자재 파트너십을 통한 새로운 국제 공급원 개발과 유럽 매장량 활용 가능성은 공급 기반을 확대할 수 있지만, 자체적인 위험과 긴 준비 기간이 수반됩니다.

이러한 기회를 추구하는 것은 필연적으로 상충되는 목표로 이어진다

• 경제적 효율성 대 공급 안정성: 국내 추출, 가공 또는 첨단 재활용 기술에 대한 투자는 특히 세계 시장 가격이 낮을 때 기존의 비용 효율적인 공급원에서 수입하는 것보다 비용이 더 많이 드는 경우가 많습니다. 단기적인 비용 최적화는 장기적인 전략적 회복력과 상충됩니다.
• 환경 보호 vs. 국내 해수 추출/가공: 해수 추출 및 가공은 환경 집약적인 공정입니다. 유럽의 높은 환경 기준을 준수하는 것은 프로젝트 비용을 증가시키고 대중의 수용도에 문제를 야기할 수 있는 반면, 환경 기준이 낮은 국가로 생산 시설을 이전하는 것은 윤리적으로 문제가 될 수 있습니다.
• 속도 대 철저함: 공급 안정성 확보라는 시급한 과제에는 신속한 해결책이 요구되는 반면, 지속 가능하고 환경 친화적인 가치 사슬 구축과 신기술 개발에는 시간이 걸립니다.

희토류 자원 자립 달성은 독립적인 목표가 아니라 기후 중립, 경제 경쟁력 유지, 지속가능성을 위한 국제적 책임 이행 등 다른 전략적 과제들과 함께 고려해야 할 더 넓은 맥락에서 추진되어야 합니다. 이를 위해서는 우선순위의 균형을 신중하게 맞추고 장기적인 전략적 이익을 위해 단기적인 비용을 감수할 의지가 필요합니다.

정책 입안자와 업계를 위한 구체적이고 우선순위가 정해진 실행 권고 사항

독일의 희토류 공급 안보를 지속 가능하게 개선하고 특정 공급업체에 대한 의존도를 줄이기 위해서는 정책 입안자와 산업계 간의 협력적인 접근 방식이 필요합니다. 다음은 시간적 범주에 따라 우선순위를 정한 실행 권고 사항입니다

단기 조치(최대 2년)

원자재 모니터링 및 조기 위험 감지 강화:

• 독일 광물자원청(DERA)과 BMWK의 역량을 강화하여 글로벌 남동유럽 시장, 공급망 위험(정제 및 중간재 포함) 및 지정학적 동향을 지속적으로 분석할 수 있도록 합니다.
• 잠재적인 공급 차질에 대한 조기 경보 시스템 개발.

전략적 프로젝트 승인 절차 가속화:

• 독일 및 유럽 내 전략적으로 중요한 재활용, 가공 및 잠재적으로 추출 프로젝트에 대해 EU CRMA에서 제공하는 신속 승인 절차를 일관되게 활용합니다.
• CRMA에 따라 국가 연락 창구("원스톱 서비스 센터")를 설립하고 효과적으로 운영합니다.

전략적 제휴 구축 및 수입원 다변화:

• 다양하고, 가급적 가치 중심적인 공급원으로부터 이미 정제된 SEE 또는 핵심 중간 제품(예: 자석)의 공동 조달을 위한 기업 협력을 적극적으로 장려합니다.
• 특히 중요한 고효율 전자 부품(SEE) 또는 이를 원료로 제조한 부품에 대해 전략적이고 응용 분야에 맞춘 비축량을 검토하고, 필요한 경우 구축합니다.

시범 및 실증 프로젝트에 대한 목표 지향적 자금 지원:

• 동종전자석(SEE) 재활용(예: 자동 분해, 효율적인 분리 기술) 및 대체(예: SEE가 없는 자석) 분야에서 유망한 독일 및 유럽 연구 접근 방식을 산업 규모(기술준비수준 6-8)로 확대하기 위한 벤처 캐피털 및 자금 지원.

중기적 대책 (2~7년)

상업용 재활용 및 가공 공장 건설:

• 독일/유럽에서 SEE 함유 제품(특히 자석, 배터리, 전자 폐기물) 재활용 및 SEE 농축물 처리를 위한 최초의 상업용 공장 건설에 대한 인센티브를 제공하고 투자 장벽을 제거합니다.
• 여기에는 저에너지 전자(LSEE)와 고에너지 전자(HSEE)의 분리뿐만 아니라 금속 생산도 포함됩니다.

재활용을 고려한 설계(Design for Recycling) 및 디지털 제품 여권 구현:

• 관련 제품군(예: 전기 모터, 전자 기기)에 대한 재활용 친화적인 제품 설계를 위한 구속력 있는 표준을 EU 차원에서 개발하고 단계적으로 도입합니다.
• 재료 구성(SEE 함량 포함) 및 분해 방법에 대한 정보를 제공하는 디지털 제품 여권 구축.

원자재 파트너십의 체계적인 확대 및 심화:

• 동남유럽 광물 매장지를 보유한 국가들을 대상으로 원자재 파트너십을 구축하고 이행하는 방안을 모색합니다. 높은 수준의 ESG 기준 준수, 지역 가치 창출 촉진, 그리고 안정적인 공급망 구축에 중점을 둡니다.
• 해외 무역 촉진 수단(예: UFK 보증)을 통해 독일 기업의 지속 가능한 국제 광업 및 가공 프로젝트 참여를 지원합니다.

국내/유럽 1차 자료에 대한 검토 및 필요한 경우 홍보:

• 유럽 ​​남동유럽의 가장 유망한 광상(예: 키루나, 펜)에 대한 상세한 타당성 조사 및 환경 영향 평가를 수행합니다.
• 결과가 긍정적이고 가장 엄격한 환경 및 사회적 요건을 충족하며 사회적 수용성을 보장하는 경우: 개발 및 가공을 위한 시범 프로젝트에 대한 목표 자금 지원.

교육 및 훈련에 대한 투자:

• 지구과학부터 공정 엔지니어링, 재료 과학, 재활용 전문가에 이르기까지 동남유럽 경제(SEE) 가치 사슬 전반에 걸쳐 전문가를 양성하는 교육 프로그램 및 훈련 프로그램을 개발하고 홍보합니다.

장기적 측정(7년 이상):

동남유럽 지역의 견고한 유럽 순환 경제 구축:

• 최적화된 수집, 분류 및 처리 인프라, (적절한 경우) 의무적인 재활용 함량 할당제, 그리고 재활용 재료에 대한 수요 촉진을 통해 재생 가능한 2차 에너지 시장을 조성합니다.

혁신적인 기술 개발을 위한 지속적인 연구 개발 자금 지원:

• 차세대 대체 소재 개발 및 핵심 응용 분야를 위한 완전 SEE 무첨가 기술 개발을 위한 기초 및 응용 연구에 대한 장기적인 지원.

지속 가능한 제품을 위한 선도 시장 창출:

• 지속 가능한 방식으로 조달/재활용된 재생 에너지를 포함하거나 재생 에너지 없이 작동하는 대안을 기반으로 하면서 자원 효율성이 높은 제품을 장려하기 위해 공공 조달 및 기타 수단을 활용합니다.

재생에너지(RES) 의존도를 줄이기 위한 성공적인 전략은 현명한 정책 조합을 필요로 합니다. 이러한 전략에는 시장 기반 인센티브(예: 재활용 및 대체 투자, 간접적으로 물질 효율성을 증진하는 CO2 가격 책정), 명확하고 신뢰할 수 있는 규제 요건(예: 재활용 할당량, 친환경 설계 요건, 투명성 의무), 그리고 정부의 직접적인 지원(특히 연구 개발, 시범 사업, 고위험 또는 장기 투자 회수 기간을 가진 전략적 프로젝트)이 포함되어야 합니다. 과거처럼 기업에만 책임을 맡기는 것은 특수한 시장 구조(과점, 국가 기관), 높은 투자 위험, 그리고 재생에너지 문제의 지정학적 차원을 고려할 때 필요한 변화를 가져오기에 충분하지 않습니다.

독일에 필수 원자재를 지속 가능하고 안정적으로 공급하기 위한 장기 비전

독일의 장기적인 비전은 특정 희토류 공급국에 대한 의존도를 크게 줄이는 것뿐만 아니라, 지속 가능한 원자재 기술과 순환 경제 모델의 개발 및 적용에 있어 선도적인 역할을 수행하는 것을 목표로 해야 합니다. 이는 다음과 같은 의미를 내포합니다

다양하고 탄력적인 공급망

독일은 다양한 공급원에서 핵심 원자재를 조달하며, 최고 수준의 지속가능성 기준을 준수하는 동등한 조건의 원자재 파트너십이 핵심적인 역할을 합니다.

강력한 유럽 가치 창출

SEE(고분자 전자) 및 이를 이용한 제품(특히 자석)에 대한 수요의 상당 부분은 경쟁력 있고 환경 친화적인 기술의 지원을 받아 유럽 내에서 추출, 가공 및 재활용됩니다.

혁신 리더십

독일 기업과 연구 기관은 대체 기술, 고효율 재활용 공정 및 자원 절약형 제품 설계의 개발 및 상용화 분야에서 선두 주자입니다.

확립된 순환 경제

희토류 및 기타 핵심 원자재는 폐쇄형 순환 시스템에서 체계적으로 재활용되어 1차 원자재 사용량을 최소화하고 환경 영향을 줄입니다.

전략적 예측

독일은 원자재 수요 변화와 잠재적 공급 위험을 조기에 감지할 수 있는 메커니즘을 갖추고 있으며, 전략을 유연하게 조정할 수 있습니다.

희토류 분야의 자립은 고정된 최종 목표가 아니라, 역동적으로 변화하는 글로벌 환경 속에서 위험을 최소화하고, 기술에 적응하며, 전략적 입지를 구축해 나가는 지속적인 과정입니다. 따라서 장기적인 회복력을 확보하기 위해서는 일회성 노력뿐 아니라, 지속적인 정책적 우선순위 설정, 지속 가능한 투자, 그리고 학습 시스템으로서 새로운 도전과 기회에 대응할 수 있는 능력이 필요합니다. 이러한 목표를 향한 길은 험난하지만, 독일이 산업 중심지로서 미래에도 지속 가능성을 유지하고 환경 및 사회적 목표를 달성하는 데 매우 중요합니다.

☑️ 중소기업의 전략, 컨설팅, 기획 및 실행 지원

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