1. 배 경

희토류(Rare earths)는 스칸듐(Scandium, Sc)과 이트륨 (Yttrium, Y) 및 란탄족(Lanthanide)의 15개 원소를 포함한 17개 원소를 의미한다[1]. 희소금속, 희귀금속, 전략금속 등 매장량, 산업구조상의 이유로 관리가 필요한 원소들의 구분이 국가별로 상이한 것과 달리, 희토류는 국제 순수 및 응용화학 연맹(International Union of Pure and Applied Chemistry, IUPAC)에서 지정된 17개의 원소를 의미한다. 우리나라는 2009년 산업통상자원부(당시 지식경제부)에서 35종 56개의 희소금속 원소를 지정하였으며, 17개 희토류 원소는 희소금속에 포함되어 있다.

최근 미중 무역분쟁에서의 중국 측 경제 보복 수단으로 희토류가 부각되어, 이에 대한 관심이 다시 집중되고 있다. 중국이 희토류에 대한 수출입 제한을 외교적 사안의 수단 으로 이용한 것은 처음이 아니다. 2010년 중국과 일본이 센카쿠 열도(중국명은 댜오위다오) 를 사이에 두고 영토 분쟁이 벌어졌을 때 중국이 희토류 수출 제한 카드를 꺼 냈고, 일본이 중국어선 선장을 석방하며 사건을 마무리했 다[2]. 이번 미중 분쟁에서도, 중국의 시진핑이 장시성 간 저우의 희토류 공장을 방문하는 등 희토류 공급 제한을 고려하는 듯한 뉘앙스를 내비쳐 논란이 되고 있다. Fig. 1

Fig. 1

17 kinds of rare earth elements and 56 kinds of rare metals.

17개의 원소를 포함하는 희토류는 다양한 분야에 응용 된다. 가장 큰 시장규모를 차지하는 것은 희토류 자석이다. 네오디뮴(Neodymium, Nd)계 자석과 사마륨(Samarium, Sm)계 자석이 있는데, 사마륨계 자석에는 코발트(Cobalt, Co)가 함께 필요하여, 경제적으로 이점이 있는 네오디뮴 계 자석이 가장 중요한 희토류의 응용처이다. 희토류 자석 은 강력한 자성이 필요한 모든 분야에 사용되며, 세탁기, 풍력발전 등 기존의 응용분야뿐 아니라 최근 친환경 시대 이슈로 인한 전기차 시장의 급격한 성장으로 수요가 기하 급수적으로 증가할 것으로 예상된다(전기차 1대당 2.5kg 의 Nd 자석 사용)[3]. 이외에도, 니켈수소전지, 유리 연마 재, 형광체, 촉매, 세라믹 소재의 첨가재 등 산업 전반에 활용되는 원소군이다[4]. Fig. 2

Fig. 2

Chairman and working group structure of ISO TC 298 (as of June 2019).

17종의 희토류가 ‘원소군’으로 분류된 이유는 유사한 화 학적, 물리적 특성을 지니고 있으며 자연에서 혼합된 형태 로 함께 발견되기 때문이다. 희토류 원소는 ‘Rare earth’ 및 ‘희토’라는 이름과는 달리 매장량이 그리 적지 않다. 가 장 널리 쓰이는 네오디뮴의 경우, 니켈이나 구리보다도 많 은 매장량을 보유하고 있고, 가장 매장량이 적다고 알려진 툴륨(Thulium, Tm)의 경우도, 금보다 많은 매장량을 보유 하고 있다(금은 0.004 ppm, Tm은 0.52 ppm)[5]. 희토류 관련 산업의 지속가능성을 저하시키고, 지속적으로 관련 분쟁이 유발되는 원인은 매장의 편재성과, 분리의 어려움이다.

잘 알려져 있듯, 희토류의 최대 생산국은 중국이다. 중 국은 17년 기준 전 세계 생산량의 80.8%를 차지했다. 매 장량이 약 36.7%로 높을 뿐 아니라(18년 기준)[6], 고난이 도 분리공정에서 발생하는 폐액 등에 대한 국가 차원의 효율적인 관리가 가능하기 때문에 희토류 원광, 정광 및 관련 제품의 생산에 있어 단연 세계 최고의 자리를 지키 고 있다. 미국을 비롯한 국가도 희토류 광산을 보유하고 있으며, 1990년대 이전에는 미국의 Mountain Pass 광산 등에서 희토류 및 관련 제품을 생산해왔으나, 환경 오염 관련 이슈 및 잦은 가격 급등락에 따른 사업성의 문제로 현재는 생산이 중단된 것으로 알려져 있다[7].

이와 같은 어려움에도 불구하고, 전기차 시장의 성장과 친환경 에너지 발전 산업의 확대 등으로 희토류의 수요는 급격히 증가하여 정치외교적 상황과는 별개로 무분별하고 환경파괴적인 희토류의 개발에 대한 문제가 제기되었다. 또한 희토류 물질의 흐름에 따른 추적, 포장, 측정 등 국 제 규격 필요성에 대한 공감대를 바탕으로 2015년 희토류 를 ISO(International Organization for Standardization)에서 298번째 기술위원회(TC, Technical committee)로 다루기로 결정하였다.

ISO TC 298의 전략사업계획(SBP, Strategic business plan) 은 2016년경 초안이 마련되었고, 회의를 통해 지속적인 수정이 진행 중이다. 초안에 따라 용어 및 정의(WG1), 원 소 재활용(WG2), 소급성, 포장 및 라벨링(WG3), 측정 및 분석(WG4) 등의 연구반(Working group, WG)이 차례로 생성되어 관련 표준을 개발하고 있다. ISO TC 298의 의 장 및 간사국가는 중국이며, 우리나라는 2015년 첫 회의 부터 꾸준히 참여하여 국내 희토류 관련 산업이 반영된, 혹은 국내 산업 육성 촉진을 위한 국제 표준 개발에 노력 하고 있다. 하지만 시장의 규모가 제한되어 있고, 전문가 및 관련 기업의 참여가 부족하여 표준화의 동력이 부족한 상황이다.

본 기고문의 목적은 2019년 6월 현재 희토류 관련 국제 표준 현황을 분석하고, 우리나라의 표준화 전략을 정리하 여 관련 전문가들의 표준화 참여를 독려하여, 우리 산업 현실을 정확히 반영한 국제 표준을 개발하기 위함이다.

2. ISO TC 298의 구성

ISO TC 298의 의장 및 간사국은 중국이 맡고 있다. 연 구반은 2019년 6월 현재 4개가 형성되어 표준안을 개발하 고 있으며, 의장자문그룹(Chairman’s Advisory Group, CAG)은 2017년에 형성되어 TC의 운영 방향을 결정하고 있다. TC에 참여하고 있는 P-member(Participating members) 는 9개국으로, 대한민국을 비롯해 덴마크, 러시아, 미국, 인도, 일본, 중국, 캐나다, 호주 등이 활동하고 있으며 Omember( Observing members)는 25개국이 있다.

진행 중인 표준안에 대해 소개하기 위해, 용어에 대한 정의가 필요하다. ISO 국제 표준의 제정은 크게 다섯 가 지 단계로 나눠진다. 표준안을 제안하는 NP(New Proposal) 단계, 주로 연구반에서 초안을 작성하는 WD (Working Draft) 단계, TC 수준에서 표준안을 다루는 CD(Committee Draft) 단계, 최종 표준의 초안이 도출된 DIS(Draft International Standard) 단계, 및 투표를 거쳐 국 제규격의 최종 초안인 FDIS(Final Draft International Standard) 단계를 거치면 최종적으로 IS(International Standard) 로 발간되게 된다. 아래 연구반별 표준의 소개에서 표준의 번호 앞에 붙은 용어가 표준의 단계를 의미하며, AWI (Approved working item)의 경우 투표를 통해 NP가 개발 될 표준으로 선정되게 되었음을 의미한다.

2.1. WG1. Terms and definitions

WG1은 두 번째 총회(2017년, 캐나다)에서 설립이 결정 되었다. WG1에서는 희토류 관련 용어와 그 정의를 다루 고 있다. 중국에서 의장(convenor)를 맡고 있으며, 다른 연 구반에서 개발할 표준의 근간이 되어야 하기 때문에 각국 의 협의 하에 가장 빠른 표준화 단계로 추진되고 있다. WG1에서 다루고 있는 두 건의 표준을 아래 표 1에 정리 하였다.

2.2. WG2. Elements recycling

WG2 역시 캐나다에서 2017년 열린 두 번째 총회에서 설립이 확정되었다. 현재 우리나라 한국생산기술연구원 김택수 수석연구원이 의장을 맡고 있으며, 한국 측에서 주 도적으로 표준화를 수행하고 있다.

지속가능한 희토류 산업 생태계 구축을 위해 필수적인 재활용 관련 표준을 다루고 있다. 표준화는 기 성장한 산 업의 체계를 정립하여 효율성을 꾀하는 것이 일반적이다. 이에 반해, 희토류 관련 산업은 체계가 잡히지 않은 상태 이기 때문에 초기 단계의 산업을 육성하는데 그 목적이 있어 표준화 개발에 어려움이 있다. WG2에서 다루고 있 는 우리나라에서 추진중인 재활용 관련 표준에 대해서는 다음 챕터에 후술하도록 하겠다. 표 1

Table 1

Standards being developed in WG1. Terms and definition (as of June 2019)

2.3. WG3. Traceability, packaging and labelling

채광부터 시작하는 희토류 원소의 흐름에 관련된 추적, 희토류 관련 물질의 포장 및 이의 라벨링(Labelling)은 표 준화가 되어야 할 중요한 이슈로 인정받아 2018년 호주에 서 열린 세 번째 총회에서 설립되었다. 2018년 설립 당시 부터 2019년까지 캐나다에서 의장으로 활동하였으며, 2019년 5월, 일본에서 개최된 네 번째 총회에서 호주의 전 문가로 의장이 변경되었다.

WG3에서는 실제 희토류의 채광을 수행하거나 산화물, 화합물 등의 소재 관련 제품을 생산하고 있는 중국과 캐 나다를 중심으로 표준이 개발되고 있다. WG1과 WG2에 비해 직접적인 이해관계가 적용될 수 있어 표준 개발에 난항이 예상된다. 표 2

Table 2

Standards being developed in WG2. Elements recycling (as of June 2019)

2.4. WG4. Testing and analysis

총회에서 확정된 앞선 세 개의 연구반과 달리, WG4의 경우 2019년 ISO 시스템을 통한 투표로 신설되었다. 일본 에서 의장을 맡았으며, 희토류 측정법은 난이도가 높기 때 문에 활발한 표준안 제정 활동이 예상된다.

중국 및 일본에서 기 보유하고 있는 측정법 노하우를 바 탕으로 한 표준화가 예상되며, 국내외 산업 환경 및 측정장 비 보유여부 등을 고려한 전략적인 표준화 활동이 요구된다. 표 3

Table 3

Standards being developed in WG3. Traceability, packaging, and labelling (as of June 2019)

2.5. 추후 설립 예정 연구반

전략사업계획에 따르면, 방사능, 환경, 인체 등에 미치는 영향에 관련된 표준안이 제시되어 있으나, 아직 구체적인 일정은 정해지지 않았다.

3. 총회 결과 소개 및 의결 사항

2019년 6월 현재 네 차례의 총회가 열렸다. 2020년 5월 에는 우리나라에서 5번째 총회가 개최될 예정이다.

3.1. 1회 중국 회의(2016년 10월, 베이징)

2016년 10월에 열린 첫 번째 ISO TC 298 회의에서는 전략사업계획에 대해 논의하고, TC의 방향에 대해 논의하 였다. 채광, 정련, 제련, 분리, 변환(화합물화, 합금화 등)에 있어 안전하고 환경친화적인 절차가 수행될 수 있는 표준 화 제정에 합의하였다. 총 7건의 예비 업무항목(Preliminary work item, PWI)이 발표되었으며, 우리나라에서 이 중 3건의 재활용 관련 표준을 제안하였다. 표 4

Table 4

Standards being developed in WG4. Testing and analysis (as of June 2019)

3.2. 2회 캐나다 회의(2017년 6월, 토론토)

의장자문그룹(CAG)이 설립되었으며, 우리나라의 김범 성 박사(한국생산기술연구원)가 포함되었다. WG1과 WG2가 2회 총회에서 신설되었다. 이 때 김택수 박사가 WG2의 convenor로 추천받아 현재까지 활동 중이다.

3.3. 3회 호주 회의(2018년 5월, 시드니)

WG3가 신설되었고, 용어 및 정의를 다루는 22444-1, 22444-2 및 재활용 정보 표기 표준을 다루는 22450 등의 표준이 처음으로 WD 단계에서 CD 단계로 진입하였다. 우리나라의 김택수 박사가 WG2 convenor로서 CAG 멤버 로 추천되었다.

3.4. 4회 일본 회의(2019년 5월, 도쿄)

지난 2019년 5월 열린 일본 회의에서는 WG4의 첫 회 의가 열렸다. 본 회의에서는 ISO/TC 102/SC1(Iron ore and direct reduced iron – Sampling), ISO/PC 308(Chain of custody – General terminology, concepts, requirements and guidance) 및 IEC/TC 111(Environmental standardization for electrical and electronic products and systems)와 유관기관 협의(Liason) 를 맺기로 결정했다. IEC/TC 111 대상의 TC 298측 대표로 김택수 박사가 추천되었다. 또한 차기 2020 년 총회 개최지로 우리나라가 추천되었다.

4. 재활용 관련 한국측 제출 표준안 및 전략

우리나라는 재활용 관련 연구반인 WG2에서 활발한 활 동을 수행하고 있다. 현재 한국생산기술연구원, 한국기계 전기전자시험연구원 및 성신여자대학교의 희토류, 표준화 및 자원순환 전문가들이 표준화 활동을 주도하고 있다. TC의 규모가 점점 커지고 WG가 차례로 신설됨에 따라 더 많은 연구계, 산업계 전문가들이 참가하여 각 연구반에 서 목소리를 내는 것이 필요하다.

자원 빈국인 우리나라는 지속적인 관련 산업 무역 적자 해소를 위해 재활용을 통해 원료 및 소재에 대한 수입을 일부라도 대체해야 한다. 희토류의 경우 가격의 등락이 크 고(네오디뮴 산화물 99.5% 기준, 2011년 약 195 $/kg 및 2017년 50 $/kg)[8, 9], 현재까지는 시장의 규모가 제한되 어 있어 정책적 지원을 통한 산업의 육성이 필요하다.

재활용 산업이 활성화되지 않는 이유는 (1) 희토류 관련 물질 재활용의 기술적 난이도가 높고, (2) 재활용 대상 희 토류의 함량에 대한 정보가 제한되어 사업성에 대한 평가 가 어려우며, (3) 재활용 대상 물질의 수집 관련 정책이 없 기 때문으로 분석된다.

재활용 기술적 문제의 경우 활발한 연구가 수행되고 있 어 표준의 영역이 아니며, 현재는 산업 폐기물 및 공정 부 산물 등에서의 희토류 함량에 대한 정보를 정확하고 효율 적인 방법으로 측정하고 교환할 수 있는 표준의 제정에 힘쓰고 있다. 이후 휴대전화 전지 등에서의 정책을 참고하 여 수집 관련 표준을 추진할 계획이다. 아래에 현재 한국 측에서 제출한 재활용 대상 물질의 희토류의 정보 교환 관련 표준에 대해 간단히 정리하였다.

4.1. ISO/CD 22450 Rare earth – Elements recycling – Communication formats for providing recycling information on rare earth elements in by-products and industrial wastes

희토류 관련 산업 부산물과 공정 폐기물 관련 분류 체 계와 이에 포함된 희토류의 정보를 표기하기 위한 표 (table) 형태의 포맷을 제공하는 표준이다. 어떤 희토류 원 소를 포함해야 하는지, 포맷에 포함된 희토류 함량이 어느 정도까지 자세하게 기입되어야 하는지 등에 대한 토론을 거쳐 지속적인 표준 개발이 이뤄지고 있다. 희토류 재활용 표준의 중심점 역할을 하고 있으며, 상기 했듯, 산업 체계 확보를 위해 재활용 대상 물질의 분류 코드를 함께 개발 하고 있다. Project leader는 김범성 박사이다.

4.2. ISO/WD 22451 Rare earth – Elements recycling – Measurement method of rare earth elements in byproducts and industrial wastes

ISO/WD 22451에는 앞선 ISO/CD 22450에서 제시된 포 맷에 함량에 대한 정확한 정보를 기입하기 위해 XRF와 ICP-OES 등을 이용한 간단한 측정법이 제시되었으며, Project leader는 김택수 박사이다. 재활용 관련 사업을 추 진하고자 하는 사업자가 관련 시장의 수익성, 규모 등을 예측하기 위해 필요한 표준의 영역이다. 재활용을 다루는 WG2에서 다루고 있었으나, 이후 설립되어 측정법을 다루 는 WG4와의 중복성 문제가 제기되었다. 논의 끝에 2019 년 5월 회의에서 국제표준(International standard, IS)보다 는 기술규격(Technical specification, TS) 형태의 개발로, 전환이 결정되었다.

4.3. ISO/WD 22453 Rare earth – Elements recycling – Method for the exchange of information of rare earth elements in by-products and industrial wastes

앞선 두 표준을 통해 획득할 수 있는 산업 부산물과 공 정 폐기물에 포함된 희토류의 종류 및 함량에 대한 정보 를 용이한 방법으로 교환할 수 있는 표준안이 제안되었다. QR코드 혹은 바코드 등의 방식을 통해 데이터가 원활하 게 순환할 수 있는 기반을 제시한 표준이다. 데이터의 관 리와 관련되어 있어, WG3에서 다루는 원소의 흐름에 관 련된 추적(Traceability)과 연결이 필요하다는 의견이 제시 되었다. 하지만 채광에서 제품을 제조하기까지의 과정과 재활용은 사실상 분리된 공정이기 때문에 이의 융합에는 많은 어려움이 있을 것으로 예상된다. Project leader는 김 범성 박사이며, 현재 Traceability와 관련된 사항의 각국 의 견을 취합하는 중이다.

4.4. ISO/AWI 22928 Measurement method for magnet scraps containing rare earth elements

희토류 자석은 크게 네오디뮴계 자석(NdFeB)과 사마륨 -코발트계(SmCo) 자석으로 나뉜다. 두 종류의 자석은 추 출해야 할 원소가 다르기 때문에 재활용의 전략과 방향이 근본적으로 달라진다. 또한, 네오디뮴계 자석도 사용환경 에 따라 디스프로슘(Dysprosium, Dy), 터븀(Terbium, Tb) 등의 원소가 첨가될 수 있다. 특히 디스프로슘의 경우 2010년 미국 에너지부에서 장단기 친환경에너지 중요도와 공급불안성이 가장 높은 원소로 선정되는 등 산업적 활용 성이 높은 원소로[10], 보유 여부에 따른 재활용 전략이 상이하다. 따라서 재활용업자의 사업 포트폴리오 구성을 용이하게 하기 위해, 희토류 영구자석이 보유하고 있는 희 토류 원소의 종류를 효율적으로 파악하기 위한 간단한 수 준의 측정법이 제안되었다. XRF를 활용하여 네오디뮴계, 사마륨-코발트계 자석을 분류하고, 추후 필요하다면 ICPMS 등의 방법을 통해 디스프로슘의 보유여부를 측정할 수 있는 측정법 관련 초안 작성을 각국 전문가들과 함께 수행 중이다. 본 표준안은 한국기계전기전자시험연구원의 한문환 수석연구원과, 한국생산기술연구원의 사다르 아바 스(Abbas Sardar Farhat) 연구원이 공동 project leader로 제안하였다.

5. 희토류 표준화 관련 앞으로의 과제

희토류 관련 산업의 중요성을 인정받아 연구반이 4개까 지 증가하는 등 중국, 일본, 호주를 중심으로 한 각국 전 문가의 참가가 점차 증가하고 있다. 우리나라는 현재 재활 용 관련 표준화에 집중하고 있어, 적극적 참여기관인 한국 생산기술연구원, 한국기계전기전자시험연구원 및 성신여자 대학교가 주축이 되어 TC 활동을 수행 중이다. 하지만 연구 반의 추가와 프로젝트(표준안)의 급격한 증가로, 현재 활동 중인 인원으로는 표준안의 상세한 대응에 어려움이 있다.

희토류 재활용 관련 표준화에는 실제 산업의 목소리를 제시할 수 있는 산업계의 목소리가 필요하다. 일본의 경우 미쓰이금속광업, 쇼와덴코, 소지쯔, 히타치금속, 신에츠화 학, 토요츠 머테리얼, 라이너스 일본지사, 니폰덴코, 미쓰 비시 등이 실제 회의 참석 여부와는 별개로 전문가로 등 록되어 있다. 캐나다(로저스, 광산·광물·금속 거래소), 덴마 크(그런포스), 중국(그리렘, 네이멍구 바오터우 철강 희토 류, 퀴안동 희토류) 등 산업계의 참여가 활발하다.

WG4가 신설되면서 희토류의 측정법 관련 다수의 표준 안이 제시될 계획인데, 이 과정에서 발생할 수 있는 우리 나라 산업계의 불이익을 방지하기 위한 희토류 분석·측정 법 관련 전문가도 적극적인 활동을 수행해야 한다. 뿐만 아니라, 전기자동차, 세탁기 등 희토류 자석의 최종 수요 업체 겸 최종제품 생산기업 역시 추후 Traceability 표준화 진행 과정이 우리나라 산업에 유리한 방향으로 진행될 수 있도록 적극적인 참여가 필요하다. WG2 convenor를 수행 하고 있고, 매 회의에서 주도적인 역할을 수행하는 등 TC 내 리더쉽 확보에는 성공한 상황으로 여겨진다. 각 분야의 전문가 참여를 통해 국가 산업 발전에 기여할 수 있는 표 준화 활동을 수행할 수 있기를 기대한다.

6. 결 론

2019년 6월 현재, ISO TC 298에서 다루는 희토류 관련 표준화 현황에 대해 정리하였다. 용어 및 정의, 재활용 등 네 개의 연구반이 운영되고 있으며, 우리나라는 재활용 관 련 연구반의 의장을 맡고 있고, 진행중인 11개의 표준 중 3개를 우리나라에서 제출하는 등 활발한 활동을 수행 중 이다. 하지만 TC가 확대되고, 연구반이 증가하며 다루는 표준의 범위가 넓어지면서, 전문가의 충원을 통한 적극적 인 대응이 필요한 상황이다. 2020년 5번째 총회의 우리나 라 개최가 확정되었고, 이를 계기로 우리나라 희토류 표준 화 및 관련 산업 저변 확대의 기회가 되길 기대한다.

Acknowledgements

감사의 글

본 연구는 국가기술표준원 및 한국산업기술평가관리원 의 국가표준기술개발 및 보급 사업의 일환으로 수행하였 음.[10053618, Green ICT 기반 조성을 위한 희소금속 재 자원화(recycling) 국제표준 연구 개발 및 10078264, 지속 가능한 국내 희토류 산업 활성화를 위한 국제 표준 개발]

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Figure & Data

References

Citations

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