리튬에 투자하기: 녹색 미래를 위한 핵심 금속

리튬의 부상: 무명에서 전략적 금속으로

인류 역사의 대부분 동안 리튬은 실용적 용도가 거의 없어 크게 중요하지 않은 금속 화합물이었습니다. 존 구디너프 등이 리튬 이온 배터리를 발명하면서 상황이 달라지기 시작했습니다. 이 연구는 2019년 노벨 화학상을 받았으며 앞서 자세히 다뤘습니다.

이 기술은 초기 워크맨에서 오늘날 어디서나 볼 수 있는 스마트폰, 노트북, 태블릿에 이르기까지 소형 휴대용 전자기기의 폭발적인 성장을 가능하게 했습니다.

그러나 전기차가 등장하면서 리튬 이온 배터리는 중요한 기술에서 세상을 바꾸는 기술로 도약했습니다. 전기차에 상업적으로 유효한 주행거리를 제공할 에너지 밀도를 갖춘 것은 리튬 이온뿐이었습니다.

전기차 한 대에는 전자기기 수백 대 또는 수천 대 분량의 배터리가 들어갑니다. 따라서 운송의 전동화가 진행되면서 2010년대 중반 전기차 혁명 이전의 전체 배터리 생산량은 비교하면 역사적 각주처럼 보이게 됐습니다.

출처: Statista

오늘날 리튬 이온 기술은 더 빠른 충전, 더 높은 에너지 밀도, 더 긴 수명 등 더 나은 성능을 제공할 수 있는 여러 대체 화학 기술의 도전을 받고 있습니다.

나트륨 이온 배터리처럼 리튬을 완전히 배제하려는 선택지도 있지만, 많은 대안은 리튬 이온 배터리만큼 리튬 공급에 의존합니다. 여기에는 초내구성 고체 리튬 금속 배터리, 레이저 인쇄 리튬-황 배터리, 리튬-CO₂ 배터리, 리튬-인듐 배터리, 저온 내성 리튬 이온 배터리, 그래핀 리튬 이온 배터리 등이 있습니다.

출처: Flash Battery

결국 각 배터리 화학 기술마다 장단점이 있지만, 리튬은 여전히 고에너지 밀도 배터리의 핵심 구성 요소입니다.

출처: Lithium Harvest

전동화, 재생에너지, 화석연료 없는 미래에 투자하려는 사람에게 구리와 알루미늄 같은 다른 “녹색” 금속과 함께 리튬에 투자하는 것은 어떤 배터리 화학 기술이 최종 승자가 될지 추측하지 않고도 이 흐름에 참여하는 방법입니다.

왜 리튬은 타의 추종을 불허하는 배터리 성능을 제공하는가

리튬이 배터리 연구자들에게 인기 있는 이유는 독특한 전기화학적 특성 때문입니다.

리튬은 1817년 스웨덴 화학자들이 처음 발견했습니다. 원자번호가 3, 즉 원자핵에 양성자가 세 개뿐인 가장 가벼운 고체 원소입니다.

출처: Medium

리튬 원자는 크기가 작아 바깥 전자껍질에 전자가 하나뿐입니다. 이 전자가 다른 원자로 이동하면 원자 하나당 매우 큰 전위 변화가 발생합니다.

따라서 다른 원소가 다루기 쉽거나 저렴할 수 있어도 고성능과 높은 에너지 밀도를 갖춘 배터리에 가장 적합한 원자는 리튬입니다.

세계 리튬 시장과 주요 생산국

리튬은 어디에서 생산되는가? 주요 글로벌 생산자

세계 리튬 시장은 2024년 약 374억 달러 규모이며 2033년에는 1,640억 달러에 이를 것으로 예상됩니다.

2024년 리튬 생산량의 3분의 2는 광석 채굴에서 나왔으며, 상당 부분은 세계 최대 생산국인 호주의 스포듀민 광상에서 생산됐습니다. 중국에서도 이 방식이 주된 리튬 생산법입니다.

나머지 3분의 1은 일반적으로 지하에서 발견되는 광물질이 풍부한 염수에서 나옵니다. 이 방식의 최대 생산지는 이른바 “리튬 삼각지대”인 볼리비아, 아르헨티나, 칠레입니다.

출처: Lithium Harvest

그러나 확인된 최대 리튬 매장량은 리튬 삼각지대에 있어 이 지역이 향후 생산 증가 잠재력도 가장 큽니다. 세 나라는 합쳐 세계 리튬 매장량의 거의 50%를 차지합니다.

출처: UFine Battery

스포듐엔 및 경암 리튬 추출

스포듀민과 기타 리튬 함유 암석은 분쇄, 1,100°C(2,000°F) 소성, 산 및 화학 처리, 여러 막을 이용한 정제 등 복잡한 공정을 거쳐 처리됩니다.

출처: Pall Corporation

이 방식은 일반적으로 다른 리튬 추출법보다 복잡합니다. 하지만 광산업이 다른 광물 추출을 위해 개발한 방법을 사용하므로 규모 확대가 훨씬 쉽고 비용도 저렴합니다.

브라인(염수) 원천에서의 리튬

염수는 일반적으로 지하 대수층에 있는 광물질이 풍부한 물입니다. 리튬 함유 염수는 기후와 지질 조건이 리튬 농축을 돕는 사막 지역에서 주로 발견됩니다.

이 공정은 탄산나트륨과 석회 같은 시약이 필요해 일반적으로 더 비쌉니다. 이 화학물질들은 특별히 독성이 강하지는 않지만 염수 리튬 추출 비용의 큰 부분을 차지하며 경암 리튬 생산의 전체 비용과 거의 맞먹습니다.

출처: S&P Global Market

신흥 점토 기반 리튬 매장

세 번째 잠재적 리튬 공급원인 점토 광상은 분포가 더 고르기 때문에 자국 내 생산을 원하는 국가에 기회를 제공하며, 여러 신생 리튬 기업이 탐사하고 있습니다. 특히 1조 5,000억 달러 가치가 있을 수 있는 맥더밋 칼데라 리튬 광상을 보유한 미국에서 두드러집니다.

궁극적으로 강대국 경쟁과 전기차, 친환경 전력망, 재산업화 전반에서 커지는 리튬의 중요성은 국가 이익을 위해 기술적 문제나 지역사회의 우려를 넘어설 수 있습니다. 그렇다면 Lithium Americas Corp. (LAC )가 수혜 기업 중 하나가 될 수 있습니다.

“점토가 지표 가까이에 보존돼 많은 암석을 채굴할 필요가 없으면서도 아직 풍화로 사라지지 않은 최적의 지점을 찾은 듯하다.”

토머스 벤슨 – Lithium Americas Corporation 지질학자

배터리 등급 리튬 정제의 중요성

리튬을 어디서 채굴하는지만으로는 전체 상황을 알 수 없습니다. 리튬이 사용 가능한 제품으로 어디서 정제되는지도 중요합니다.

유리, 세라믹, 윤활유에 쓰이는 산업용 리튬은 순도가 낮아 비교적 쉽게 정제할 수 있습니다.

반면 배터리급 리튬은 최소 99.5%의 고순도이며 성능과 내구성을 높이기 위해 99.9%, 99.99%, 심지어 99.999%까지 정제하기도 합니다.

배터리급 순도를 달성하기는 더 어렵고 전문 인프라와 기술이 필요합니다. 현재 이 분야는 세계 리튬 공급량의 약 67%를 처리하는 중국 생산업체의 전문 영역입니다.

“우리 [서방]은 예전처럼 정제소와 전환 설비를 더 이상 건설하지 않는다. 중국 의존을 완전히 없앨 수 있다고 생각하는 것은 어리석다.”

Sarah  Maryssael– Chief strategy officer of Livent

중국과의 지정학적·무역 긴장이 커지면서 서방 국가들이 자체 리튬 공급망을 구축하려는 또 다른 이유도 여기에 있습니다.

“리튬은 단순한 원자재가 아니다. 에너지 독립, 기술 경쟁력, 기후 대응 역량이 하나의 광물 자원에 모두 담겨 있다.”

국제에너지기구, 핵심 광물 전망

2030년까지의 리튬 수요 전망

미래 리튬 수요의 원천

배터리급 리튬은 이미 가장 큰 수요처이며 2030년에는 전체 수요의 94%를 차지해 더욱 중요해질 것입니다.

출처: Lithium Harvest

이 수요는 연간 배터리 생산량이 1GW를 넘는 “기가팩토리”의 대규모 건설로 뒷받침될 것입니다. 북미와 유럽은 중국의 생산 능력을 따라잡기 위해 2022년 대비 각각 9배와 11.7배 성장을 추진하고 있습니다.

출처: Lithium Harvest

미래 수요를 좌우할 가장 중요한 요소는 전 세계에서 사용되는 배터리의 수량과 종류입니다.

전기차 수요도 물론 영향을 미칩니다. 충전망의 품질 역시 중요합니다. 충전소가 늘어나면 주행거리 불안이 완화돼 구매를 망설이는 사람을 설득하기 위해 500마일 이상 주행 가능한 대형 배터리팩을 사용할 필요가 줄어듭니다.

배터리 종류도 영향을 줍니다. 나트륨 이온 배터리의 에너지 밀도가 충분히 높아지면 적어도 저가 전기차 모델에서 리튬 배터리의 시장 점유율을 일부 가져올 수 있습니다.

아직 대량 생산과 보급이 이루어지지 않은 고체 배터리가 본격적으로 양산되면 자동차 전동화 추세가 크게 빨라질 것입니다.

마지막으로 중요한 요인은 대형 차량의 전기 구동계 도입입니다. 버스, 트럭, 트램, 기차, 심지어 선박 대부분이 전동화되면 배터리 수요가 크게 늘어날 것입니다. 미래의 Tesla (TSLA ) Semi는 일반 전기차보다 9~22배 큰 배터리팩을 탑재할 것으로 예상됩니다.

리튬 가격 변동성의 주요 원인

리튬 가격은 지난 10년 동안 큰 폭으로 오르내리며 변동성이 매우 크다는 평판을 얻었습니다.

출처: Benchmark Minerals

2023년 가격 급등은 신규 광산 가동이 느린 상황에서 수요가 공급보다 빠르게 늘어난 결과였습니다. 뒤이어 막대한 신규 생산 능력이 가동되고 전기차 보급 속도가 동시에 둔화되면서 가격이 급락했습니다.

그 이후 업계는 침체를 겪었고 많은 소규모 생산업체와 고비용 광산이 손실을 보고 있습니다.

그 결과 여러 증설 계획과 신규 광산 착공이 취소, 동결 또는 연기됐습니다. Rio Tinto (RIO )의 세르비아 Jadar 프로젝트처럼 인허가 문제와 주민 시위도 향후 예상됐던 신규 생산 능력을 줄였습니다.

낮은 리튬 가격과 리튬 기업 주가 하락이 2년간 이어진 뒤 시장은 새로운 공급 충격에 점점 더 노출되고 있습니다. 2029년 한 해의 공급량이 2015~2022년 채굴량을 모두 합친 것보다 많아질 것으로 예상되지만, 수요가 기본 시나리오에 가까울 때만 공급이 충분할 것입니다.

출처: Lithium Harvest

전기차 보급의 재가속, 대형 차량의 빠른 전동화, 전력망용 대규모 배터리 단지 수요 증가는 모두 리튬 가격의 반등을 일으킬 수 있습니다.

관세가 리튬 시장에 미치는 영향

현재까지 트럼프의 관세가 리튬 가격에 미친 영향은 크지 않았습니다. 중국의 산업 지배력이 강하지만 희토류 같은 다른 광물만큼 압도적이지는 않기 때문입니다.

따라서 미국 전기차 제조업체는 필요하면 다른 국가에서 리튬을 조달할 수 있습니다. 다만 배터리를 직접 생산해야 하며, 흔히 그러듯 중국에서 완제품 배터리를 수입하는 경우에는 해당하지 않습니다.

관세는 적어도 미국에서 배터리 생산에 간접적인 영향도 줄 수 있습니다. 중국이 희토류 수출을 제한해 보복하면 미국의 전기차와 배터리 생산이 훨씬 어려워질 수 있습니다. 중국 밖에서 희토류 공급망을 재건하는 데는 5~15년이 걸릴 수 있습니다.

다른 배터리 부품도 마찬가지입니다. 예를 들어 세계 양극재의 80%와 음극재의 90% 이상이 중국에서 생산됩니다. 이들은 배터리의 두 전극입니다.

리튬 추출과 재활용의 혁신

직접 리튬 추출(DLE) 기술

일반적인 리튬 농축법은 증발 및 광물 농축에 의존합니다.

반면 직접 추출은 선택적 공정으로 리튬 원자를 표적으로 삼습니다. 여러 방법으로 수행할 수 있습니다.

• 전용 물질이 리튬을 물리적으로 흡착하는 흡착 기반 DLE.
• 리튬을 양이온과 교환하는 이온 교환 기반 DLE.
• 유기 액체 용매가 염수에서 리튬을 흡수하고 녹이는 용매 추출 기반 DLE.
• 최근 발표된 또 다른 방법인 EDTA 보조 느슨한 나노여과(EALNF)를 이용한 리튬 추출.

출처: Lithium Harvest

전체적으로 직접 리튬 추출은 화학물질 없이 훨씬 적은 에너지로 추출할 수 있게 해 업계의 판도를 바꿀 수 있습니다.

최근 Rio Tinto에 인수된 Arcadium은 1996년부터 증발지와 함께 직접 리튬 추출(DLE)을 연구해 왔으며, 최근 이를 독립적인 상업 공정으로 실현하는 데 큰 진전을 이뤘습니다.

Arcadium은 또한 2023년 “다양한 조건에서 광범위한 리튬 함유 염수”를 처리하는 선택적 흡착제를 개발하던 ILiAD Technologies를 인수했습니다.

아직 대부분 이론에 머문 또 다른 방법은 전기화학적 리튬 추출입니다. 강력한 전류를 이용해 염수 속 다른 광물에서 리튬을 분리하는 방식입니다.

염수에는 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨 등 이온 크기와 전하가 비슷한 다른 광물이 많습니다. 리튬만 완전히 선택하려면 공정을 여러 번 반복해야 하므로 이온 특성만 이용하는 방법은 어렵습니다.

대안으로 전류를 사용할 수 있지만 염수에는 염화물 이온이 많고, 리튬을 분리하는 기존 전기화학 공정에서 이것이 독성이 매우 강한 염소 가스로 변할 수 있습니다.

할로겐으로도 불리는 염소 가스는 제1차 세계대전에서 전투용 가스로 사용됐습니다. 전기화학적 리튬 추출 과정에서 염소 가스가 생성되는 문제는 지금까지 기술의 상용화를 막았습니다.

그러나 Rice University가 개발한 3실 전기화학 반응기는 이 방법을 경제적·산업적으로 실현할 길을 열 수 있습니다.

미래 공급에서 배터리 재활용의 역할

배터리 생산량이 늘어날수록 폐배터리는 새 배터리를 만들기 위해 “채굴”할 수 있는 잠재적 자원 풀이 됩니다.

지금까지 배터리 재활용은 미흡했고 리튬 이온 배터리의 일부만 재활용됐습니다. 그러나 상황이 바뀌면 신규 또는 확장 광산에서 요구되는 미래 리튬 수요에 큰 영향을 줄 수 있습니다.

최근 연구에 따르면 재활용률이 낮은 고수요 시나리오에서는 2050년까지 최대 85개의 신규 리튬 광상을 추가로 개발해야 합니다.

하지만 더 작은 배터리와 광범위한 세계 재활용을 촉진하는 정책을 시행하면 필요한 신규 광산을 15개까지 크게 줄일 수 있습니다.

투자자는 향후 수십 년의 실제 리튬 수요를 판단하기 위해 전기차 보급률과 신규 광산 가동뿐 아니라 배터리 재활용의 성장도 살펴야 합니다.

리튬과 배터리 기술에 투자하기

리튬 이온 배터리는 첨단 전자기기를 어디든 휴대하게 하고 자동차를 전기로만 움직이게 하는 등 이미 여러 차례 세상을 바꿨습니다.

에너지 밀도가 충분히 높아지면 100% 재생에너지 전력망을 가능하게 하거나 항공기를 전동화해 리튬 이온 또는 다른 종류의 배터리가 세상을 다시 바꿀 수 있습니다.

여러 중개업체를 통해 배터리 관련 기업에 투자할 수 있습니다. Securities.io에서 미국, 캐나다, 호주, 영국 및 여러 국가의 추천 중개업체를 확인할 수 있습니다.

특정 리튬 또는 배터리 기업을 직접 고르고 싶지 않다면 Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X의 Lithium & Battery Tech ETF (LIT), WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ) 같은 ETF로 성장하는 리튬 및 배터리 산업에 더 분산해 투자할 수 있습니다.

또는 “상위 10개 배터리 금속 및 재생에너지 광산 주식”을 참고할 수 있습니다.

주요 리튬 광산 및 배터리 기술 주식

Rio Tinto: 리튬과 그 밖의 분야를 아우르는 대형 기업

Rio Tinto는 세계 2위 광산 기업으로 철광석뿐 아니라 구리, 알루미늄, 금, 우라늄 등에서도 강한 입지를 갖고 있습니다.

Rio Tinto는 특히 기니의 Simandou 초대형 철광석 프로젝트와 몽골 역사상 최대 사업인 Oyu Tolgoi 구리 광산을 통해 빠르게 확장하고 있습니다.

Rio Tinto는 향후 5년간 세계 구리 공급 증가분의 25%를 담당할 것으로 예상됩니다.

최근 대형 리튬 생산업체 Allkem과 Livent가 2023년 합병해 탄생한 세계 3위 리튬 생산업체 Arcadium Lithium을 인수하면서 리튬 광산 부문에 대대적으로 진출했습니다.

출처: Arcadium

합병으로 리튬 생산과 처리의 모든 단계에 참여하는 기업이 탄생했습니다. Arcadium은 2028년 말까지 생산 능력을 두 배 이상 확대할 계획이었으며 이제 Rio Tinto가 이를 추진합니다.

Arcadium의 직접 리튬 추출(DLE) 기술

이번 인수에서 “Rio Tinto의 진짜 보상”으로 불린 것은 Arcadium의 직접 리튬 추출(DLE) 기술입니다. Arcadium은 1996년부터 증발지와 DLE를 결합해 연구해 왔으며, 최근 독립적인 상업 공정으로 실현하는 데 큰 진전을 이뤘습니다.

특히 Livent는 2023년 ILiAD Technologies를 인수했습니다.

“ILiAD 기술 플랫폼은 우수한 리튬 선택성 흡착제와 연속 역류식 베드 처리를 결합합니다.”

“Livent는 DLE 기반 생산 공정 분야에서 세계 최고의 실무 경험과 최대 사용 규모를 갖춘 기업입니다. Livent가 ILiAD가 DLE의 미래에 제공하는 이점을 인정한 것을 기쁘게 생각합니다.”

Arcadium의 장기적인 DLE 전문성과 ILiAD가 처리할 수 있는 “다양한 조건의 광범위한 리튬 함유 염수”는 리튬 시장의 순환성으로 인한 낮은 가치평가와 함께 Rio Tinto가 Arcadium을 인수한 주요 이유로 보입니다.

장기적으로 전기화학적 리튬 추출이 흡착제 기반 방식을 대체할 수 있지만, DLE가 미래의 주요 추출법이 된다면 규모를 확대한 경험은 어떤 경우든 큰 자산이 될 것입니다.

인쇄형 리튬 포일(LIOVIX) 개요

Arcadium은 배터리 성능을 높이고 제조비와 리튬 사용량을 줄일 수 있는 인쇄형 리튬 포일 LIOVIX도 개발했습니다.

출처: Arcadium

Rio Tinto의 광범위한 녹색 금속 및 배터리 사업

Arcadium 인수와 Nuton 사업을 통해 구리 추출법을 개선하는 기술 부문이 결합되면서 Rio Tinto는 광산업 혁신 기업으로 확고히 자리 잡았습니다.

Nuton의 신기술은 채굴 광석에서 훨씬 더 높은 비율의 구리를 회수할 수 있게 합니다.

보크사이트를 알루미나와 알루미늄으로 정제할 때 수력발전을 사용하기 때문에 Rio Tinto의 알루미늄 생산은 저탄소 방식입니다.

Rio Tinto는 다른 리튬 프로젝트에도 투자해 최근 아르헨티나 Rincon 프로젝트와 세르비아의 논란 많은 Jadar 리튬 프로젝트, 유럽 최대 규모가 될 수 있는 사업을 인수했습니다.

최근 인수와 신규 프로젝트를 감안하면 Rio Tinto는 핵심적으로는 여전히 철광석 기업이지만 친환경적 성격이 강해지고 에너지 전환에 필요한 금속, 특히 구리, 저탄소 알루미늄, 리튬에서 높은 성장을 보이는 기업으로 평가해야 합니다.

따라서 Rio Tinto는 변동성이 큰 리튬 가격뿐 아니라 더 안정적인 알루미늄과 구리 판매를 통해서도 에너지 전환의 수혜를 받을 수 있습니다.

Albemarle Corporation: 세계 최대 리튬 전문 생산업체

리튬에 더 집중된 주식을 원하는 투자자에게 Albemarle은 염수 및 스포듀민 기반 리튬을 모두 제공하는 세계 최대 리튬 생산업체입니다.

출처: Albemarle

리튬과 함께 생산되는 화학물질로는 산업용 수처리에 사용되는 브롬과 난연제가 있습니다. Albemarle은 석유화학, 정유, 특수화학 분야의 주요 생산업체에 첨단 촉매 솔루션을 제공하는 Ketjen도 보유합니다.

출처: Albemarle

회사의 최대 사업 부문은 에너지 저장, 즉 배터리급 리튬이며 특수화학과 Ketjen이 뒤를 잇습니다.

출처: Albemarle

Albemarle은 남아메리카, 호주, 미국에 광산을, 미국, 중국, 독일에 정제소를 운영합니다.

출처: Albemarle

낮은 리튬 가격 때문에 회사는 확장 계획 대부분을 보류하고 현금을 절약하기 위해 2023년 이후 성장 자본지출을 13억 달러 이상 줄였습니다.

또한 에너지 효율 개선과 관리 단계 축소 등 비용 구조 개선, 수율 향상과 공장 증산, 공통 ERP 플랫폼 등 생산성 제고로 최대 4억 달러를 절감하려 합니다.

이러한 개선을 통해 회사는 2025년에 잉여현금흐름 손익분기점에 도달할 것으로 예상합니다.

출처: Albemarle

회사는 2024년 구매 전력의 24%를 재생에너지에서 조달하고 포괄적인 제품 탄소발자국(PCF) 측정 체계를 개발하는 등 환경 성과도 개선하려 합니다.