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이번 편에서는 현대 군사기술에서 필수적인 전략 자원으로 꼽히는 리튬에 대해 알아보겠습니다.
리튬은 가벼우면서도 높은 에너지 밀도를 가진 금속으로,
배터리 기술을 포함한 다양한 군사적 분야에서 핵심적인 역할을 하고 있는데요.
리튬 자원이 군사 장비에 가져온 엄청난 변화를 지금부터 살펴보시죠!

현대 무기 체계는 희토류·티타늄·리튬 같은 고부가 광물에 절대적으로 의존하고 있습니다. 무기 자체보다 무기를 만드는 재료가 중요해진 것인데요. 그중 ‘21세기 석유’로 불리는 리튬은 현대 군사력의 핵심 요소로 꼽힙니다. 리튬의 특성을 통해 그 이유를 알아봅시다.

리튬은 가볍습니다. 세계에서 가장 가벼운 금속이죠. 따라서 리튬으로 군사장비를 만들면 무기 체계, 장갑차, 드론, 전투기 등에서 기동성을 향상할 수 있습니다.

리튬은 또 다른 특징은 에너지 밀도가 높다는 점인데요. 리튬이온배터리는 전통적인 납축전지보다 에너지 저장 용량이 무려 3~5배는 많아, 군사장비의 작동 시간을 획기적으로 연장할 수 있습니다. 그뿐만 아니라 충전 속도도 개선할 수 있어 효율적 전력 공급이 가능하고요.

또, 리튬은 수명이 길어 군사작전 시 유지 보수가 용이합니다. 자주 충전하지 않아도 장시간 사용이 가능해, 전투 지속 능력을 향상할 수 있습니다.

마지막으로 리튬은 안정성을 갖고 있습니다. 군용 장비는 극저온과 고온 등 다양한 환경에서 운용되는데, 리튬 기반 배터리는 이러한 극한 환경에서도 안정적인 성능을 발휘할 수 있는 것이죠.

그렇다면 리튬은 실제 군사 분야에서 어떻게 활용될까요? 첫 번째, 군용 배터리 및 전력 시스템입니다. 군대가 전기 기반 장비에 더욱 의존하면서 리튬이온배터리는 군사 작전에 필수 요소가 됐습니다. 리튬이온배터리가 기존 배터리보다 가볍고 충전 효율이 높으면서도 휴대성이 뛰어난 전력 공급 체계를 구축한 것입니다.

다음은 차세대 로봇 병기입니다. 엔진이 장착된 로봇 병기 대신, 리튬이온배터리로 로봇 병기를 가볍게 만들고 전원을 안정적으로 공급하는 것이죠. 실제 미군의 경우, 군인들이 착용할 수 있는 리튬이온배터리 전력 시스템을 도입해 전투 지속력을 강화하고 있습니다.

세 번째는 군용 차량의 스텔스성*입니다. 엔진이 장착된 모든 장비는 소리가 크게 나는 반면, 리튬이온배터리가 장착된 군용 차량은 전장에서 정숙성을 유지해 스텔스성 향상에 기여할 수 있습니다. 또, 리튬이온배터리는 열 발생을 최소화해 야간 탐지에서도 피탐 능력을 향상시킵니다.

*스텔스성 : 적군의 다양한 탐지수단에 들키지 않는 군사 기술

리튬은 드론과 무인 항공기에 혁신을 가져올 수 있습니다. 리튬이온배터리가 장착된 무인기는 장시간 비행을 할 수 있고, 전장 감시와 정찰 능력을 극대화할 수 있거든요.

이뿐만 아니라 잠수함과 전기 추진 시스템에도 리튬은 혁신을 가져왔는데요. 기존 납축전지보다 경량화되고 충전 속도가 빠르며 잠항 시간을 크게 늘릴 수 있죠. 실제 일본 해상 자위대는 소류급 잠수함에 세계 최초로 리튬이온배터리를 도입해 장시간 잠항이 가능하도록 개선했고, 독일의 212A급 잠수함도 연료전지-리튬 배터리 하이브리드 시스템을 활용하고 있습니다. 우리 해군도 차기 3000톤 급 이상 잠수함에 리튬이온배터리 탑재 계획을 가지고 있는 것으로 알려졌습니다.

극초음속 무기와 첨단 미사일 시스템에서도 리튬은 굉장히 중요합니다. 리튬이온배터리는 유도 미사일, 극초음속 무기, 레이저 무기 등의 전력 공급 장치로 사용될 수 있습니다. 또, 레이저 무기와 레일건과 같은 차세대 무기의 고출력 전력 공급원으로도 연구 중에 있고요.

군사 분야에서 그야말로 ‘만능템’인 리튬은 전략적 광물로 분류돼 국가 간 공급망 경쟁이 치열한데요. 현재 전 세계 리튬 생산은 호주, 칠레, 아르헨티나, 중국 등 일부 국가에 집중돼 있습니다.

특히 중국은 리튬 가공과 배터리 생산에서 절대적인 우위를 차지하고 있습니다. 전 세계 공급량의 70%에 달할 정도로요. 문제는 중국이 서방 국가와의 군사 경쟁에서 리튬을 무기화할 가능성이 있다는 점입니다. 이런 이유로 최근 미국은 우크라이나와 광물 협정을 맺으려고 하고 있는데요. 우크라이나의 리튬 매장량은 약 50만 톤으로 유럽 최대를 자랑하죠.

미국, EU, 그리고 우리나라는 리튬 공급망을 확보하고자 자원 외교를 강화하고 있습니다. 우리나라 역시 공급망 안정화와 기술 고도화에 전력을 다하고 있죠. 포스코홀딩스는 북미 리튬 공급망 구축을 위해 국내 기업 최초로 북미 현지에서 *‘리튬직접추출(DLE, Direct Lithium Extraction) 기술’ 실증 사업에 나서고 있습니다.

*[관련기사] 포스코홀딩스, 美 현지서 리튬직접추출(DLE) 실증 추진… 북미 리튬 공급망 구축 속도 낸다

이를 통해 알 수 있는 건, 리튬이 현대 군사력의 핵심 요소라는 점입니다. 앞으로도 전투 지속력과 첨단 무기 개발에 중요한 역할을 하게 될 거고요. 그만큼 리튬이 우리에게 필수적이고 전략적인 자원으로 다가왔다는 것, 이제 잘 아시겠죠?

▼리튬의 군사적 활용 분야를 영상으로 만나보기

리튬이 세상에서 가장 가벼운 금속이란 사실, 알고 계셨나요? 그러나 존재감은 그 반대죠. 요즘은 모두들 리튬에 주목하고 있으니까요. 대중과 과학의 연결고리 역할을 하는 과학 커뮤니케이터 궤도와 함께 리튬의 등장과 발전, 이를 둘러싼 치열한 패권 경쟁 등을 살펴보며 리튬의 미래를 전망해 보겠습니다.

리튬은 자율주행차, 노트북, 스마트폰, 휴머노이드 로봇, 드론과 차세대 항공기 등 다양한 첨단 기기를 움직이는 배터리의 필수적인 원료로, 무게와 에너지 효율성을 동시에 갖춘 경량화된 배터리의 핵심입니다. 현대 사회의 에너지 저장과 공급에 필수적인 핵심 요소인 리튬은 앞으로의 기술 혁신에서도 큰 잠재력을 지니고 있습니다. 리튬이 앞으로 어떤 역할을 하게 될지 예측하려면, 먼저 리튬의 기원과 특성을 알아야겠죠?

19세기 초, 스웨덴 화학자 요한 아우구스트 아르페드손이 스웨덴의 ‘우퇴 광산’에서 채굴된 페탈라이트라는 희귀 광물을 가지고 다양한 화학 반응을 실험하면서 광물 속에서 이전에 본 적 없는 성분, 리튬을 발견합니다. 기존 알칼리 금속들과 달리 매우 가볍고, 물과 만나면 강한 화학 반응성을 가진 원소였죠. 실험에 참가한 화학자들은 이 새로운 원소에 그리스어 ‘리토스’에서 딴 ‘리튬’이라는 이름을 붙였습니다.

그 후 리튬은 19세기 말부터 20세기까지 여러 산업 분야에서 만능 해결사로 활동합니다. 예를 들어, 유리 세라믹을 만들 때 추가하면 더 튼튼하고 투명한 그릇을 만들어 줬고, 윤활유와 섞으면 쉽게 변질되지 않아 탱크나 항공기 엔진 등 극한의 환경에서도 성능을 오랫동안 유지할 수 있게 해줍니다. 또 우주선 내부의 이산화탄소 제거 필터 소재나 우울증과 양극성 장애 치료에도 사용됐습니다.

본격적으로 리튬이 주목받게 된 계기는 ‘리튬이온배터리’의 등장입니다. 배터리라는 새로운 무대에 선 리튬은 가벼우면서 강력한 에너지를 저장할 수 있다는 특성이 극대화됐는데요. 2019년 리튬이온배터리 연구가 노벨 화학상을 수상하며 과학계와 산업계 모두에서 혁신성과 가치를 인정받기도 했죠. 가볍고 오래가고 충전도 빠른 배터리 기술이 완성되면서 우리 일상생활과 산업환경은 매우 크게 변화했습니다.

리튬이온배터리는 리튬이온이라는 셔틀버스가 양극과 음극이라는 정거장 사이를 끊임없이 왕복하며 전력을 실어 나르는 것과 같은 원리입니다. 음극으로 이온이 몰리면 충전 상태가 되고, 양극 쪽으로 몰리면 방전이 일어나는 셈이죠. 이 과정에서 리튬의 특성 덕분에 빠른 충전과 효율적인 전력 저장이 가능해지는데요. 니켈수소배터리나 납축전지에 비해 저장 효율이 뛰어나고 충전 시간이 짧아, 스마트 기기와 전기차 등에 더 적합합니다.

리튬이온배터리는 저렴하면서도 안정성이 뛰어난 LFP 배터리와 고용량, 고성능을 자랑하는 삼원계 배터리 등 여러 종류가 있는데요. 필요한 거대한 에너지가 효율적으로 저장 방출되는 리튬이온배터리의 등장에 리튬은 지속가능한 미래 시대의 핵심 동력으로 자리 잡고 있습니다. AI 발전에 따라 고성능과 경량화된 배터리의 필요성이 커지고, 헬스케어 기기나 AI 기기에서도 핵심 요소로 작용할 전망입니다.

리튬 기반 배터리는 AI와 드론, 차세대 항공기, 우주 개발 분야뿐만 아니라 날씨와 시간에 따라 출력이 달라지는 태양광과 풍력 등 신재생 에너지 분야에서도 필수적인데요. 실제 글로벌 리서치 기관들은 ESS 시장이 매년 평균 20~30%씩 빠르게 성장해 향후 2030년까지 최소 몇 배 이상 성장할 것으로 보고 있어, 리튬 기반 배터리는 미래 에너지 체계를 뒷받침하는 핵심 자원으로 자리 잡게 될 예정입니다.

더 가볍고 안전하고 에너지 밀도가 높은 차세대 배터리 기술도 개발 중입니다. 대표적으로 리튬황 배터리와 전고체 배터리를 꼽을 수 있는데, 리튬황 배터리는 양극에 황탄소복합체, 음극에 리튬메탈을 사용해 높은 에너지 밀도를 기대할 수 있습니다. 전고체 배터리는 액체 전해액 대신 고체 전해질을 사용해 폭발 위험을 줄일 수 있고, 흑연 음극제 대신 리튬 메탈 음극제를 도입해 에너지 밀도를 높일 수 있다는 점이 획기적입니다. 차세대 배터리가 상용화되면 기존 배터리보다 리튬 사용량이 20~40%  가량 증가할 것이고, 이는 국가 국가 전략 자원으로서 리튬의 가치가 훨씬 높아진다는 의미입니다.

21세기 석유라고 불리는 리튬! 문제는 전 세계에서 리튬을 생산하는 곳이 몇몇 나라에 편중돼 있다는 것인데요. 리튬 가격이 급등하거나 수출 제한이 걸리는 등 공급망 위기가 발생한다면 이는 곧 기업의 매출 감소와 기술 혁신 속도 저하로 이어져 결과적으로 전동화와 친환경 에너지 전환에 차질이 생기겠죠? 호주와 남미, 중국 등 대표적인 리튬 생산국들은 국가 차원에서 리튬을 전략 자원으로 삼고 남미의 리튬 삼각지대라 불리는 안데스산맥 일대 소금호수에서 대규모 리튬 염호가 개발하고 있습니다.

미국ㆍ중국ㆍ유럽 등 주요국들은 리튬 패권을 놓고 본격적인 경쟁 체제에 돌입했는데요. 공격적인 리튬 투자로 다른 나라의 시장 진입을 어렵게 만드는 중국에 대응해 미국과 유럽 연합 등이 안전한 리튬 공급망 구축이 나섰습니다.

미국은 2022년 발표한 인플레이션 감축법으로 중국 이외의 동맹국에서 채굴되거나 가공된 리튬을 사용하는 전기차만이 세제 혜택을 받도록 했고, 미국ㆍ캐나다ㆍ호주ㆍ한국ㆍEU는 광물 안보 파트너십을 결성했습니다. 유럽 연합은 2023년 핵심 원자재법 초안으로 내놓고, 광물 수요의 일정 비율을 자체에 조달하고 정제한다는 목표를 세웠습니다. 리튬 수입 의존도가 매우 높아 공급망이 불안정한 유럽은 신규 리튬 광산 개발, 리튬 재활용 산업 적극 투자로 다각적인 공급망 안정화 전략을 펼치고 있죠.

▲포스코홀딩스는 2018년 아르헨티나 살타주 옴브레 무에르토(Hombre Muerto) 염호의 광권을 인수하며 ‘포스코아르헨티나’ 현지법인을 설립했고, 2022년에는 염수 리튬 1단계 상·하공정 준공을 완료했다. 현재 연산 2만 5천 톤 규모의 2단계 상공정을 건설 중이며, 2030년까지 아르헨티나 염호에서 연간 10만 톤 이상의 리튬 생산을 목표로 하고 있다. 사진은 아르헨티나 염호에서 뽑아올린 리튬 염수를 저장하는 염수 폰드(pond) 전경.

우리나라 역시 공급망 안정화와 기술 고도화에 전력을 다하고 있습니다. 포스코홀딩스는 아르헨티나 염호를 직접 개발해 연간 수만 톤 규모의 리튬을 안정적으로 확보하는 계획을 추진하고 있죠. 우리나라 정부 역시 남미 국가들과 FTA 체결과 자원 외교를 통해 리튬 공급망 안정화에 적극적으로 나서고 있습니다.

이제 리튬은 단순히 가벼운 금속이 아니라 미래 기술 패권을 좌우할 자원으로 세계 무대에 올라섰다고 해도 과언이 아니죠. 대한민국이 이 경쟁에서 지속적인 경쟁력을 확보하기 위해서는 끊임없는 기술 혁신과 공격적인 자원 확보 노력이 이어져야 합니다.

배터리 산업과 함께 폭발적인 성장을 이루며 미래 기술의 열쇠로 떠오른 리튬! 전기차와 로봇, 우주 개발, AI 등 우리가 그리는 모든 첨단 분야에서 작은 금속이 큰 변화를 일으키고 있다는 점이 참 인상적이지 않나요? 언젠가 리튬보다 더 혁신적인 자원이 등장할 수도 있겠지만 지금은 리튬 없는 미래를 상상하기 어렵습니다. 리튬이 우리의 삶 한가운데서 어떤 미래를 만들어 갈지, 계속 지켜봐야겠습니다!

▼궤도가 알려주는 미래 기술의 열쇠, 리튬의 모든 것 보러가기

포스코이앤씨 창립 30주년 성공 스토리 쇼! 쇼! 쇼! 오늘은 인프라사업본부에서 진행한 울릉도 사동항 2단계 동방파제 축조공사를 소개할 건데요. 사업을 성공적으로 이끈 항만사업단의 박현모 리더님을 모시고 생생한 이야기를 들어볼까요?

포스코이앤씨에서 지난 2014년부터 2018년까지 수행한 울릉도 사동항 2단계 동방파제 축조공사를 아시나요? 울릉도 동남쪽에 있는 울릉 사동항에 외곽 방파제 640m를 축조하는 공사인데요. 안정적인 해상교통권을 확보해 울릉도 발전을 이끌 뿐만 아니라 국방력을 한층 강화하는 의미 있는 사업이에요. 외곽시설인 동방파제를 성공적으로 완공하면 접안시설인 해군·해경부두가 들어서 원활한 독도 영토관리가 가능하기 때문입니다.

이 공사는 수주 당시부터 경쟁이 치열했다고 하는데요. 포스코이앤씨는 어떻게 수주에 성공할 수 있었을까요? 답은 포스코이앤씨의 남다른 기술력에 있었습니다.

포스코이앤씨가 주목한 건 케이슨(caisson, 수중 구조물이나 기초를 구축하기 위해 만드는 콘크리트 제작물) 공법이었는데요. 울릉도에서 케이슨을 제작해 거치하는 경쟁사와 달리, 포항 영일만항에서 제작해 해상 운반한 뒤 울릉 사동항에 거치하는 방식으로 공법을 변경한 것입니다. 우리나라에서 최초로 시도한 이 공법으로 포스코이앤씨가 수주를 하게 된 것이죠!

그런데 옮겨야 하는 케이슨의 무게만 1만 4000톤이었다는데요. 이는 자동차로 만 대, 비행기로는 40대에 달하는 무게입니다. 초대형 케이슨을 안전하게 예인하기 위해 포스코이앤씨가 세운 전략은 무엇이었을까요?

1만 4000톤 급의 초대형 케이슨을 2천 미터가 넘는 심해를 거쳐서 2박 3일 동안 운반하기 위해서는 철저한 사전 준비가 필수였습니다. 포스코이앤씨는 운반 시 최대 5미터 파고까지 견딜 수 있도록 케이슨 외력 강성을 보강하고, 당시 가장 강력했던 파단 하중 600톤의 슈퍼맥스 로프를 사용해 안전한 해상 운반을 준비했습니다. 또한 공인기관을 통해 예인 안정성을 사전 검토하고 차수판 누수 테스트를 거치는 등 출발 직전까지 긴장을 놓지 않았죠.

케이슨 1함에 무려 40억 원이었다고 하니, 엄청난 부담감이 느껴지시나요? 박현모 리더님은 첫 항차 운항을 지휘하면서 2박 3일 동안 걱정에 한숨도 잠을 이루지 못했다고 하는데요. 운반 중 위급 상황이 발생하면 로프를 잘라 케이슨을 수장하는 단계까지 각오했다고요.

다행히 포스코이앤씨의 기술력과 철저한 사전 준비가 더해져 10번의 케이슨 운반 작업을 성공적으로 마칠 수 있었습니다.

장거리 케이슨 예인은 건설업계에도 큰 영향을 끼쳤는데요. 그동안 한 번도 시도된 적이 없는 사례였기 때문에 “포항에서 만들어서 울릉도까지 210㎞를 가져온다는 것이 불가능하다”, “100% 사고가 날 수밖에 없는 공법이다”라고 말했던 경쟁사도 이제는 동일한 공법을 사용하고 있다고 합니다. 포스코이앤씨의 기술력이 건설업계에서 하나의 교과서로 자리를 잡은 것이죠.

바다의 성곽을 만들겠다는 사명감 하나로 전 직원이 똘똘 뭉쳐 어려운 역경을 이겨낸 포스코이앤씨. 불가능을 가능으로 만든 건 우리의 기술력으로 해낼 수 있다는 ‘확신’이었습니다.

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