[기고] 희토류 개발, 막대한 환경 피해 고려해야
희토류는 요즘 유난히 국민적 관심이 높은 자원이다. 특히 북한 희토류에 대한 과장된 언론보도가 연이어 나오고 있는 실정이다. 하지만 북한 희토류는 정확히 어떤 상태이며 앞으로 개발 성공 가능성은 있는 것인가에 대한 보다 면밀한 검토가 필요하다.
먼저 희토류가 어떤 광물인지 간단히 살펴보자. 희토류 원소(rare earth element)는 17개 원소이다. 그 중 57번 란타넘부터 71번까지 15개 원소는 주기율표상에 나란히 늘어서 있는데 모두 란타넘과 비슷한 성질을 가지고 있다. 보통 다른 원소들은 주기율표상 양성자가 하나만 달라져도 성질이 완전히 바뀌는데 이 란타넘족 희토류 원소는 이처럼 성질이 거의 바꾸지 않는 특이한 금속 원소들이다.
그리고 이 희토류 원소는 의도치 않게 오해를 불러일으킬 만한 이름을 가지고 있다. 다시말해 드물다는 뜻의 稀(rare)가 붙어서 지구 표면에 찾아보기 힘들 것이라는 선입견을 심어준다. 그러나 이들 대부분의 원소는 전혀 희귀하지 않다. 이 원소들은 지구 표면에 제법 풍부하게 분포하고 있다. 우리가 잘 알고 있는 금속인 구리, 아연, 니켈, 코발트 따위와 거의 같은 양이 매장되어 있다. 다만 이 금속들은 한곳에 집중되어 분포하지 않고 채취하기에 적당할 만큼 집중되어 있는 곳을 찾기 어렵다. 그리고 정제하고 가공하는 과정이 약 20단계로 매우 어렵고 까다롭기 때문에 희토류라는 명칭을 쓰는 것이다.
희토류에 대한 관심이 급부상하게 된 계기는 2010년 센카쿠열도/댜오위다오 영토 분쟁 당시, 중국이 희토류 수출 중단 조치로 일본을 뒤흔드는 것을 바로 옆에서 생생하게 목격한 탓이다. 그 후로 10여년만에, 게다가 이번엔 미국을 상대로 한 중국의 희토류 카드 위력에 관심이 불붙기 시작했다. 불길은 한국 언론을 달궜고, ‘만약 중국이 희토류 카드를 사용할 경우 한국 경제가 어려움에 빠질 수 있다’는 분석 기사들이 몇 달째 계속되고 있다. 언론에서는 분명 희토류를 대단한 자원으로 기술하면서도, 정작 세계 10위권 규모의 한국경제에 어떤 영향력을 미칠지에 대해서는 자세한 설명이 없다. 결론부터 말하자면, 애초에 자세한 설명은 있을 수가 없다. 언론발 중국의 희토류 카드는 오해에서 비롯된 것이기 때문이다.
먼저, 중국의 한국 희토류 수출 금지가 미국, 일본, 한국 등 다른 나라에 어떤 현상을 발생시킬지 살펴보자. 2018년 글로벌 희토류 생산량은 16만 8천톤에 달한다. 글로벌 희토류 생산량의 절반에 가까운 약 44%는 중국에서 소비한다. 다음으로는 일본 27%, 미국 14%, 유럽 9%, 동남아시아 3%, 기타 3% 순이다. 즉, 한국은 기타 3%에 속하며 다른 나라에 비해 희토류 소비량이 많지 않다. 실제로 2018년 한국에서 소비된 희토류는 3,246톤, 금액으로는 약 810억원에 불과할 정도로 산업에서 차지하는 위상은 높지 않다.
게다가 중국산 희토류 대부분은 란타넘, 세륨 등 가격이 낮은 경(輕)희토류다. 이 원소들은 고부가가치의 소재 부품 제작에 사용되는 것이 아니라 연마제, 촉매제 등으로 사용될 뿐이다. 무엇보다 란타넘이나 세륨 같은 경희토류는 중국 아닌 다른 국가에서도 얼마든지 언제든지 수입이 가능하다. 사실상, 란타넘과 세륨은 전 세계적으로 공급 과잉 상태다. 중국 아닌 다른 곳에서 란타넘을 수입한다면 단지 가격이 더 높아지게 될 뿐이다. 따라서 중국이 희토류 수출을 금지 하더라도 미국이나 일본, 한국 경제에는 별다른 충격이 없다고 봐도 무방하다.
다만, 다음에서 언급하는 Nd영구자석에 필수적으로 들어가는 디스프로슘(重희토류의 일종)의 경우 현재 광산에서는 중국만이 공급이 가능하다. 일본은 재활용 기술을 통해 이것을 공급받을 수 있기 때문에 중국의 수출금지 영향력은 제한적일 수밖에 없다. 얼마전 미국 트럼프 대통령이 덴마크령 그린랜드를 매입하고 싶다는 의사를 보인 것은 이 중희토류가 그린랜드에 매장되어 있다는 것과 연관이 된다. 미국에서 얼마전 희토류 광산을 재가동했지만 重희토류는 미국에서 나오지 않는다.
두 번째, 글로벌 희토류 사용분야를 보자. 2018년 전 세계에서 생산된 희토류 기준, 1위는 Nd자석(Permanent magnets) 생산분야로 30%를 차지했다. 2위는 석유화학산업에서 촉매제로써 14%, 3위는 니켈수소전지 제작에 13%, 4위는 야금에 11%, 5위는 연마제로써 10%, 6위는 자동차 촉매제로써 8%, 7위는 형광체로써 5%, 8위는 기타 9%를 차지했다. Nd(네오디뮴)자석이 압도적인 1위다. 희토류를 가장 많이 소비하는 중국의 사용 분야도 글로벌 사용 분야와 크게 다르지 않다. 중국 내에서 소비되는 희토류의 44% 이상이 Nd자석 생산에 사용됐다. 압도적인 1위다. 2위는 석유화학 산업에서 촉매제로 18%, 3위는 연마제 17%, 4위는 야금 12%, 5위는 형광체 9% 등의 순이다. 2025년까지 중국 희토류 소비의 70%가 Nd자석 생산에 사용될 것으로 전망되고 있다.
Nd자석의 인기가 높은 이유는 일반 자석의 10배 이상의 자력으로 인류가 만들어 낸 자석 중 가장 강력한 자력을 자랑하기 때문이다. 또 크기가 작아져도 자력이 그대로 유지되고 제작도 쉽고 값도 싸다. 자연스럽게 스마트폰 등의 IT기기, 가전, 드론, 스쿠터, 킥보드, 전동공구, 방송용 장비 등 거의 모든 전자기기와 차량에 필수적으로 사용될 수 밖에 없다. 특히 전 세계 13억대 이상에 달하는 내연기관 차량을 전기자동차로 대체하기 위해 세계 모든 국가들이 박차를 가하고 있기 때문에 Nd자석의 수요도 가파르게 증가하고 있다. 희토류 산업에 있어서 Nd자석분야라는 거대한 강이 전기차 시장이라는 큰 바다로 흐르고 있는 것이다. “희토류는 Nd자석이다”라는 표현이 괜히 나온 것이 아닌 셈이다. 앞으로도 이러한 추세는 더욱 강화될 전망이다.
그런데 Nd자석을 만들기 위해서는 17개 희토류 원소 중에서 ‘프라세오디뮴,’ ‘네오디뮴, ‘디스프로슘’이 필수다. 특히, 디스프로슘은 100도 이상 고열에 견디는 Nd영구자석을 만들기 위해서는 반드시 필요한데 이것만큼은 중국이 아니면 희토류 광산에서 생산하는 곳이 거의 없다. 지금 세계 영구자석은 90% 가까이 중국이 공급하고 있고 나머지가 일본이다. 일본은 재활용 기술을 통해 디스프로슘을 공급받고 있을 뿐이다. 이 디스프로슘은 북한 희토류 광산에서 나오는 양이 너무 미미해 없는 것이나 다름없다.
지난 7월초 김경수 경남지사는 한 인터뷰에서 북한 희토류를 개발해 도내 부품·소재 산업 육성에 나서겠다고 말한 바 있다. 주지하다시피 일본의 경제통제 조치로 요즘 문제가 되고 있는 부품·소재 산업의 주원료는 희유금속이나 비금속 등 광물자원인 것은 맞다. 희토류 금속도 마찬가지이다. 연초 경상남도에서 개최한 ‘북한 광물자원 활용과 경제협력 대응을 위한 워크숍’에서 북한 희금속 활용방안에 대한 논의가 있었고 거기에서 북한 희토류를 이용한 영구자석 개발방안이 제시되어 김경수 지사가 그런 말을 한 것 같다. 그러나 북한의 희유금속이나 비금속 등 다른 광물자원은 몰라도 북한 희토류를 이용해 부품·소재 산업을 육성하겠다는 발상은 상당히 비현실적이라고 생각한다.
한국에는 Nd자석을 생산하는 기업이 단 한 곳도 없다. 일반자석을 생산하는 곳도 몇 개 안될 정도로 이 분야에 있어서는 불모지대나 다름없다. 특히 Nd자석을 만들기 위해서는 디스프로슘이 필수적으로 필요한데 중국 아니면 공급받을 데가 없고 중국이 공급해 줄 리도 만무하다. 북한 희토류 개발은 아직 요원하고 디스프로슘은 거의 나오지도 않는다. 이런 상황에서 우리나라가 영구자석을 개발한다는 것은 말처럼 그렇게 쉬운 일이 결코 아니다. 영구자석 기술 개발과 디스프로슘 재활용 기술 확보라는 두 개의 큰 산을 넘어야만 가능한 일이다.
그리고 한국은 희토류를 이용한 고부가가치의 부품·소재 등을 생산해내는 방식이 아니다. 중국이 생산한 각종 희토류 부품·소재 및 완제품을 수입해서 조립하거나 곧바로 판매하는 구조다. 따라서 중국이 희토류의 수출을 금지한다고 해도 한국에는 영향이 거의 없다. 만약 희토류를 해외로부터 대량 공급 받더라도 이를 활용할 수요처, 생태계, 배경 산업이 없다는 것이다.
그렇다면 왜, 한국은 희토류 부품·소재 산업이 발달하지 않은 것인가. 2000년대 후반까지도 희토류 국제시세는 헐값이나 다름 없었지만, 한국은 자체적으로 희토류 부품이나 소재를 개발하지 않았다. 대신, 희토류 부품·소재 후발 주자였기 때문에 빠른 사업 확장에 집중하기 위해 품질 좋고 완제품 조립 생산이 쉬운 일본의 부품·소재를 수입해서 쓰는 편을 택했다. 결국, 2000년대 중반, 희토류 응용 부품과 소재에 대한 한국과 일본의 기술 격차는 급격히 벌어졌고 한국은 해당 분야에서 경쟁력을 잃게 되었다. 2010년 이후, 중국이 급격하게 일본 기술과 장비를 확보해 나갔다. 이를 바탕으로 희토류 관련 고부가치 부품·소재 수출이 급격히 늘어나, 한국은 우리나라가 극복해 나가야할 과제임에는 틀림없다.
셋째, 희토류 개발은 반드시 환경문제를 동반한다. 희토류 금속 1톤 추출하는 데에 황산(Concentrated sulfuric acid) 사용으로 분진 농축물, 플루오르화수소산, 이산화황을 포함하여 6,300만리터의 독성 가스와 약 20만리터의 산성 폐수, 1.4톤의 방사성 물질 함유 폐수가 발생한다.
내몽골에 위치한 중국 최대의 희토류 광산, 바이윈어보 주변 11㎢ 지역의 토양, 지하수, 식물은 방사성 물질로 오염된 상태다. 광산에서 생성된 방사성 물질이 포함된 분진이 바람에 날아가 바이윈어보 시가지의 토양에도 축적된 것으로 밝혀졌다. 토양 상부의 10cm 층에서 토륨 축적이 확인되었고, 광산 주변에는 가축이 폐사하거나 농작물이 자라지 않는다. 주민 중에는 40세 이하에도 불구하고 치아가 모두 손실되거나 각종 질환에 시달리는 비율이 높다.
▲중국 최대 희토류 생산지 바이윈어보(Bayan Obo) 광산에서 제련 후 폐수를 무단 방류하는 장면 출처: China Foto Press.
이런 현상은 중(重)희토류 최대 생산지인 중국의 남부지방에서도 흔하게 나타나고 있다. 특히 후난성은 중국 제일의 곡창지대이지만 최소 40%가 넘는 농지가 오염물질로 뒤덮인 것으로 밝혀졌다. 물론 전적으로 희토류 개발에 의한 것만은 아니지만, 희토류 개발이 적지 않은 부분을 차지하고 있다. 중국 후난성과 붙어 있는 중국 최대의 중희토류 생산지인 장시성 간저우에서만 희토류 난개발로 파괴된 환경을 복구하는데 6조 7천억원이 소요될 것으로 추산될 정도다. 중국을 제외하고 희토류 최대의 생산국인 호주의 희토류 생산업체 라이너스(Lynas)도 희토류 생산 중 발생하는 방사성 폐기물과 폐수처리에 골머리를 앓고 있다. 따라서 희토류와 환경문제는 서로 뗄래야 뗄 수 없는 샴쌍둥이 같은 존재인 셈이다.
▲중국 남부지방 희토류 난개발 이후 폐수로 가득한 상태로 방치된 광산들 출처: Yale Environment 360.
그렇다면 왜, 언론에서는 그동안 중국의 희토류에 대해 엄청난 가치를 부여했을까. 그 오류의 원인은 의외로 간단하다. 국내 산업구조와 기술 발달에 따른 지난 10여년의 급격한 수요 변화를 파악하지 못했기 때문이다. 또 희토류 개발과 환경문제를 진중하게 보지 않았기 때문이다. 가장 큰 이유로는 이들에게 희토류의 실상을 알려줄 수 있는 전문가가 국내에 많지 않기 때문이기도 하다.
마지막으로 북한 희토류 개발의 문제점에 대해 살펴보겠다. 이 역시 최근 언론에서 매우 과장되게 언급되고 있고 북한 광물자원 관련 고위공직자나 일반 시민들 상당수가 북한 광물자원 하면 희토류 이야기부터 한다. 마치 북한 희토류가 황금알을 낳을 수 있는 거위처럼 언급되고 있어 냉정하게 분석할 필요가 있다.
북한 희토류 매장량은 2012년 북한의 발표 등을 통해 희토류 산화물 기준 4천 8백만톤으로 세계 2위 수준이라고 한다. 이러한 매장량에 대해서는 앞으로 검증을 통해 사실 여부를 밝혀야 할 것이지만 매장량으로 보면 전세계가 280년 사용할 수 있는 양이다. 그러나 북한 희토류 산화물의 평균 품위가 2011년 광물자원공사 발표 자료에 의하면 0.5~0.6%(평북 정주 룡포광산의 경우)로 매우 낮고 자료가 없는 곳이 많기 때문에 경제성이 있는지에 대해서는 의문이다. 중국과 경쟁하기 위해서는 평균품위가 5% 이상이 되어야만 한다는 것이 정설이다.
몇년전 남한의 홍천에서도 대규모 희토류 매장지가 발견되었다고 야단법석을 떤 적이 있는데 평균품위가 0.5%밖에 안 나와 경제성이 없다고 해서 개발을 포기한 적이 있었다. 설사 품위가 높게 나왔어도 환경문제 때문에 우리나라에서는 절대 개발이 불가능하다.
북한에서는 희토류 광산 개발과 제련에 오래전부터 많은 노력을 해온 것으로 보여 이에 따르는 기술축적은 상당한 것으로 보인다. 북한의 희토류 수출액은 2014년 190만달러에 달하기도 했으나 대부분 연도에는 매우 미미하거나 자료가 없는 실정이다. 우리나라에는 희토류 관련 기업이 전무하다시피 하다. 희토류는 원광에서 해당 금속 추출까지 보통 20단계를 거치는 복잡한 공정과 그에 따르는 기술이 필요한 분야이다. 그러한 경험을 가진 기업이 한국에는 없다.
2012년 호주의 모회사가 북한 정주의 희토류 개발권을 가지게 되었다며 그곳의 희토류 매장량을 2억 1천 6백만톤(세계가 1,270년간 사용할 수 있는 양)이고 그 가치가 몇천조원이나 된다고 과장해서 발표했다. 같은 해 북한 발표보다 13배나 많은 수치인데 이러한 근거없는 자료를 한국에서 여러 사람들이 인용하면서 북한 희토류에 대한 거품이 생겼다고 본다. 이 회사는 아마 투자자를 유인하기 위해 그런 뻥튀기를 한 것으로 보인다. 이러한 발표 뒤에 아무런 후속조치도 없었다. 이런 불확실한 자료에 속아서는 안된다.
북한 희토튜 개발에는 토양 오염, 수질 오염, 대기 오염, 방사능 오염 등 엄청난 환경파괴가 뒤따른다. 그에 비해 거기서 나오는 부가가치는 그다지 크지 않다는 것이 필자의 생각이다. 세계 희토류 생산양은 연간 16만 8천톤으로 금액으로 환산하면 5조~10조원 정도로 추산된다. 북한이 희토류 개발로 얻을 수 있는 경제적 이득이 크지 않다는 반증이다.
북한의 희토류 개발이 불러올 환경파괴는 우리 남한에게도 직간적접으로 아주 좋지 않은 영향을 미칠 수 있다. 북한 희토류 개발이 한반도에 미치는 환경재앙은 북핵보다 훨씬 심각해질 수 있다. 그래서 북한 희토류 개발은 경제성 여부를 떠나 우리나라 입장에서는 여기에 투자하거나 찬성해서는 안된다고 생각한다.
2012년 북한 발표에 의하면 북한의 4대 희토류 광산은 평북 정주 1,700만톤, 황해남도 청단 2,000만톤, 강원도 평강과 김화 1,100만톤으로 나와 있다. 이들 지역에서 대규모 희토류 광산이 개발되면 어떻게 되겠는가? 평북 정주는 서해 바다와 압록강에 인접해 있고 황해 청단은 서해와 남한의 인천에서 멀지 않은 곳이다. 이곳의 수질 오염이나 토양 오염, 대기 오염이 발생하게 되면 남한에 바로 피해가 온다. 강원도 평강과 김화 지역 희토류 광산은 휴전선과 아주 밀접해 있는 지역으로 이곳이 오염되면 그 오염된 물은 철원, 화천, 소양강 호수를 거처 한강으로 유입되기 때문에 수도권 식수 오염까지 발생할 수 있는 중대한 사항이다.
북한 광물자원 개발은 희토류 말고도 무궁무진하다. 철광석, 무연탄, 마그네사이트, 연·아연, 석회석, 구리와 금, 흑연, 규석과 규사, 인회석 등이 우선적으로 관심 가져야 할 광종들이다.
철광석을 예로 들어보면 남한의 연간 철광석 수입량은 약 8천만톤으로 10조원 정도 된다. 전세계 철광석 소요량은 약 15억톤으로 180조원 이며 그 대부분은 북한과 가까운 거리에 있는 중국, 한국, 일본에서 수입한다. 북한에는 현재 수십억톤에서 많게는 3백억톤 이상의 철광석이 매장되어 있는 것으로 알려져 있어 개발 가능성이 무궁무진하다. 철광석 개발은 환경에 미치는 악영향도 그렇게 크지 않다. 그리고 그 철광석을 이용해 제철소를 세우게 되면 북한에서 나오는 다른 광물자원인 석회석, 무연탄, 형석, 니켈, 몰리브덴, 크롬, 망간, 규석 등 많은 광물자원을 이용할 수 있어 그 부가가치는 천문학적으로 늘어난다.
한국의 광물자원 연간 수입액은 1차 가공제품인 비철금속을 포함하면 약 50조원에 이른다. 이들 광물자원 중에서 연료용 및 제철용 유연탄 등 몇 가지를 제외하고는 대부분 북한에서 공급이 가능하다. 희토류와 그 관련제품의 우리나라 연간 수입액은 약 2천억원으로 전체 광물자원 수입액의 0.4%에 불과한데 이에 대해 우리가 그렇게 과도한 관심을 가질 이유가 없다고 생각한다. 이상 이야기한 바와 같이 여러 가지 이유로 인해 희토류는 북한 광물자원 개발에 있어서 우리가 관심가져야 할 우선순위가 결코 아니다.
* 이 글은 국제전략자원연구원 김동환 원장님의 특강 ‘희토류의 실체와 허상’(한반도광물자원연구센터 7월 19일) 발표 자료를 바탕으로 하여 필자의 의견을 첨가하여 재구성한 것임을 밝혀둡니다. 이 글에 대한 반론과 이의제기는 언제든지 환영합니다.
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