▲ 박경태 국가희소금속센터 센터소장

“희소금속 전주기 밸류체인 마련…관련 기술 국산화 실현”

희소금속 국가경제 안보 직결, 공급망 안정화·재자원화 기술 필요

국제협력 활동·협의회 운영 등 희소금속 공급망·산업경쟁력 강화

■ 한국생산기술연구원과 국가희소금속센터에 대한 소개를 부탁드린다.

국가희소금속센터(이하 희소센터, 센터 소장 박경태)는 ‘희소금속 소재산업 발전 종합대책’(지식경제부, ‘09.11.) 정책 발표 이후 희소금속 기반구축 및 정책수행과 희소금속 분야 연구개발을 위해 한국생산기술연구원 내 국가위임조직으로 설치됐다. (’10년 최초명칭: 한국희소금속산업기술센터)

설립 이후 10여 년간의 희소금속 관련 연구개발과 인프라 구축, 기업지원, 정책지원, 기술·무역·기업 정보 제공 등을 통해 산·학·연 지원을 지속해서 수행하고 있다. 이러한 노력으로 산부는 희소금속 산업 및 국가희소금속센터 지정에 관한 법령(소재·부품·장비산업 경쟁력 강화 및 공급망 안정화를 위한 특별조치법 제37조2, 3, 법률 제19438호, ‘23.06. 공포)을 마련해 국가희소금속센터를 법정 전문기관으로 지정하고, 희소금속산업의 강건한 생태계 조성을 위해 국가 차원으로 업무를 정비했다.

▲ 한국생산기술연구원 국가희소금속센터 운영 현황

희소센터는 현재 인천 남동공단에 위치해 약 100 여종의 희소금속 중심 공정·분석 장비를 보유하고 있다. 공정장비로는 고순도 고융점 금속 정련이 가능한 전자빔·아크·플라즈마 청정 용해 장치, 건습식 제련장치, 용융염 전해 장치, 금속분말 제조용 아토마이저 등을 공급망 측면에서 국내 도입이 필요한 필수 공정장비를 보유하고 있다. 또한, 분석 장비로는 X-선 회절분석기(XRD), ppt 수준의 원소 정량분석이 가능한 글로우방전질량분석기(GD-MS) 등 고융점, 고순도 희소금속의 정밀한 분석을 위한 다양한 장비들을 보유하고 있다.

희소금속은 미-중 무역분쟁(희토류), 러-우 전쟁(원료 수급), 보호무역주의 확대(이차전지용 니켈, 코발트, 리튬 등) 및 일본의 對한국 수출규제(반도체용 고융점 금속류 등)와 같이 정치적 이슈에 활용될 만큼 최근 산업적으로 많은 주목을 받고 있다. 그뿐만 아니라 수요-공급 차질에 의해 주기적으로 수급 이슈가 발생하고 있다.

과학기술정보통신부는 ‘소재·부품·장비 연구개발 투자전략 및 혁신대책’(‘19.08)을 마련해, 소재·부품·장비 분야의 중장기적 연구기반을 구축하고, 위기 상황 시 신속한 연구 수행을 통한 대응을 목적으로 소재·부품·장비 국가연구실 지정을 추진했다. 이에 센터는 ‘고순도 희소금속 소재’ 위기 대응 역량을 바탕으로 ‘20년 국가연구실인 N-LAB에 지정됐다.

‘고순도 희소금속 연구실’ 역할로는 △친환경 희토류 재활용·제련기술 △반도체산업용 고융점·활성 금속의 초고순도화 기술 △친환경 건식 이차전지 재활용 기술 등을 포함한 희소금속의 소재화 기술개발, 기업지원, 희소금속 소재·부품 제조, 시험·평가 및 인증 지원이 있다. 또한, 희소금속 전문기업의 해외 원천기술 도입, 해외 시장 진출을 위한 국제협력 지원 등의 기업지원 역할을 포함하고 있다.

희소센터의 비전은 원료-소재-고순도소재-부품-제품에 이르는 희소금속 관련 전주기 가치사슬에서 기술 병목현상으로 인해, 해외 수입에 의존하고 있는 영역의 기술 내재화와 국산화를 주목적으로 하고 있다. 자원 빈국인 우리나라는 부존자원의 한계로 원광 또는 정광을 포함하는 공급망의 국내 완성이 불가능하지만, 희소금속의 친환경 생산(재활용, 고순도화), 대체저감, 고부가가치화 기술개발을 통해 공급망의 많은 부분이 국산화가 가능하다.

한국생산기술연구원은 기관 고유 임무에 맞춰서 희소금속 공급망 관련 기술에 대해 기업지원과 기술이전, 개방형 실험실 운영을 통한 협력기업 육성에 힘쓰고, 국내 희소금속산업의 강건한 육성을 위해 정진하고 있다.

대외적으로는 세계 최초로 희소금속 국제 공동 워크숍 개최, 참여국 중심으로 국제 희소금속 공동 협의체 설립과 기술보유국인 △독일 △미국 △일본 △이스라엘 등, 자원보유국인 △인도네시아 △우즈벡 △호주 등과 희소금속 분야 공동연구를 위한 전략적 MOU 체결 및 국제협력 채널 구축으로 희소금속 글로벌 강국을 실현해 나갈 것이다.

■ 최근 국제 정세의 불안정으로 세계 각국이 희소금속의 비축에 열을 올리고 있는데, 국내 현황 및 대응은 어떠한지.

최근 국제 정세의 불안정은 희소금속 공급망에 큰 영향을 미치고 있으며, 각국은 자원 안보 강화를 위해 다양한 전략을 추진하고 있다. 희소금속은 첨단산업과 에너지 전환에 필수적이며, 안정적인 공급망 구축은 국가 경제와 안보를 위해 반드시 필요한데, 주요국의 대응 사례는 다음과 같다.

먼저 일본은 유럽, 호주 등 우방국과 자원동맹을 형성하며 안정적인 국제 공조체계 구축에 집중하고 있다. 특히 JOGMEC(일본 석유천연가스·금속광물자원기구)를 통해 희소금속 비축과 공급망 다변화를 적극적으로 추진하고 있다. ‘20년 발표된 신원소전략 2탄은 탄소중립 실현을 목표로 하며, 재활용 및 대체 기술개발을 강화하고 있다. 일본은 과거 희토류 쇼크와 같은 자원 위기를 경험한 이후 희소금속의 체계적 비축 정책을 통해 자원 안보를 강화하고 있으며, 이를 바탕으로 국제 자원 외교도 확대하고 있다.

중국은 희소금속의 주요 생산국으로, 법령개정을 통해 자원의 채굴, 정제, 가공을 철저히 통제하고 있다. 희소금속을 전략적인 자원으로 지정하면서 산업공급망에 대한 관리통제를 지속해서 강화 중이다. 특히, 희소금속의 생산·정제·가공에 대한 국가 차원의 철저한 통제를 통해 글로벌 공급망을 장악하고, 자원 외교를 통해 자국의 이익을 우선시하는 전략을 펼치고 있다. 이는 특정 희소금속의 공급 제한 조치나 수출규제를 통해 타국의 산업에 직·간접적으로 위협을 가하는 결과를 초래하고 있다.

EU는 ‘24년 핵심원자재 법(CRMA)을 통해 희소금속 공급망 안정화를 위한 구체적 목표를 설정했다. ’30년까지 △채굴 10% △정제 및 가공 40% △재활용 25%를 EU 내에서 조달하고, 해외 의존도를 65% 이하로 줄이는 것을 목표로 하고 있다. 또한, 전략 프로젝트를 통해 행정적 지원과 금융 혜택을 제공하며, 자원 공급망 다변화를 도모하고 있다.

미국은 희소금속에 대해 비축법, 2020 에너지법에 따라서 국가 비상상황에서 국방, 산업, 민간에 필수적으로 공급이 필요한 물자로 부족 시 국가 경제, 안보에 큰 위협이 되는 물자로 정의하고 있다. Critical Minerals Mapping을 통해 희소금속 부존 지역을 분석하며, 인프라 투자법(IIJA)과 Inflation Reduction Act(IRA)를 통해 자원 채굴 및 가공기술에 대한 지원을 확대하고 있다. 특히, 배터리와 전기차 산업을 위한 희소금속 공급망 구축을 주요 정책으로 삼고 있으며, 자원 재활용과 재사용 기술개발에도 중점을 두고 있다.

한국은 일본, 중국, EU, 미국의 정책을 참고해 희소금속 확보전략을 강화하고 있다. 공급망 다변화와 재활용 기술개발을 통해 자원 의존도를 낮추고, 국가 차원의 비축 시스템을 개선하고 있다. 특히, 글로벌 협력과 연구개발(R&D)을 통해 첨단산업과 에너지 전환의 기반을 마련하고 있다.

이러한 대응은 국가 경제의 지속 가능한 성장과 탄소중립 실현에 중요한 역할을 할 것이다. 한국생산기술연구원과 국가희소금속센터는 이를 실현하기 위해 핵심기술 개발과 국제협력을 지속적으로 확대할 필요가 있다.

■ 희소금속의 소재화·재활용의 중요성이 강조되는데, 국가희소금속센터에서는 어떤 활동이 이루어지고 있는지.

희소금속의 확보뿐만 아니라 소재화와 재활용의 중요성이 갈수록 강조되는 가운데, 국가희소금속센터는 이를 실현하기 위해 다양한 연구와 기술개발에 앞장서고 있다.

특히, 센터는 희소금속의 친환경 제조, 고순도화, 대체저감 기술개발을 중점적으로 추진하고 있으며, 그중에서도 주목할 만한 성과로 국내 최초 초고순도 탄탈륨 제조를 위한 일관 공정 기술을 개발했다. 초고순도 탄탈륨은 반도체 타겟 소재로 사용되지만, 그동안 국내에서는 제조사가 없고 재자원화율도 0%에 머물러 있었다. 이에 국가희소금속센터는 상용 탄탈륨 잉곳의 물성을 뛰어넘는 탄탈륨 소재 및 부품 제조 기술을 개발하며 국내 기술력의 한계를 극복했다.

▲ 초고순도 탄탈륨 소재 일관 제조 공정

또한, 친환경 희토류 재활용 기술개발에도 성공해 주목받고 있다. 기존 중국 주도의 상용 희토류 자석 재활용 공정은 습식기반으로, 국내 환경법상 생산시설 신설이 어려운 상황이었다. 이를 해결하기 위해 센터는 폐 희토류 영구자석으로부터 반응 부산물이 모두 재자원화가 가능한 친환경 Halide 교환반응 기술을 개발했으며, Nd halide 추출률 98% 이상의 성과를 달성했다.

▲ 친환경 폐 희토류 영구자석 재활용기술

또한, 국가 13대 주력산업인 이차전지의 핵심 소재인 리튬의 친환경 생산 기술 개발에도 기여하고 있다. 기존 리튬 생산은 주로 염수호와 광산 채굴을 통해 이루어졌다. 그러나 육지에서의 리튬 매장량은 한계가 있으며, 이 생산 과정에서 대량의 담수와 화학물질이 사용돼 환경오염 문제가 지속적으로 제기되고 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 새로운 리튬 생산 방식에 대한 필요성이 대두됐다. 최근에는 무한한 자원인 해수에서 리튬을 추출하는 기술이 주목받고 있으며 해수에는 육지의 약 16,500배에 달하는 리튬이 용존돼 있지만, 농도가 약 0.2ppm에 불과해 기존 기술로는 효율적인 추출이 어려운 상황이었다. 이러한 한계를 극복하기 위해 리튬 선택성 세라믹 멤브레인을 활용한 리튬 직접 추출 시스템(DLE, Direct Lithium Extraction)을 개발했다.

DLE 기술은 해수, 담수화 폐수, 지하 염수호 등 다양한 자원에서 리튬을 선택적으로 추출해 고순도의 리튬염을 제조할 수 있는 기술이다. 이는 국내 최초로 개발된 멤브레인 삽입형 친환경 리튬 추출 방식으로서 기존의 리튬 공급망을 확대할 수 있는 혁신적인 시스템이다. 현재 멤브레인 방식의 DLE 기술을 Scale-up 하기 위해 관련 전문기업들과 협력해 기술 상용화 연구를 진행하고 있다. 이와 같은 친환경 희소금속 생산 기술 개발은 국내 희소금속 산업의 자립도를 높이고 지속 가능한 자원 순환 생태계 구축에 기여할 것으로 기대된다.

이 외에도, 폐 이차전지로부터 희소금속을 회수하고 고부가가치화하는 연구를 수행하고 있다. 기존의 상용 재활용 공정이 다량의 산 사용으로 환경적 문제를 일으켰던 반면, 센터는 친환경 건식기술을 활용해 폐 이차전지에서 리튬을 사전에 회수하고 이후 습식공정에서 산 사용량을 약 40% 절감할 수 있는 기술을 개발했다.

또한, 이차전지 양극재 시장의 성장에 대응하기 위해 저품위 니켈 원료와 순환자원을 활용해 이차전지 원소재인 class 1급 니켈을 제조하는 기술도 개발 중이다. 이 기술은 이미 국내 기업에 기술이전이 완료돼 양산을 위한 공장 구축을 진행하고 있다.

마지막으로, 희소금속 분야의 자원 순환 생태계 완성을 위한 연구로써 희소금속(Ni)이 다량 함유된 고탄소강(마레이징강)의 재자원화 및 고부가가치화를 위한 연구과제를 수행 중이며, 이를 통해 ‘27년까지 마레이징강의 재자원화 기술, 적층제조용 구형 분말 제조 기술, 정밀 금형 제작을 위한 적층제조 기술개발이 완료될 것으로 예상한다.

이와 같은 연구와 기술개발은 국내 희소금속 산업의 자립도를 높이고 지속 가능한 자원 순환 생태계 구축에 기여할 것으로 기대된다. 국가희소금속센터는 앞으로도 희소금속의 안정적인 확보와 효율적인 활용을 위해 기술혁신에 매진할 계획이다.

■ 국가희소금속센터는 한국-우즈벡 희소금속센터 운영 등 글로벌 희소금속 생태계를 구축하고 있는데, 현재 전개 중인 해외 공급망 다변화 활동에는 어떤 것들이 있는지

먼저 우즈베키스탄의 경우, 첨단산업용 소재부품 개발을 위한 중대형 파일럿급 설비를 구축하고, 한국의 상용화 기술지원을 통해 우즈벡의 가공기술 역량 강화 및 우리나라의 희소금속 자원 및 소재의 공급망 확보에 기여하고 있다. 이를 위해 상용화 인프라 구축, 엔지니어 인력양성, 전문가 교류, 기술지도 네 가지 항목을 큰 줄기로 해 수행 중이다.

특히 ODA 사업수행을 위한 RoD 체결 시 본 사업 결과로 도출되는 자원 및 소재를 한국이 요청 시 당일 시장가로 우선 공급하는 내용을 추가함으로써, 상기 사업이 국내 희소금속 공급망 다변화에 이바지한다고 할 수 있다.

카자흐스탄의 경우, 한-카자흐 협력 주요 목표는 카자흐스탄에 ‘희소금속 소재·제품화 센터’를 설립해 카자흐스탄의 희소금속 분야 산업경쟁력을 강화하고, 이를 통해 한국의 희소금속 공급망을 다변화하는 것이다.

이를 실현하기 위해 한국생산기술연구원은 카자흐스탄 금속 정·제련 전문 국가연구소인 IMOB(The Institute of Metallurgy and Ore Beneficiation)와 MOU를 체결(‘23.11)했고, 이후 KIAT(한국산업기술진흥원)의 ODA 사업 타당성 조사를 수행했다. 이와 관련해 카자흐스탄 과학고등교육부 사야사트 누르벡 장관이 내한해 한국생산기술연구원을 방문(’24.08), 희소금속 공급망 강화 논의를 했다.

▲ 이상목 생기원 원장(右)과 야사트 누르벡 카자흐스탄 과학고등교육부 장관은 ‘24년 8월 27일 한국생산기술원에서 희소금속 공급망 강화에 대한 논의 후 업무협약식을 진행했다.

카자흐스탄과의 ODA사업이 실현되면 카자흐스탄은 저부가가치 산업구조에서 벗어나 고부가가치 희소금속 소재 및 부품산업으로 전환할 수 있는 기반을 마련하게 된다. 한국은 희소금속 공급망을 다변화함으로써 안정성을 확보하고, 동시에 국내 희소금속 전문기업과 장비 기업의 해외 진출 기회를 확대할 수 있다.

또한, 양국 간 기술과 산업 정보 교류를 통해 글로벌 희소금속 시장의 선도자로 도약할 수 있을 것이다. 본 사업은 ‘26년부터 5년간 약 200억원 규모로 상용화 생산 인프라 구축 및 기술 확보·컨설팅, 인력양성, 판로개척 방안을 수립하고, 이를 통해 희소금속 분야에서 카자흐스탄과 한국 간 협력모델을 성공적으로 구축, 이를 기반으로 양국 산업의 지속 가능한 성장을 도모할 것이다.

인도네시아의 경우, 센터는 인도네시아에 풍부한 니켈과 주석 자원을 기반으로 공동기술개발을 추진하고 있으며, 기술지원 및 인력양성을 통해 희소금속 공급망 다각화와 국내 기업의 신시장 개척을 지원하고자 한다. 특히 인도네시아 산 니켈선철(NPI)을 확보하고, 이를 활용한 고순도 니켈 화합물 제조 기술개발에 주력하고 있다.

독일 라이프니츠 IFW연구소와는 ‘11년부터 공동연구 및 교류를 위한 MOU 체결을 시작으로 ’한-독 공동연구소(IFW-KITECH JRL) 설치(‘13.) 및 지속적인 공동 워크숍과 전문인력 파견 프로그램을 활용한 공동연구를 추진하고 있다.

그 외에도 말레이시아 GREAT 연구소와 LOI 체결, 일본 Muroran Materia 연구소와 MOU 체결 등 해외 희소금속 전문연구기관과의 업무 협력을 협약하고, 공동연구 및 업무 협력 활동을 활발히 추진하고 있다.

■ 향후 국가희소금속센터의 활동 계획 및 전략은

국가희소금속센터는 ‘소재·부품·장비산업 경쟁력 강화 및 공급망 안정화를 위한 특별조치법’에 따라 희소금속 산업경쟁력 강화와 희소금속 공급망 안정 등에 관한 업무를 수행하게 된다.

첫째, 희소금속 산업경쟁력 강화를 위한 방안으로, 친환경 생산, 고부가가치화, 대체물질 개발에 관한 선행 연구 및 개발을 지속해서 수행할 예정이다. 이를 위해 일반적인 R&D 뿐만 아니라 기술 선진국과의 공동연구, 자원보유국과의 협력 등 다양한 국제협력 활동을 지속할 예정이다.

둘째, ‘25년부터 희소금속 산업생태계 조사, 분석 및 종합정보시스템 운영을 위한 활동이 시작된다. 반도체·디스플레이, 미래 모빌리티, 에너지, 기계·금속, 항공·우주·방산 등 희소금속 핵심 산업군에 대한 실태조사를 시행하고, 희소금속 원소별 무역·통계, 교역, 산업 DB 등을 조사해 희소금속 종합정보시스템을 구축할 예정이다. 이와 같은 시스템이 완성되면 희소금속의 원소별 GVC 구축이 가능할 것으로 기대하고 있다.

마지막으로, 희소금속산업 협의회를 본격 운영할 예정이다. 산·학·연 전문가 집단으로 구성된 협의회를 운영하며, 각계각층의 의견을 청취하고 희소금속 기술개발 및 산업 육성 전략 로드맵 수립의 기초 자료로 활용할 예정이다.