한국수출입은행은 최근 ‘4차 산업혁명과 광물자원’이라는 보고서를 내놨다. 보고서는 자원개발 산업에서 4차 산업혁명 관련 기술을 활용해 자원개발 전과정을 디지털화함으로써 효율 및 생산성 제고가 가능하다고 보고 있다. 4차 산업혁명과 함께 부상하게 된 신제품, 예를 들어 자율주행차나 전기자동차, 2차전지, ESS, 태양광·풍력 발전설비 등에 사용되는 주요 핵심부품 제조에 필요한 금속광물 수요가 급속히 증가할 것으로 분석했다. 이에 따라 주요 산업 분야별로 필요한 광물 가격이 급등하는 등 안정적인 광물 확보와 관리의 중요성이 더욱 확대되고 있다. 이런 내용을 중심으로 보고서를 정리한다. <변국영 기자>

▲자원개발 기술의 디지털화

자원개발산업에 4차 산업혁명 관련 기술을 도입해 디지털·스마트 광산 및 유전시장이 빠르게 성장할 것으로 전망되고 있다. 디지털·스마트 광산 시장은 연평균 14.5%로 성장, 2020년 130억 달러의 규모에 달할 것으로 예상되고 있다. IoT와 AI를 활용한 무인화·자동화·정보화를 통해 자원탐사·개발 과정을 최적화하고 안전성 및 생산성 제고가 가능해지기 때문이다.

메이저 광물기업 Rio Tinto는 ‘Mine of the Future’ 프로그램을 통해 디지털 광산 시스템을 구축했다. IoT 무인화 및 자동화로 복수 광산을 원격 집중 관리함으로써 효율적이고 안전한 관리가 가능해졌다. 프로그램 도입을 통해 호주 필바라 철광석 광산의 Cash Cost가 2013년 대비 2017년 40% 절감됐다.

디지털 유전 시장은 연평균 4.31% 성장해 2020년 300억 달러 규모가 될 것으로 전망되고 있다. 자원개발 전과정에 대해 IoT나 AI 기술을 활용해 실시간 모니터링과 최적화를 도모할 수 있다.

석유·가스 E&P3 부문의 디지털화를 통해 연간 730억 달러 비용 절감이 가능하다는 분석이 나오고 있다. 석유·가스 상류 부문에 디지털 기술을 적용해 연간 730억 달러의 비용 절감이 가능하다는 것이다. 기존 유·가스전 E&P 과정에서 많은 양의 탄성파 자료 처리 등 고난이도 작업과 해상 플랫폼 모니터링·관리 등 고위험 작업이 확대되는 상황에서 디지털 기술을 적용함으로써 비용절감 규모가 확대될 것으로 보고 있다. 이와 관련 실리콘밸리의 첨단기술을 석유·가스 개발 산업에 접목시키려는 움직임이 가속화되고 있다.

디지털 기술을 활용한 비용절감 효과는 신속하고 정확한 시추 및 생산자산 유지보수 시점 파악을 위한 모니터링 부문과 클라우드 컴퓨팅 부문이 가장 클 것으로 분석되고 있다. 연간 탐사비를 500억 달러에서 약 350억 달러 수준으로 낮추고 천해·육상 시추에서는 120억 달러 절감이 가능할 것으로 보고 있다. 노르웨이 Equinor도 자동화를 통해 2020년까지 시추기간을 15∼20% 단축하는 것이 가능하다고 주장하고 있다.

미국 독립계 셰일기업들이 혁신적인 디지털 혁명을 주도하고 있다. 셰일기업들은 10년 전부터 메이저기업 및 전통유전 개발기업에 비해 신기술을 빠르게 개발·적용하고 있는 것으로 파악되고 있다.

▲핵심 광물자원 수요 확대

4차 산업혁명 시대로의 전환에 따라 인공지능, 사물인터넷 등과 관련된 핵심부품 제조에 사용되는 광물 수요가 급증할 전망이다. 미래 유망한 신산업 분야를 중심으로 4차 산업혁명 기술을 적용한 New Commodity가 확대될 것으로 보고 있다.

이에 따라 New Commodity 제조에 필요한 광물 수요도 크게 확대될 것이 확실 시 된다. New Commodity에는 4차 산업혁명과 관련한 기술을 적용한 로봇, 자율주행차, 전기차, 친환경 에너지 산업과 관련한 2차 전지, ESS, 태양광·풍력 발전 설비 등이 있다.

New Commodity에 필요한 광물자원 확보 경쟁이 심화될 전망이며 가격 또한 급등할 위험 상존하고 있다는 분석이다. 예를 들어 전기자동차는 2016년 100만 대 수준에 불과했으나 기술개발과 주요국 정책적 지원 등에 힘입어 빠른 속도로 증가해 2035년경에는 1억4000만 대 수준이 될 전망으로 전기차 제조에 필요한 구리, 리튬, 코발트 등 광물수요도 더불어 급증할 것으로 예상된다.

전기차 1대 제조에 필요한 구리 양은 약 80킬로 수준으로 기존 내연자동차 20킬로 대비 약 4배에 달해 2035년 전기차 제조를 위해 약 1100만 톤의 구리가 소비될 것으로 추정되고 있다. 한편 전기차에 동력을 제공하는 리튬이온 배터리의 양극재로 사용되는 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등의 수요도 확대될 전망이다.

특히 4차 산업혁명 기술 구현과 관련해 ‘정보해석·습득·전달’, ‘물리적 구현’, ‘맞춤형 생산’부문의 핵심부품에 필요한 광물 확보 중요성이 확대되고 있다. 4차 산업혁명 핵심인 ‘초지능·초연결·융합화’ 구현을 위해 센서, 반도체, 방열 소재 등이 ‘정보해석·습득·전달’ 분야의 핵심 부품이다.

센서는 정보 감지 및 해석을 통해 전기적 신호로 변환하는 장치 및 시스템으로 소재, 소자, 모듈, 시스템을 총괄한다. 자동화 시스템의 기초로 4차 산업혁명 핵심소재·부품이다. 전략 원소로 규소, 코발트, 바륨, 티타늄, 바나듐, 아연, 리튬, 란타넘, 탄탈럼, 백금, 주석, 지르코늄 등이 센서 용도 및 원리에 의해 사용된다.

반도체는 반도체성 물질을 이용해 정보 저장, 해석, 연산, 제어 및 조명에 사용되는 소재 및 부품이다. 웨이퍼, 전구체, 타겟, 기판 등 반도체 재료, 부품 및 공정·측정 장비, 센서, 컴퓨터, 저장장치, IoT 제품, 조명, 디스플레이 등 모든 전자기기에 응용되는 핵심소재다. 규소, 비소, 인듐 등이 전략원소다.

방열소재는 고성능화·고집적화 된 전자기기의 고열로 인한 손상 방지를 위한 소재다. 4차 산업혁명 핵심 부품을 구성하는 고열전도성, 고성형성 및 고분산성 소재를 의미한다. 전략 원소는 베릴륨, 알루미늄, 규소, 금, 구리, 납, 은, 탄소 등이다.

‘초지능·초연결’을 통해 전달된 정보를 바탕으로 사용자가 원하는 움직임과 시각적 효과를 “물리적으로 구현”하기 위한 모터, 디스플레이, 에너지 저장·변환 소재 및 경량소재 관련 부품들을 들 수 있다.

에너지 변환·저장과 관련 진동, 압력, 빛 등의 에너지를 전기 에너지로 변환하는 에너지 하베스팅 기술 및 전자기기 구동을 위한 에너지 저장 및 공급용 장치 및 시스템을 들 수 있다. 변환에는 전자기기 성능 향상과 특수성능 구현을 위한 열전소재, 압전소재, 태양전지 등

을 구성하는 소재 및 부품이 해당된다. 저장에는 에너지의 원활한 저장 및 공급을 위한 배터리, 커패시터용 소재, 부품 및 에너지관리 시스템 등이 관련된다. 비소, 지르코늄, 티타늄, 비스무트, 안티모니, 규소, 인듐, 리튬, 코발트, 망간, 니켈, 규소, 바나듐 등이 전략원소다.

모터는 전기에너지를 기계·회전에너지로 변환해 운동시키는 소재 및 부품이다. 주로 희토류계 자석을 통칭하며 냉장고, 세탁기, 컴퓨터, 핸드폰 등 모든 전자제품에 사용된다. 전기차 시장 확대로 급속한 수요증가가 예상되고 있다. 전략 원소는 네오디뮴, 디스프로슘, 프라세오디뮴, 터븀 사마륨, 코발트 등이다.

경량 소재는 4차 산업혁명 주요 완성제품의 경량화를 위한 저밀도 고강도 소재와 이를 이용한 부품이다. 미래형 수송기기는 전기동력을 전제로 하고 있어 연비와 성능 향상을 위한 부품 경량화가 필수다. 소재 확보 및 고순도화 관련 기술 확보가 필요하다. 알루미늄 티타늄, 마그네슘 등이 전략원소다.

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