리튬. 전기차 시대를 여는 물질이죠. 그래서일까요? 주식시장이 리튬 테마주 때문에 정말 혼탁합니다. 업무협약(MOU) 하나로 주가가 치솟고, 근데 알고 봤더니 사기극이라고 하고. 근데 이게 또 묘한 기시감이 있습니다. 어째 처음 본 구도가 아닌 것 같다는 거죠. 그래서 누군가는 리튬에 미치고, 또 누군가는 리튬을 사기라며 색안경을 끼고 보고요.

그래서 제대로 아는 게 정말 중요합니다. 저건 말이 되는구나. 이건 말이 안 되는구나. 이런 걸 스스로 판단할 수 있어야 한다는 거죠. ‘뻥카’인지 아닌지. 근데 우리 같은 일반인이 이런 정보를 접하기란 여간 어려운 게 아닙니다. 리튬 관련해선 변변한 분석 보고서가 있는 것도 아니고요.

그래서 ‘언더스탠딩(Understanding)’이 대방출 합니다! 장담컨대, 이 아티클만 보면 대한민국에서, 아니 글로벌리하게도 리튬 좀 안다고 큰소리칠 수 있습니다. 오늘의 주인공은 리튬! 우리나라가 확보한 첫 리튬 프로젝트인 아르헨티나 옴브레 무에르토(Hombre Muerto) 염호, 해발 4,000m 높이 고지의 현장감까지 더해서 가~ 보겠습니다.


◆2차 전지 뭐가 제일 중요하냐고?... '대체불가' 리튬!

먼저 알아야 할 건 이겁니다. 리튬, 넌 누구냐. 전기차 배터리의 주원료라는 것쯤은 누구나 다 알고 있죠. 근데 헛갈립니다. 우리나라 배터리 기업의 주력인 삼원계에 들어가는 니켈, 코발트, 망간도 있고. 음극재에 들어가는 흑연도 중요하다는데? 리튬만 특별히 중요한 건가? 네. 맞습니다. 무조건 리튬이 가장 중요합니다.



왜 그렇냐. 사실 전기차는 100년도 전에 있었어요. 1899년 벨기에의 까뮈 제나티란 인물이 로켓형 전기자동차를 굴려 세계 최초로 시속 100km를 돌파했습니다. 이후 1990년대 들어 전기차가 유행처럼 번지기도 했는데요. 한때 미국 전역에서 3만여대의 전기차가 운행됐다는 기록도 있습니다. 하지만 금방 내연기관차가 나오면서 전세를 역전당했고, 그 후 100여년간 지리멸렬하긴 했습니다만.

이유는 뭐 간단합니다. 전기를 충전해서 달려야 하는데. 마땅한 2차 전지가 없었던 겁니다. 그래서 멀리 못 가고 멈춰버리는 차. 수백 km를 가는 내연기관차를 이길 수가 없었죠. 1987년에 개봉한 ‘백 투 더 퓨처’란 영화에 니켈-카드뮴 전지를 쓴 전기차가 나오기도 했지만, 어디까지나 공상과학 영화 속이었습니다. 이 문제를 해결한 게 바로 리튬이온 전지입니다. 1985년 처음으로 모습을 드러냈는데요. 근본적 변화의 시작점이 바로 여기입니다. 얼마나 중요했으면 리튬이온 전지 발명하고 상용화한 사람들이 노벨상을 받았을까요.

2차 전지의 원리를 보면 리튬이 왜 핵심인지를 알 수 있습니다. 2차 전지는 양극(+)에 붙은 양극재-전해액-분리막-전해액-음극(-)에 붙은 음극재로 이뤄집니다. 리튬은 양극재에 들어가죠. 우리가 배터리를 충전하려고 콘센트에 꽂으면, 양극재에 있던 리튬이온이 전하를 붙들고 음극으로 열심히 달려갑니다. 이렇게 전지에 전기를 쌓아놓는 거죠. 그리고 배터리에서 전기를 뽑아 쓴다? 그러면 음극에 있던 전하를 붙들고 있던 리튬이온이 양극으로 뛰어오는 겁니다. 이게 이차전지 충전-방전의 원리죠.



양극재나 전해액, 분리막은 여러 물질로 대체가 됩니다. 양극재는 니켈-코발트-망간(NCM), 혹은 인산-철(LFP)로 만들기도 하고요. 음극재도 흑연에서 실리콘으로 넘어가는 추세고요. 전고체 배터리로 바뀌면 음극재도 리튬메달로 바뀌게 될 겁니다. 전해액도 전고체로 발전하고 있죠. 분리막도 사라질 가능성이 높고요. 근데 리튬은 바뀌지 않습니다. 전기를 들어 나르는 일을 리튬이 제일 잘하니까요. 특히나 전기차 배터리에서 리튬은 대체 불가능합니다.

왜 대체 불가능하냐. 누구나 다 화학 시간에 주기율표를 배웠죠? 수헬리베붕탄질산 칼카나마알아철... 리튬은 주기율표의 가장 왼쪽인 1족에 위치합니다. 1족에 위치는 원소는 반응성이 가장 좋습니다. 쉽게 말하면, 다른 원소랑 너무 잘 붙는다는 얘기입니다. 그래서 리튬은 자연계에 스스로 존재하지 않습니다. 항상 다른 뭔가에 붙어 있죠. 순수 리튬은 반응성이 너무 좋아서, 물에 닿으면 바로 폭발합니다.(여러분 그래서 리튬은 절대 만지면 안 됩니다!) 그래서 전기를 쉽고 빠르게 나를 수 있는 겁니다. 에너지밀도가 높은 것도, 출력이 좋은 것도 이 때문입니다.



그리고 원자번호는 3번. 이건 그만큼 가볍다는 얘기입니다. 금속 중에 가장 가볍고요. 기체인 산소보다도 가벼워요. 리튬보다 가벼운 원소는 수소와 헬륨뿐입니다. 전기차 배터리는 가벼워야 하죠?

물론 반응성이 좋은 다른 원소도 있습니다. 바로 1족의 나트륨. 물에 닿으면 폭발할 만큼 반응성도 좋고, 또 싸기도 하죠. 실제로 나트륨이온 전지도 있습니다. 다만 리튬보다 훨씬 무겁고, 에너지밀도도 낮아요. 그래서 나트륨은 전기차 배터리엔 못 쓰이고. 에너지저장장치(ESS)가 크고, 무거워도 되는 사막 태양광발전소 등에 활용이 될 거란 전망이 많습니다.

물론 나트륨을 배터리에 쓰기도 합니다. 리튬이온 전지가 좋긴 하지만, 너무 비싸죠. 지난해 한때 탄산리튬이 톤당 1억원에 육박하기도 했으니까요. 그래서 중국 CATL과 장화이자동차가 나트륨이온 전지를 장착한 전기차를 선보이기도 했죠. 싸다는 장점은 있지만, 주행거리가 아직은 250km에 불과. 아직 갈 길이 멀단 얘깁니다.

◆MOU 의미 없는 이유... 리튬 원재료 확보, 어렵다 어려워!

리튬이 이만큼 중요하다? 그러면 2차 전지 산업에 가장 중요한 게 뭘까요? 바로 리튬 원재료 확보입니다. 기술이고 나발이고 원재료를 확보해야 뭐라도 만들 수 있는 겁니다.

여기서 잠깐. 인동첨단소재니 뭐니 요즘 주식시장을 가장 달구는 게 바로 2차 전지 테마주입니다. MOU로 리튬 공급받기로 했다는 뉴스가 나오면, 당장 주가가 튀어 오르죠. 근데 MOU는, 정말 아무것도 아닙니다.

리튬 원재료를 확보하는 방법은 세 가지입니다. ①리튬 생산업체와 장기계약을 맺거나. ②상업생산에 성공한 리튬 프로젝트의 지분을 사서, 이 지분율에 맞게 리튬을 확보하는 오프테이크 계약을 맺는 방법. ③마지막으로 직접 개발 프로젝트에 돈을 넣어서 광권을 확보하는 것. 이 외에는 리튬을 확보하는 방법은 없다고 봐도 됩니다. 물론 아주 부분적으로 탄산리튬을 현물시장에서 사는 방법이 있긴 하지만. 그건 아주 일회적인 거니까요.

우리가 아는 대부분 업체는 일단 장기계약으로 리튬을 확보합니다. 뭐 사실 이게 가장 손쉬운 방법입니다. 리튬이 많이 필요한 배터리업체는 오프테이크 계약을 들고 있기도 하죠. 직접 광권을 쥐고 있는 경우는 그리 많지 않습니다. 우리나라에서는 포스코홀딩스 정도.