지속가능성
아칸소가 우리의 리튬 수요에 대한 해답을 가지고 있는가?
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리튬 공급의 중요성
Lithium has quickly become a very important commodity, largely due to the rise of EVs and renewable energy and its associated massive demand for lithium-ion batteries. The demand is expected to persist in growing exponentially until 2030, making the current 1,189,000 MT lithium carbonate equivalent (LCE) demand look small in comparison.
출처: Statista
리튬은 전기차(EV)와 재생 에너지의 급성장 및 이에 따른 리튬이온 배터리의 막대한 수요 때문에 빠르게 매우 중요한 상품이 되었습니다. 이 수요는 2030년까지 기하급수적으로 증가할 것으로 예상되어 현재 1,189,000 MT 리튬 탄산염 등가(LCE) 수요에 비해 작게 보입니다.
리튬이온이 언젠가 다소 구식 기술이 될 수도 있지만, 리튬은 특히 리튬 금속 고체 전지(솔리드 스테이트 배터)가 주류가 된다면 배터리 화학에서 중요한 부분으로 남을 가능성이 높습니다.
이러한 수요 증가로 리튬 가격이 변동성을 보이며, 공급 부족이 큰 가격 급등을 일으킨 뒤 급락하는 현상이 나타났습니다.
출처: Carbon Credit
이는 리튬 공급 확보를 전략적 과제로 만들었으며, 전력 회사부터 자동차 제조업체까지 점점 더 많은 산업이 안정적인 리튬 배터리 공급에 의존하게 되었습니다.
현재 전 세계 배터리와 정제된 리튬의 대부분은 중국에서 생산됩니다. 이 광물은 주로 ‘리튬 트라이앵글’(칠레, 아르헨티나, 볼리비아), 중국, 그리고 호주에서 채굴됩니다.
북미에서는 풍부한 자원에도 불구하고 리튬 생산이 다소 느렸습니다. 그러나 이제 이 자원이 훨씬 더 크다는 것이 밝혀졌으며, 아칸소에서 거대한 리튬 매장량이 발견되었습니다. 이 발견은 미국 지질조사국, 아칸소 에너지 및 환경부 연구원들이 수행했으며, Science Advances에 “머신러닝을 이용한 남부 아칸소 Smackover 형성 염수의 리튬 자원 평가1”라는 제목으로 발표되었습니다.
새로운 리튬 트라이앵글?
리튬 트라이앵글은 남미 3개국 사이의 경계 지대로, 세계 리튬의 큰 비중을 차지하는 리튬이 풍부한 염수를 대량 보유하고 있습니다.
미국은 아칸소, 텍사스, 루이지애나가 만나는 지점에 자체적인 리튬 트라이앵글을 가지고 있는 것으로 보입니다.
출처: Science Advances
이 발견은 규모가 거대하여 미국 리튬 자원 추정치를 하룻밤 사이에 두 배로 늘릴 가능성이 있습니다.
이러한 예측 리튬 지도와 저수지 매개변수 및 지질 정보를 활용해 계산한 결과, 남부 아칸소 Smackover 형성 염수에는 5.1~19백만 톤의 리튬이 존재하며, 이는 현재 미국 리튬 자원 추정치의 35~136%에 해당합니다.
어떻게 발견되었나요?
이 지역의 석유·가스 매장층이 브롬화물과 리튬을 함유한 염수가 풍부하다는 것은 이미 알려져 있었습니다. 그러나 이전 분석은 염수 시료 위치에서 리튬 함량을 추정할 수 있었을 뿐이며, 0.08~1700 mg/리터라는 넓은 범위의 결과를 보였습니다.
이에 연구원들은 AI 분석을 활용해 알려진 모든 측정값과 지역의 지질 데이터를 종합했습니다. 이 지역은 석유·가스 생산을 위해 광범위하게 탐사되었기 때문에 지하 구조가 비교적 잘 문서화되어 있습니다.
본 연구에서는 기존에 발표된 및 새로 수집한 염수 리튬 농도 데이터를 활용해 머신러닝 모델을 학습하고, 지질·지구화학·온도 변수들을 이용해 남부 아칸소 Smackover 형성 염수의 예측 리튬을 공간적으로 연속적인 지도 형태로 생성했습니다.
이 분석 결과, Smackover 형성이 다른 지역보다 훨씬 유망한 것으로 나타났습니다.
출처: Science Advances
리튬 함량 예측
AI 기반 분석을 통해 리튬 존재 여부를 예측하는 가장 중요한 요인을 파악할 수 있었습니다:
- 용해된 황화수소(H2S) 농도.
- 염수 시료 깊이
- Smackover 형성 상부 고도
- Smackover 형성 두께
출처: Science Advances
염수 부피와 리튬 농도에 대한 최저 및 최고 추정치에 따라 Smackover 형성에서 이용 가능한 총량은 다음과 같을 수 있습니다:
- 100만 톤 (리튬 함량 낮음, 부피 낮음).
- 1,100만 톤 (리튬 함량 중간, 부피 중간).
- 1,100만 톤 (리튬 함량 높음, 부피 높음).
출처: Science Advances
부산물로서의 리튬
이러한 염수 중 일부는 브롬 생산을 위한 채굴이나 석유·가스 생산의 부산물로 이미 지표면으로 끌어올려졌습니다.
전체적으로 약 5,000톤, 즉 Smackover 형성에서 이용 가능한 리튬 자원의 0.1% 미만이 석유·가스·브롬 산업의 폐수 흐름으로 염수와 함께 지표면으로 끌어올려졌습니다.
이는 전체 자원 중 작은 비율이지만, 2022년 미국의 리튬 소비량을 충당하기에 충분했으며, 이 자원의 잠재력을 보여줍니다.
또한 ‘빅오일’ 기업들은 이 지역에서의 시추 전문성을 활용하려 하고 있으며, 엑슨이 ‘리튬 우물’ 시추를 계획하고 있습니다.
직접 리튬 추출(DLE)
새로운 제3의 리튬 추출 기술
첫 번째 방법은 스포듐렌과 같은 리튬이 풍부한 암석을 파쇄하는 것으로, 이는 호주에서 생산되는 리튬의 형태입니다.
두 번째 방법은 넓은 증발지에서 태양 에너지를 이용해 염수를 증발시키는 것입니다. 이 방법은 비용 효율성이 높지만 많은 물을 소비하고, 이용 가능한 리튬의 50%만 회수하며, 상당한 오염을 초래합니다.
현재 제3의 방법이 개발 중이며, 바로 직접 리튬 추출입니다.
선택적 멤브레인
일반적으로 사용되는 리튬 농축 방법은 증발 및/또는 광물 농축에 의존합니다. 반면 직접 추출은 선택적 추출 과정을 통해 리튬 원자를 목표로 합니다. 이는 몇 가지 다른 방법을 통해 달성될 수 있습니다:
- 흡착 기반 DLE로, 리튬이 전용 물질에 물리적으로 흡착됩니다.
- 이온 교환 기반 DLE로, 리튬이 양이온과 교환됩니다.
- 용매 추출 기반 DLE로, 유기 용매가 리튬을 흡수·용해하여 염수로부터 분리합니다.
출처: Lithium Harvest
석유층 염수는 전 세계적으로 존재하고 석유·가스·염수 산업에서 폐기물로 간주되기 때문에 중요한 리튬 자원이 될 수 있으며, 직접 리튬 추출 기술의 실현 가능성에 따라, 분지 염수를 농축하기 위해 사용되는 증발 공정과 같은 대규모 부지를 필요로 하지 않을 것입니다.
“머신러닝을 이용한 남부 아칸소 Smackover 형성 염수의 리튬 자원 평가”.
리튬 나노여과
직접 추출을 위한 새로운 방법이 호주 모나시 대학교 연구원들에 의해 발견되었으며, Nature Sustainability에 “염호수 염수에서 지속 가능한 리튬 추출 및 마그네슘 수산화물 공동 생산”이라는 제목으로 발표되었습니다.
그들은 EDTA 보조 느슨한 나노여과(EALNF)를 사용해 리튬을 추출했습니다. 이 방법은 리튬과 마그네슘을 동시에 추출할 수 있어 전체 효율을 향상시킵니다. 이전에는 마그네슘이 리튬 추출의 폐기물로 간주되었습니다.
이 공정은 산업 조건에서 Mg2+ 차단율 99.85%의 초고 차단, 초고속 Li+ 흐름, 그리고 전례 없는 Li+/Mg2+ 분리 계수를 달성합니다.
마그네슘은 염수에 자주 존재하며 리튬의 선택적 추출에 문제를 일으킬 수 있습니다. 이 때문에 이러한 자원은 종종 ‘더 쉬운’ 염수를 선호하여 무시되었습니다.
“우리 기술은 90%의 리튬 회수율을 달성하여 기존 방법의 거의 두 배에 해당하는 성능을 보여주며, 추출에 소요되는 시간을 수년에서 몇 주로 크게 단축합니다.”
또한 인공 증발지에서 염수가 증발하기를 기다리는 것보다 물 소비가 적습니다. 실제로 부산물로서 신선한 물을 생산하여 물을 소비하지 않습니다. 물이 부족한 지역에 많은 리튬 자원이 있는 경우, 이는 큰 차이를 만들 수 있습니다.
투자하기 리튬 및 배터리 기술
리튬이온 배터리는 이미 여러 차례 세계를 변화시켰으며, 사람들에게 첨단 전자기기를 언제든지 휴대하게 하고 전기로만 자동차에 동력을 공급하는 등 다양한 변화를 이끌었습니다.
이들은 다시 한 번, 혹은 다른 종류의 배터리를 통해 100% 재생 가능 전력망을 가능하게 하거나 충분히 높은 에너지 밀도에 도달하면 항공기의 전기화를 가능하게 할 수도 있습니다.
여러 증권사를 통해 배터리 관련 기업에 투자할 수 있으며, securities.io에서 미국미국, 캐나다, 호주, 영국, 그 외 다수 국가의 최고의 증권사 추천을 확인할 수 있습니다.
특정 배터리 기업을 직접 선택하고 싶지 않다면, Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X의 Lithium & Battery Tech ETF (LIT), 혹은 WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) 와 같은 바이오테크 ETF를 살펴볼 수 있으며, 이는 성장하는 리튬 및 배터리 산업에 대한 보다 다양화된 노출을 제공합니다.
또는 우리의 “배터리 금속 및 재생 에너지 광산 주식 Top 10”을 참고할 수 있습니다.
직접 리튬 추출 기업
RIO 가격 차트
리오 틴토는 광산업의 거대 기업(전 세계 2위)으로, 철 채굴뿐 아니라 구리, 알루미늄, 금, 우라늄 등에서도 강력한 입지를 가지고 있습니다.
리오 틴토는 특히 기니의 시만두 대형 철광 프로젝트와 몽골 역사상 가장 큰 프로젝트인 오유 톨고이 구리 광산을 통해 빠르게 확장하고 있습니다.
리오 틴토는 향후 5년간 전 세계 구리 공급 성장량의 25%를 차지할 것으로 예상됩니다.
(RIO )최근 리오 틴토는 리튬 대기업 Arcadium Lithium을 인수하며 리튬 채굴 분야에 대규모 진출을 했으며, 이 기업은 2023년 대형 리튬 생산업체인 Allkem과 Livent의 합병 결과로 세계 3위 리튬 생산업체가 되었습니다.
출처: Arcadium
이 합병으로 리튬 생산 및 가공 전 단계에 걸친 기업이 탄생했으며, Arcadium은 2028년 말까지 생산 능력을 두 배 이상 확대할 계획을 가지고 있습니다.
Arcadium 혁신
DLE
이번 인수와 관련해 “리오 틴토의 진정한 보상”이라고 묘사된 것은 Arcadium의 직접 리튬 추출(DLE) 기술입니다. Arcadium은 1996년부터 증발지와 결합하여 DLE를 연구해 왔으며, 최근 독립적인 추출 방법으로 상업적 실현 가능성을 크게 향상시켰습니다.
특히, Livent가 2023년에 ILiAD Technologies를 인수했습니다.
“ILiAD 기술 플랫폼은 우수한 리튬 선택 흡착제와 연속 역류층 처리 방식을 결합합니다”
“Livent는 세계 최고의 DLE 기반 생산 프로세스 실무자이자 최대 사용자이며, ILiAD가 DLE의 미래에 가져다줄 장점을 인식해 주어 기쁩니다.”
Arcadium의 장기적인 DLE 전문성과 ILiAD가 보유한 “다양한 조건에서 광범위한 리튬 함유 염수”가 리오 틴토가 Arcadium을 인수한 주요 이유로 보이며, 이는 리튬 시장의 순환적 특성으로 인한 낮은 평가와도 관련됩니다.
리튬 호일
Arcadium은 또한 배터리 성능을 향상하고 제조 비용 및 리튬 사용량을 줄일 수 있는 인쇄 가능한 리튬 호일 형태인 LIOVIX를 개발했습니다.
출처: Arcadium
리오 틴토의 친환경 프로필
Arcadium의 인수로 리오 틴토는 구리 추출 혁신을 이룬 벤처 Nuton.을 통한 광산 산업 혁신가 새로운 기술을 통해 채굴된 광석에서 구리 회수율을 훨씬 높일 수 있게 되었습니다.
리오 틴토의 알루미늄 생산은 저탄소이며, 이는 수력발전을 이용해 보크사이트를 알루미나로, 그리고 알루미늄으로 정제하기 때문입니다.
리오 틴토는 또한 최근 아르헨티나의 Ricon 프로젝트를 인수했으며 그리고 세르비아의 논란이 되는 Jadar 리튬 프로젝트 (잠재적으로 유럽 최대 리튬 프로젝트).
최근 인수와 신규 프로젝트 덕분에 리오 틴토는 핵심은 철 채굴업체이지만, 점점 더 친환경적인 프로필과 에너지 전환에 필요한 모든 금속, 특히 구리, 저탄소 알루미늄, 리튬 분야에서 강력한 성장을 보이는 기업으로 인식될 것입니다.
연구 참고:
1. Knierim, K. J., et al. (2024). 머신러닝을 이용한 남부 아칸소 Smackover 형성 염수의 리튬 자원 평가. Science Advances, 10, Article adp8149. https://doi.org/10.1126/sciadv.adp8149
