산업기술/제조/경영

Nikkei Business_2017.2.6 특집 (p23~43)

스마트폰, EV에 먹구름
원소를 더 이상 살 수가 없다
자국우선주의가 부른 위기

세계 각국에서 자국우선주의가 거론되면서 원자재 조달에 위기가 찾아왔다. 필리핀발(發)의 니켈 공급 불안, 중국 기점의 리튬 값 폭등---. 생산지역이 편재되어있는 데다가 가둬놓고 독식하려는 자국우선주의로 인하여「원소(元素)」를 더 이상 살 수 없는 시대가 도래한다. 스마트폰부터 가전, 전기자동차 등의 생산에 이르기까지 암운이 짙게 드리워져 있다. 자원이 부족한 일본이「원소 쇼크」를 극복하기 위한 방법은 단 한 가지. 경쟁의 판을 바꾸는 이노베이션을 일으키는 것이다.

자국우선주의로 조달 위기 재연
Part 1. 니켈 공급 불안, 화약고는 필리핀

세계의 여기저기에서 「원소 위기」가 표면화되기 시작했다. 고갈의 염려는 거의 없는데도 가격이 폭등하는 이유는 왜일까? 그 발단은 정치에 있다. 니켈, 리튬, 동(銅), 인(燐)---. 원소가 모든 산업을 엄습하고 있다.

● 니켈 (Ni)
〈두테르테 정권에 의한 니켈의 반란〉
- 2016년6월 두테르테 정권 발족 후, 환경천연자원성 장관에 로페스 씨를 지명
- 9월 「3사가 기준위반이라고 발표」
- 2017년 2월 이후, 조업정지 명령이 나오면 → 단기적으로 니켈 가격 폭등
- 신규 광산의 개발이 계속해서 스톱되면 → 장기적으로 고품질 니켈 공급 불안

필리핀의 수도 마닐라에서 차로 약 5시간 북상한 장소에 있는 산바레스주(州)의 산타클루스(SANTA CLAUS). 니켈광산의 집적지로, 인구 5만 8천명의 작은 마을이다. 이곳에「필리핀의 트럼프」라고 불리는 로드리고 두테르테 대통령이 일으킨 혼란 때문에 세계의 자원 비지니스 관계자가 주목하고 있다. 「광산의 환경 문제를 명분으로 내걸고 니켈의 가격을 끌어올리려고 하고 있다」(자원전문 상사).

산타클루스 주변의 4개의 니켈 광산은 작년 여름 이후, 환경기준에 저촉된다는 이유로 정부로부터 조업을 금지 당한 상태이다. 희소금속의 일종인 니켈은 검붉은 갈색 지층의 노천에서 채굴된다. 철에 배합하면 내식성이 뛰어난 스테인레스가 된다. 키친 및 조리기구, 전철의 차체 및 자동차 부품 등에 폭 넓게 쓰이는 합금 중 하나이다. EV(전기자동차)의 전지용 전극제로써의 수요증가도 예상된다. 필리핀은 세계점유율의 약 20%의 세계최대 니켈 산출국이다.   

-- 두테르테 씨, 광산에도 “강수”를 두다 --
-- 니켈이 가진 2개의 시나리오 --

● 리튬 (Li)
-- 리튬 가격, 3.5배의 배경 --
스마트폰, PC, 가정용 축전지 등으로 폭넓게 이용되는 리튬이온전지. 이를 구성하는 여러 가지 부재(部材) 중에 리튬이 사용되고 있다. 리튬은 니켈과는 달리, LME등의 거래소에서 매매가 이루어지지 않는다. 생산업체와 사용자 및 상사가 직접 교섭을 통해 가격을 결정한다. 함수호 등은 지구상에 널리 분포되어 있어 고갈될 염려는 거의 없으나, 생산비용이 낮다는 이유로 생산국은 칠레, 볼리비아, 중국 등 5개국 정도로 한정되어 있다.

리튬이온전지의 세계시장은 2015년시점에서 약 2조1,000억엔이었으나, 차재(車載)로의 용도가 증가하여 2020년에는 1.5배가 늘어날 것으로 추산하고 있다(후지경제조사). 확실한 수요층이 예상되는 가운데, 작년까지 리튬의 가격은 안정적인 추이를 나타냈다. 칠레의 SQM 및 미국의 FMC리튬 등,「리튬 메이저」로 불리는 몇 개의 회사가 시장을 독점하고 있으며 대기업 고객과의 장기계약을 기반으로 가격을 결정해 왔다.

그렇다면 왜 1년 반 만에 가격이 3.5배나 뛰었을까? 대기업이 쥐고 있던 가격 결정의 메커니즘을 중국에게 빼앗겼기 때문이다. 중국정부는 2014년「환경대책」을 명목으로 EV의 생산과 구입에 고액의 보조금을 대기 시작했다. 구입에 대한 보조금은 중앙정부에서 약 100만엔, 그 외에 지방정부로부터도 지급되기 때문에, 상해 등에서는 약 200만엔 이상의 보조금을 얻을 수 있다.

판매 장려책의 진짜 목적은, 일본과 유럽, 미국에 뒤처진 자국 자동차 산업을 육성시키는데 있다. 거액의 보조금을 받고 있는 중국에서는 거대한 EV시장이 순식간에 형성되어 미국을 제치고 세계 최대시장으로 거듭났다. 그 동안 우후죽순처럼 EV벤처 및 배터리 벤처기업의 출현으로 EV제조에 없어서는 안 될 리튬을 둘러싸고 힘겨루기를 하는 상황이 되었다. 보조금으로 중국 EV시장이 확대됨에 따라 리튬의 가격도 폭등하게 되었다.

-- 차세대 배터리 개발에 암운 --
-- 농업에도「원소 위기」 --

● 인 (P)
농업과 어업도 원소와 관계가 없지 않다. 그 하나가 바로「인」이다. 농업용 비료에 없어서는 안 되는 원소이지만, 리사이클이 상당히 어려운 원소로 알려져 있다. 그것이 2가지의 문제를 만들어 냈다. 하나는 다른 희소 자원처럼 공급불안의 위기이다. 일본은 거의 인의 전량을 수입에 의존한다. 한 때는 2030년대에 세계의 인 광맥이 바닥을 들어낼 것이라는 예측도 있었지만, 조사기관의 예측도 수시로 바뀌어 사용자가 휘둘리고 있는 모양새이다.

또 다른 하나의 문제는 하수 등에 의한 호수나 늪의 부영양화이다. 생태계를 파괴하기 때문에 공해의 하나로 취급되고 있다. 국토교통성 등이 인의 회수를 위해 검토를 계속하고 있으나, 효과적인 기술은 아직 확립되지 않고 있다.

● 수소 (H) -- 차세대 자동차의 주역에서 탈락?
● 탄탈 (Ta) -- 대표적인「분쟁 광물」
● 플라치나 (Pt) -- 비(非)가스 매개의 대명사
● 터븀 (Tb) -- 점점 인기가 떨어진 비련의 원소
● 금 (Au) -- 올해의 금값은 반등할까?
● 니호늄 (Mh) -- 2016년 명명(命名)된「일본의 원소」

유비무환
Part 2. 조달 불안에 이기기 위한 3개의「쇼크요법」

자원이 부족한 일본은 지금까지 반복해서 조달 위기에 직면해 왔다. 그 위기를 계기로 신기술을 확립하여 세계 속에서 의지가 되는 일본 기업이 있다. 공통된 것은 항상 장기적인 시점에서 연구개발을 지속하고 있다는 점이다.

① 2010년 희토류(Rare earth) 쇼크
다이도특수강(大同特殊鋼)의 뚝심으로 중국 위기를 없애다

HV(하이브리드 차) 생산이 불가능하게 된다---. 2010년, 일본의 자동차업계가 패닉 상태에 빠졌다. 센카쿠 제도를 둘러싸고 일중관계가 긴장한 상태에서 중국정부가 희토류의 수출제한에 들어갔기 때문이다. 후에「희토류 쇼크」라고 불려진 사건이다.

● 지스프로시움 (Dy)
HV의 심장부라고 말할 수 있는 구동용 모터는 희토류 없이는 성능을 충분히 발휘할 수 없다. 모터 내부에는「네오짐」을 원료로 한 자석이 대량으로 사용되고 있다. 그 자력과 내열성을 높이기 위해서는「지스프로시움」을 첨가제로 배합시킬 필요가 있다. 지스프로시움의 90%는 중국산이다. 이것을 중국정부가 빌미로 삼아서 이용함으로써, 희토류 쇼크 당시의 지스프로시움의 가격은 1년만에 10배인 약 35만엔/kg으로 뛰어 올랐다.

많은 업체가 중국을 대신하는 공급원을 찾아 헤매는 동안, 독자적인 대책을 수립한 곳이 혼다(HONDA)이다. 지스프로시움을 전혀 사용하지 않는 모터의 개발에 돌입하여 세계 첫 실용화에 성공했다. 그 상징이 2016년 9월에 발매한 신형 미니밴「프리드(Freed)」이다. 연비에 비해 저렴한 가격으로, 발매 이후 등록 차의 월간 판매 랭킹으로 5위이내를 유지하고 있다.

-- 기술의 원류는 미국 GM --

② 2003년 니켈 쇼크
테슬러 EV를 서포트하는 스미토모 광산의 조달 능력

올해 1월 4일, 미국 테슬러 모터스와 파나소닉이 공동으로 운영하는「기가 팩토리(GIGA FACTORY)」(미국 네바다 주)에서 리튬이온전지의 양산이 시작되었다. 연간 생산능력은 35기가와트(기가는 10억) /h로 세계 최대급이다. 테슬러의 엘런 머스크 CEO(최고경영 책임자)는「EV(전기자동차)를 저렴하게 제공하기 위해 『기가 팩토리』는 없어서는 안 된다」라고 말한다.

기가 팩토리로의 원료공급에 중요한 역할을 담당하는 것이 비철금속의 대기업인 스미토모 금속광산이다. 당사는 일본 국내 유일의 전해 니켈 공장을 가동시키고 있다. EV용 리튬이온전지뿐만 아니라, HV용 전지에도 니켈은 없어서는 안 되는 중요한 원소이다.

Part1에서 본 것처럼, 필리핀의 정권교체로 인하여 니켈공급이 우려되고 있다. 필리핀의 환경규제 자체에서 조달이 지연될 염려가 있으며, 가격은 조달 위기와 더불어 폭등하고 있다. 그러나 스미토모 광산은 필리핀으로부터의 니켈 생산에 크게 영향을 받지 않는다. 이전부터 환경 관리 및 지역 공헌 등에 힘써왔기 때문이다. 안정된 공급의 강점을 지렛대로 삼아 자동차 각 사와의 관계를 강화시키려 하고 있다.

-- 중국으로부터 돌아선 자원 거물 --

③ 2012년 헬륨 쇼크
미쓰비시 전기의 장인 기술로 세계 첫 MRI가 완성

● 헬륨 (He)
원소 중에서도 가장 끓는 점이 낮으며(마이너스 269도),「초전도」에서는 필수 원소이다. 초전도는 극도로 낮은 온도에서 전지 저항이 제로에 가까운 현상을 가리키며, MRI 등의 의료기기에서도 없어서는 안 된다. MRI는 일반적으로 2,000리터 정도의 액체 헬륨을 내부에 흘려 보내어 초전도 코일을 그 안에 침투시켜 사용한다.

초전도를 이용한 의료기기의 세계수요의 증가에 따라, 헬륨의 수요는 2010년경부터 연율 5%이상으로 늘었다. 한편, 헬륨을 채취할 수 있는 가스전은 한정되어 있어, 수요가 그대로 늘면 비축이 바닥을 보일 우려가 있다.

헬륨쇼크에 위기의식을 높여 온 초전도 코일 제조업체 중의 하나가 미쓰비시 전기이다. 당사는 2013년 4월부터 헬륨이 필요 없는 초전도 코일을 만드는 프로젝트를 시작했다. 그리고 약 3년만에 당사는 세계 최초로 헬륨을 사용하지 않는 MRI의 시험제작에 성공하여, 2021년 이후의 사업화에 대비한다는 방침이다.

뒷산의 대나무 숲이 이노베이션의 보물창고로
Part 3. 살 수 없다면 만들어라! 현대판「연금술」

원소를 조달할 수 없다고 한탄하기만 한다면, 일본은 자원 빈곤국으로부터 벗어날 수 없다. 열쇠를 쥐고 있는 것은 흔하게 찾을 수 있는 원소에서 꿈의 신소재를 만들어 내는 기술이다. 그런「연금술」이 일본의 뒷산을 금맥으로 바꾸려 하고 있다.

카고시마현은 일본에서 대나무 숲의 면적이 가장 넓다. 특히 사츠마센다이(薩摩川内)시는 햇 죽순의 명산지이나, 관리하는 농가의 고령화에 의하여 90%의 대나무 숲이 방치되어 있다. 번식이 강한 대나무는 삼나무나 노송나무의 숲을 침식하여 성장을 방해한다. 이렇게 생태계를 무너뜨리는 대나무가 골칫거리였다. 여기에서, 이 번식 능력을 반대로 이용하여,「꿈의 소재」를 대량생산하는 시도가 시작되었다.

사츠마센다이시에 공장을 가지고 있는 추에츠 펄프(Chuetsu Pulp)공업과 연대를 맺고, 대나무를 원료로「세룰로스 나노 화이버(CNF)」의 생산에 들어간다. CNF는 종이의 원료인 펄프를, 나노미터(나노는 10억분의 1)단위까지 얇게 풀어서 만든다. 「포스트 탄소섬유」라고 불리는 신소재로써, 6월에는 연간생산능력 100톤의 전용 라인이 완성된다.

● 탄소 (C)
가장 친근한 원소 중 하나인 탄소를 잘 사용하여 부가가치를 높이는 것은 일본이 가진 장기이기도 하다. 탄소섬유의 생산 점유율에서 일본이 약 60%를 차지하고 있다는 것은 잘 알려져 있다. 뛰어난 강도와 열ㆍ전기의 전도율을 자랑하는 나노탄소소재 또한, 주로 일본에서 발견 또는 그 존재가 예측되었다. 오사카가스(Osaka Gas)가 극막의 탄소막「그래핀(graphene)」의 제조 비용을 반으로 줄이는 등, 실용화의 면에서도 세계를 리드하고 있다.

연금술이 아닌 연「탄소」술 중에서도, CNF가 차세대 소재로 각광받는 이유는 2가지가 있다. 먼저, 용도의 확장이다. CNF를 수지와 섞어서 굳히면 철의 5배의 강도, 무게가 5분의 1의 고성능 플라스틱으로 바뀐다. 투명해지는 특성은 디스플레이 용도로, 산소를 차단하는 능력은 포장재로써 기대를 받고 있다. 압력을 넣었을 때 순간적으로 유동성이 높아지는 특성을 살리면, 특수한 증점제(增粘劑)로도 사용할 수 있다.  

또 다른 하나는, 산업구조를 생산단계부터 바꿔나가는 잠재력이다. CNF의 원료는 광합성에 의해 만들어지는 셀룰로스. 화석 연료로 가공하여 제조하는 탄소섬유와는 다르게, 이론상으로는 식물이라면 모두 원료가 되는 것이다.

-- 일본제지는 4월부터 대량생산 --
-- 히타치 제작소가 발견한 신(新)합금 --

● 동 (Cu)
저가의 원소를 효율적으로 활용하여 희토류 원소를 대체해 비용절감으로 연결시키는 방법이 있다. 토호쿠(東北)대학 산하의 벤처기업인, 머테리얼 컨셉트(Material Concept)가 착안한 것은 인류가 가장 오랫동안 이용해 온 금속인 동이다. 태양전지에서는 발전한 전기의 도선으로써 은(銀) 페이스트를 기판에 도포한다. 일반적인 전선에 사용되는 동으로 대체한다면 비용절감이 가능하지만, 피복하지 않고 동을 사용하면 태양전지셀의 실리콘과 섞이는 등의 어려움이 따랐다. 따라서, 동에 비해 100배 정도 비싼 은을 사용할 수 밖에 없었다.

머테리얼 컨셉트는 어떤 금속산화물의 첨가 등으로 혼입을 방지하는 박막을 붙이는 기술을 고안해냈다. 그에 따른 제조 공정은 늘었으나, 셀의 가격은 최대 20%정도 내릴 수 있다고 한다. 산업혁신기구 및 다이와(大和) 증권계의 출자를 얻어, 1월부터 월 생산 7톤의 생산체제에 들어갔으며, 2018년에는 태양전지용 도선의 세계점유율 1%정도를 생산할 계획이다.

-- 신닛테츠스미킨 (新日鐡住金)이 안고 있는 위기감 --

일본 기업이 살 길
Part 4. 수비에서 공격으로의 원소 작전

채굴현장에서의 환경 오염으로 미국 애플의 위기감은 점점 더 커지고 있다. 강권적인 정치가는, 환경문제를 이유로 자국 내에 원소를 쌓아둔 체 외부로 반출하지 않고 있다. 일본은 지금이야 말로 세계에서 원소에 관한 환경기술을 활용할 때이다.

2016년 12월 1일, 미국 캘리포니아 주에 있는 애플 본사. 회의실에 모인 간부들은 한 일본연구원의 “강의”에 열심히 귀를 기울였다. 그는 희토류 연구에서 세계적으로 알려진 도쿄대 오카베(岡部) 교수이다. 애플이 오카베 교수를 초청한 이유는 스마트폰이나 태블릿 등, 당사의 IT기기에 사용되는 원소의 서플라이 체인(Supply Chain) 관리에 대한 불안감 때문이다. 애플은 세계의 공급자를 통해 플라치나 및 텅스텐 등, 주기율이 완성될 정도로 다양한 종류의 원소를 조달하고 있다. 그 원류인 채굴현장에서 지금 무슨 일이 일어나고 있는 것 일까? 강의에서의 초미의 관심사가 바로 이 부분이다.

아무리 강권적인 지도자라 할지라도, 자기 멋대로 자원의 공급량을 제어해 특정 국가에 압력을 가하거나, 가격을 올려 외화를 벌어들이는 것은 불가능하다. 따라서 어떤 형태로든 그에 상응하는 구실이 필요하다. 환경대책은 대의명분이 된다고는 하지만, 그대로 방치한다면 국제사회로부터 규탄을 받게 될 것이다. 세계적인 자국우월주의의 물결은 원소 획득에 있어서의 환경대책의 중요성을 더욱 높이게 될 것이다. 자원 부족으로 수입에 의존해 온 일본에게는 역풍이 불고 있다. 최근 1~2년간 상사 등의 계속된 시세 파악의 오류로 인하여 감손(減損)을 강행해야 할 상황에 이르렀다. 앞으로는 더욱 공급의 우려가 커짐에 따라, 조달 전략을 궁리할 필요가 있다.

-- 애플도 모르는 채굴현장 --
-- 비철금속은 리사이클 기술로 해외에 --

 -- 끝 --