첨단산업의 비타민, 희토류 백과사전

“회사원 김케미 씨는 출근길 지하철 안에서 스마트폰으로 뉴스를 보고, 이메일을 확인합니다. 회사에 도착하면 컴퓨터로 업무를 처리하고, 점심시간에는 동료들과 새로 나온 하이브리드 자동차에 대한 대화를 나누죠. 퇴근 후 집으로 돌아와 냉장고에서 꺼낸 음식으로 저녁식사를 하고 TV 시청을 하면 여유시간을 보냅니다.”

평범한 직장인의 하루. 하지만 여기서 한 가지! 만약 ‘이것’이 없다면 김케미 씨의 이런 일상은 존재할 수가 없다고 하는데요. 스마트폰과 컴퓨터, 냉장고와 하이브리드 자동차 등 우리 일상 대부분의 것을 구성하는 ‘이것’의 정체는 무엇일까요? 바로 그 이름만 들어도 생소한 ‘희토류’입니다.

첨단산업의 비타민 ‘희토류’

흔히 반도체를 ‘산업의 쌀’이라 하며, 희토류 같은 희귀금속을 ‘산업의 비타민’이라고 부르는데요. 소량의 비타민이 인체에 반드시 필요하듯이 희토류는 첨단 산업 전반에 적게나마 반드시 필요한 핵심소재이기 때문입니다. 그 쓰임새가 무척 다양한 희토류는 컴퓨터 하드디스크, 반도체, LCD모니터, 에어컨, 냉장고 같은 전자 제품뿐만 아니라 배터리, 전기자동차 등 첨단제품의 핵심 소재로 널리 사용되고 있죠. 현대 생활에 없어서는 안될 아주 소중한 존재인 희토류! 그 정체는 과연 무엇일까요?

희토류(Rare earth elements, 稀土類)란 ´매우 드문 흙´이란 뜻으로, 란타늄, 세륨, 스칸듐, 이트륨을 비롯한 17개의 원소로 구성되어 있습니다. 희토류 원소들은 화학적으로 매우 안정된 금속 원소로 건조한 날씨에도 변하지 않고 열을 잘 전도해 산업적 가치가 매우 높답니다. 더불어 탁월한 화학적•전기적•자성적•발광적 성질을 갖고 있어 첨단 전자제품과 형광체 및 광섬유 등에 필수적인 요소죠. 뿐만 아니라 방사성 차폐효과가 뛰어나 원자로 제어제로도 널리 사용되는 다재다능한 흙이랍니다.

<희토류 원소별 사용 분야>

광섬유, 카메라 렌즈, 하이브리드 자동차의 핵심 소재로 쓰이는 희토류.

슬림한 스마트폰도, 선명한 LED TV도 희토류의 힘!

희토류가 쓰이는 산업 분야 중 가장 대표적인 제품으로 휴대전화를 꼽을 수 있는데요. 희토류의 하나인 ‘네오디뮴’을 이용한 희토류 자석은 기존 영구자석에 비해 10배 이상 자성이 강하다고 해요. 다시 말해 희토류 자석을 사용하면 작은 크기로 충분한 자기장을 형성할 수 있다는 의미죠. 이러한 능력은 오디오나 휴대전화, 전기모터, 이어폰 등 업계에 혁명을 불러왔고, IT기기 속 희토류 부품의 크기가 작아지며 제품의 소형화를 불러왔죠. 한 손 안에 착 들어오는 스마트폰이 태어날 수 있었던 것 역시 이 작지만 강한 ‘희토류 자석’ 덕분이랍니다.

슬림한 스마트폰, 선명한 화질의 OLED TV에도 희토류가 부품으로 쓰인다.ⓒLG전자

희토류가 독보적인 위치를 차지하고 있는 또 다른 분야는 디스플레이 분야입니다. LED 등 디스플레이는 각종 산화물 속에 발광물질 입자를 넣어 빛을 내는 것이 기본 원리인데요. 대부분의 발광물질이 산화물에 들어가면 화학적 성질이 바뀌기 때문에 시간이 지날수록 선명함이 퇴색한다고 해요. 하지만 희토류 원소들은 다른 물질에 녹거나 결정 속에 들어가도 고유한 성질을 그대로 유지하는 특성이 있어 선명함이 오래 갑니다. 덕분에 디스플레이용 산화물 속에서도 이들은 원래의 스펙트럼대로 오래오래 빛을 낼 수 있답니다.

21세기, 총성 없는 ‘흙의 전쟁’

이처럼 널리 사용되는 희토류는 그 몸값 역시 매우 비쌉니다. 원소계의 ‘리오넬 메시’라고 불려도 될 만큼 그 가치가 대단한데요. 이렇게 귀한 희토류를 가장 많이 수출하는 중국은 세계 희토류 매장량의 3분의 1을 보유하고 있으며, 희토류 생산의 90% 이상을 담당하고 있죠. 매일 새로운 IT 기기가 선을 보이는 이때에 희토류의 가치는 더욱 높아져만 가는데요. 그래서 세계는 지금 희토류를 둘러싸고 총성 없는 ‘흙의 전쟁’을 벌이는 중입니다.

전세계 희토류 생산량. 2000년대에 이르러 중국이 전세계 생산량의 90% 이상을 차지하고 있다. ⓒwikipedia

하지만 몸값 비싼 희토류도 한계가 있습니다. 석유처럼 희토류도 언젠가는 바닥을 드러낼 유한한 자원이며, 발굴 과정 중에 동반되는 환경문제 또한 심각한 실정이죠. 때문에 최근에는 희토류를 쓰지 않는 기술이 속속 개발되고 있는 추세인데요. 앞으로 전개될 ‘프리 희토류 전쟁’ 또한 기대가 됩니다.