- 고작 150년전만 해도 집에 있는 물품을 구성하는 모든 물질은 근처의 숲이나 채석장에서 유래. 60년대에 접어들어 공급라인이 더욱 발달하고 소비재의 수요가 커지자, 평균적 미국가정은 약 20종의 원소들을 사용하게 되었다. 그때부터 재료공학자들은 우리가 사용하는 물품과 연구대상의 물질들의 수를 확대하는 조용한 혁명을 이끌었다. 90년대 인텔사는 컴퓨터 소자를 만들기 위해 15종의 원소들만 사용했으나, 이제는 60종의 원소를 사용
- 철기시대에 접어들어 새롭게 등장한 철제 무기들의 힘은 너무나 강력했기 때문에, 주변의 돌들을 무쇠로 만들 수 있게 된 사람들은 정복자의 지위에 올랐다. 오늘날 무기는 변했지만 이러한 상황에는 거의 변함이 없음. 즉 원소들을 자유자재로 다루는 자가 무적이 된다. 과거와의 차이점이 있다면 예전에 금속을 다루던 사람들은 칼을 더욱 날카롭고 단단하게 벼렸지만, 오늘날 희금속류는 무기를 더욱 스마트하게 만든다는 것. 예를 들어 이스라엘군이 사용하는 아이언돔과 같은 최신예 미사일 시스템을 생각해보자. 아이언돔은 시간이 흐르면서 희금속류가 무엇을 가능하게 해주었는지를 보여주는 좋은 사례. 로켓이 이스라엘 도시를 목표로 발사되면 시스템의 컴퓨터와 센서는 1000분의 1초 내에 이 로켓을 언제 어디서 정밀유도 미사일로 요격할 것인지를 결정. 14년 아이언돔은 이스라엘 도시를 향해 발사된 85%의 로켓을 격추했다고 보고. 이것은 수많은 사람의 생명을 구하고 전쟁의 속성을 바꾸었다.
- 중국의 발전에 있어서 희금속류, 특히 희토류 원소의 중요성은 혁명적 지도자였던 덩샤오핑 시대까지 거슬러 올라감. 92년 그는 "중동에 오일이 있다면, 중국에는 희토류가 있다"고 말했다. 그때부터 중국은 여러 필요에 의해서 희토류 광맥을 채취하기 시작. 78년부터 중국은 개혁개방으로 경제개발특구를 발전시키기 시작했는데, 이는 수입원자재에 대한 의존도를 크게 늘림. 이런 의존도를 감소시키기 위해서 중국은 국내에서 생산되는 1차 생산물에 대한 투자를 크게 늘렸는데, 광업 원자재가 이에 포함되었으며 대부분 비주류 금속들이었다. 중국은 자주 임금과 환경기준을 낮춰서 수많은 종류의 희금속류를 국제시세의 50~60% 가격에 내놓았다. 이를 통해 국내 제조업에 안정적으로 금속을 공급하고 빠르게 국제시장의 판로를 열어 수출을 통해 거액의 외화를 벌었음. 자원의 가격을 낮춰 수출을 증대시키기 위해서 중국 당국은 수출업자들을 위한 부가가치세 환급제도를 마련하기도 했다. 중국 밖의 회사들은 이런 저가의 중국산과 경쟁할 수없었다. 80년대를 거치며 독일과 프랑스의 텅스텐 광산이 문을 닫았고, 90년대에는 미국의 희토류 생산업체들이 문을 닫음. 곧 제조업체들은 저가의 중국산에 자연스레 의존하게 되었고, 중국은 희토류를 포함한 중점 금속들의 유일한 판매자로 등극.
- 베이징의 정책전략은 곧 정교화했다. 중국 정부는 원광석 판매가 좋은 카드를 그냥 날려버리는 일이라는 사실을 깨달음. 중국은 희토류 광업에 거의 독점적 지배력을 가지고 있기 때문에, 중국의 산업정책 당국은 국내 기업들에게 희토류 원소로부터 재료나 부품을 개발하도록 권장. 시간이 흐르면서 희토류 공급망은 중국 내 첨단기술기업 육성전략의 핵심이 되었다. 일본에 희토류를 수출해서 그쪽의 일자리를 늘려주기 보다는 자국산 광물을 이용하여 자국 인민들을 고용하는 최첨단 제조업을 육성하려는 계획이 세워짐.
- 희토류 광물산업은 40억달러의 매출액을 매년 거두는 데 반해 재료산업, 첨담기기 부품산업, 완제품 산업 등은 각각 이보다 10배 이상 크다. 이는 이런 희토류 산업의 전체 생산액이 총 4조달러에 이른다는 것을 의미. 중국 관계자들은 다음과 같은 간단한 셈법을 하고 있다. 만약 지금 수십억 달러를 던져서 나중에 수조달러를 거둘 수 있다면, 우리가 못할게 뭐냐? 다음 수십년 안에 자동차로부터 태양광 패널까지 모든 첨단제품은 중국에서 생산될 것이고, 희금속류 생산에서 그랬던 것처럼 다른 나라의 제조업 기지들조차도 모두 중국이 빨아들일 것. 변화는 이미 진행되고 있음. 한때 중국 희토류 최대 수출시장이었던 일본의 산업은 지난 10년간 희토류에 의존하는 생산공정을 중국으로 옮기고 있음
- 중국북부 네이멍구 자치구에 있는 바오터우에는 바얀오보 광산이 있다. 이곳은 세계 최대의 희토류 광산. 이곳의 원광석은 겨우 6%의 희토류를 포함하고 있어 비교적 등급이 낮지만, 세계 최저단가로 희토류를 생산. 대부분의 바얀오보 원광석은 몰리코프의 광산이 내놓는 원광석과 동일한 형태로 희토류를 함유. 그러나 중국기업들은 희토류를 보다 값싸게 생산하는데, 이는 바얀오보가 희토류만 생산하는 광산이 아니기 때문. 이곳은 철광석이 산출되는 광산이기도 하며 희토류는 매우 수익성 있는 부산물임. 바얀오보 광산은 이미 철광석을 생산해서 제련할 수 있는 시설을 갖추고 있기 때문에, 여기서 희토류를 처리하는 비용은 다른 곳의 절반정도에 불과. 사실 희토로ㅠ는 다른 대부분의 비주류 금속들처럼 다른 기본금속의 부산물로 얻어짐. 예를 들어 알루미늄과 아연을 제련하는 과정에서 갈륨이 얻어지고, 니켈이나 구리광산에서는 코발트가 함께 나옴. 그리고 아연을 캐내는 과정에서 인듐이 나옴. 구리 하나를 제련하는 과정에서는 약 12종의 극미량 금속을 얻을 수 있음. 어떤 광맥에서 부산물을 얻는 것은 기업의 수지타산에 좋은 활력소가 됨. 그러나 많은 기업들은 이런 발견을 그다지 환영하지 않음. 이런 희금속들은 골치거리나 불순물로서 여겨져 꼭 제거해야 하는 물질이 되기도 함. 이렇게 되면 처리과정에서 생기는 금속공학적 공정비용을 증가시키고 다른 측면에서는 가치있는 원소들을 내버리는 결과를 가져옴
- 부산물을 이용하는 2차활용에서 어떤 원소를 뽑아내는 일은 비효율적이다. 예를 들어, 주취급 금속인 아연제련공정에서 뽑아내는 인듐의 수율은 총량대비 겨우 20%에 불고한데, 그 이유는 아연제련의 각 단계마다 인듐이 손실되기 때문. 이것은 결국 인듐생산을 극대화하려는 경제적 인센티브를 매우 적게 만든다. 부산물 생산공정의 독특한 성질 때문에 인듐이나 텔루륨과 같은 금속의 공급은 석유나 석탄처럼 가격이 상승함에 따라 공급이 지속적으로 상승하는 형태가 아닌, 정체상태에 있다가 갑자기 뛰어오르기를 반복하는 계단형을 이룸. 비용이 많이 드는 새로운 인듐 생산공정을 도입하기 위해서는 인듐의 시세가 일정수준 이상 올라야 하기 때문. 인듐이 킬로그램당 300달러일 때 제련업자들은 이윤에 따라 1800톤에서 2900톤 사이의 인듐을 생산함. 이는 가격이 조금 높아지면 어떤 회사들은 이 한도 내에서 생산량을 늘릴 수 있음을 의미. 그러나 기업들이 3000톤의 인듐을 생산하려면 인듐가격은 600불가지 뛰어야 함. 기업들이 이렇게 늘어난 생산량을 감당하기 위해서는 설비에 훨씬 더 큰 투자를 해야하기 때문 더욱이 추가로 생산설비가 도입된다 해도 적어도 5년간의 시장에 영향을 끼치지 못할 것. 이는 인듐을 사용하는 태양광 전지나 LCD 텔레비전의 수요가 치솟는대 해도 공급은 쥐고리만큼 늘어난다는 의미
- 중국과 경쟁하려는 신규 희토류 업체들이 수억달러를 들여 새로운 시설에 투자하더라도, 중국의 생산자들은 놀고 있는 생산라인을 언제라도 가동하여 국제시세를 떨어뜨릴 수 있음. 신규 광업기업은 돈으로 살 수 있는 모든 첨단기술을 가지고 있을지 몰라도 운용비용을 두고 중국과 경쟁할 수는 없다. 중국은 관련 법률에 어긋나는 금속생산을 여러 이유를 들어 규제해왔는데, 회사로 하여금 주변환경이나 근로자에 대한 노동조건을 엄수시키는 조치에서부터 가격유지를 위한 공급제한조치도 있었다.
- 전동칫솔에는 회로판이 장착되어 있는데, 이 회로판에는 콘덴서가 납땜으로 붙어 있으며, 이 콘덴서 안에는 탄탈럼이 들어 있어서 에너지를 저장. 또한 전동칫솔은 네오디늄, 디스프로슘, 붕소, 그리고 강철자석 뿐만 아니라 중국산 재료를 필요로 하며 이것으로 분당 3만 1000회가 넘는 회전수로 브러시를 돌린다. 그리고 전동칫솔은 동력원으로 니켈-카드뮴 또는 리튬 배터리를 사용. 이것을 만드는 데 쓰이는 35종의 금속은 비쥬류 금속의 광범위한 공급체인을 통해 공급됨. 브리질 CBMM사의 광부가 원광석을 캐면 에스토니아의 실메트는 이것을 가공처리함. 그리고 뉴욕의 레먼 일가는 이것을 부품제조업체에 공급하며, 제조업체는 이 금속으로 부품을 제조해 전동칫솔 업체에 판매. 이는 육대주에 걸친 거미줄 같은 네트워크다. 단지 이런 구성요소들만 해도 7개국(중국, 콩고, 첼레, 러시아, 한국, 인도네시아, 터키)를 거친다. 그리고 추가로 미량의 요소를 구성하는 중점재료들이 첨가됨. 아다마스인텔리전스사의 라이언 카스티유는 배터리에 들어가는 극미량 성분에만 희토류 500톤이 필요하다고 추정.
- 어떤 희금속은 그 자체가 친환경적이라고 간주됨. 니오븀이 철강재에 첨가될 때 철강재의 필요사용량이 격감하는 것처럼, 많은 희금속류는 다른 주요 금속에 첨가되었을 때 주요 금속의 필요량을 크게 감소시킴. 그래서 가공도중 줄생하는 이산화탄소의 양을 크게 줄이기 때문에, 이런 희금속류는 자체가 친환경적임. 그리고 일부 환경 보존론자의 귀에는 매우 거슬리겠지만, 친환경적 사회의 건설은 더욱 많은 희금속류의 채광과 제련을 필요로 함. 광업은 녹색경제의 반대개념이 아니라 필수개념임
- 스테레오 스피커나 컴퓨터 하드드라이브는 그램 단위로 희토류 금속을 사용하지만, 100미터 높이를 갖는 풍력발전소가 대당 사용하는 희토류 자석의 중량은 저런 종류의 제품들보다 수만배 많다. 풍력발전소 1기는 메가와트 전략단위당 250킬로에서 600킬로의 희토류 자석을 사용. 그러므로 고속도로변에 보였던 풍력발전소는 1톤가량의 희토류 자석을 사용. 연안용 풍력발전소의 용량은 10메가와트까지 커질 수 있는데, 그에 따라 희토류 자석의 중량 역시 3배로 커짐. 이는 즉 풍력발전소 1기당 2토가량의 희토류 자석을 사용하며, 지구상에서 가장 얻기 힘든 희토류 원소중 하나인 디스프로슘을 160킬로 정도 소비한다는 의미. 디스프로슘 공급은 차질을 빚고 있다. 미래의 하이브리드 자동차나 전기자동차는 대당 100그램 미만의 디스프로슘을, 미래의 풍력발전소는 기당 30킬로그램의 디스프로슘을 필요로 함. 그러나 전기자동차나 하이브리드 자동차는 앞으로 수백만대가 나올 예정이고, 풍력발전소는 수천기가 건설될 예정. 미국 에너지부 계산에 의하면 이런 생산량을 따라가려면 매년 디스프로슘 8000톤이 필요한데, 이는 2010년 생산량의 7배 수준.
- 07년 미국에서 제정된 에너지 자립 및 안보에 관한 법률이나 유럽연합의 비슷한 법안은 이런 에너지 절약 전등의 사용을 의무화, 하지만 이런 차세대 전등에 들어가는 외국산 희금속 때문에 역설적으로 이런 법안은 미국의 자원안보를 더욱 외부의존적으로 몰아가고 있음. 게다가 전등 자체도 점점 외국에서 생산되고 있음. ge, 실바니아, 오스람, 크리와 같은 전등제조업체들은 지난 7년간 모든 생산시설을 희토류 산지로 옮겼다. 생산비용이 낮기 때문이기도 하지만, 여기에는 더 중요한 이유가 있음. 내비겐트컨설팅사의 샘 제이프는 재료공급의 안정성을 주원인으로 들었다. 그는 많은 기업들이 아시아로 옮기는 가장 큰 이유는 재료비용 때문이지 노동비 때문이 아니라고 함. 그리고 중국의 자원수출 통제정책 때문에 중국산 원료는 국내가격이 저렴할 뿐 아니라, 중국내에서 친환경 제품을 생산한다면 공급을 더욱 신뢰할 수 있게 됨. 이런 이유들 때문에 여러 기업들이 중국에서 제품을 생산하고 있으며, 중국은 이제 저에너지 조명에 쓰이는 세계 희토류 형광물질의 80%를 소비하고 있음. 희토류 원소를 조명에 사용하는 신기술이 전력소모를 매우 줄여놓았듯이, 희금속을 다른 금속에 섞는 기술은 이산화탄소량을 격감시켜 더욱 큰 친환경 효과를 볼 수 있게 함
- 역사를 보면 주기율표의 잠재력을 뽑아낼 수 있는 나라는 곧 막강한 군사력을 보유하게 된다. 어떤 원소는 결정적 전술만큼이나 전투에서 엄청난 우위로 작용. 각 시대마다 가장 유리한 금속이나 재료로 무기를 만드는 방법을 터득한 문명은 주변의 여러 세력들을 지배해왔다. 기원전 1400년경, 즉 청동기 시대가 시작되고부터 1600년 후, 현재 터키 북중부에 위치한 문명의 대장장이들은 엄청난 발견을 함. 히타이트라고 불린 이들은 숯불로 철광석을 가열하고 다시 가열하기를 반복하면 엄청나게 강력한 금속을 만들 수 있다는 사실을 발견. 몇세기 동안 청동은 무기의 중심재료였다. 그러나 청동을 제조하기 위해서는 구리나 주석의 광맥을 찾아야 했다. 이것은 매우 어려운 일이었는데, 지각의 구리함유량은 대략 0.005%에 불과하며, 주석의 함유량은 그보다 적은 0.0005%에 불과하기 때문. 이에 반해 지각의 철 함유량은 5%나 된다. 히타이트인들은 철을 사용하여 무기를 더욱 값싸게 제조할 수 있었고, 농부의 무리를 막강한 전사의 군단으로 탈바꿈시킴. 히타이트인들의 야금술은 궁극적으로 전 부족민을 무시무시한 전사로 바꾸어 전쟁터로 끌어낼 수 있는 군사적 비결이었으며, 이런 비결을 풀어낸 히타이트는 중동의 패자로서 군림. 히타이트 대장장이들이 각지로 이주하게 됨에 따라 그들의 야금술은 아시리아를 포함한 여러 민족에 전수되어 철기시대를 확산시켰다. 아시리아인들은 이를 다시 군사적 우월성의 기반으로 삼았다. 아시리아인들은 철을 벼려 방패같은 여러 무기를 만들었다. 그들은 남보다 앞선 군사력을 사용하여 중동지역으로 페르시아 만과 이집트까지 뻗어 나갔으며, 그저 활과 화살로만 무장하고 있던 아랍인들을 압도했다. 수세기 후 주석이나 금과 같은 원광석을 충분히 보유하지 못했던 로마인들은 기발한 채광기술을 발견. 이것은 습식채광(절벽 같은 곳의 바위틈에 물을 부어 압력으로 쪼갠 후 그 파편에서 원광석을 채취하는 방법)이라고 불리는 것이었는데, 이 기술이 로마 전역으로 퍼져나가 로마는 풍부한 광물을 획득할 수 있었다. 이로부터 얻은 금속은 바로 전쟁에서 쓰이는 무기가 되었다.
- 오늘날 최강의 전투력을 가진 군대는 주기율표 위의 모든 원소를 자유자재로 뽑아쓸 수 있는 군대이다. 카드뮴과 텔루륨 혼합물은 방사능 검출기의 핵심으로 쓰일 뿐만 아니라, 공강의 수화물 검색대나 방사능 폭발물 탐지기에 쓰임. 미사일 표적유도나 제어장치에는 테르븀, 이트륨, 유로퓸 등 다량의 희토금속류가 들어감. 그리고 텅스텐은 철갑탄이나, 드론, 그리고 GBU-44와 같은 활강폭탄의 중요한 재료로 쓰임. 이런 재료들은 엄청난 성능을 내지만 한편으로는 미군당국에도 어려움도 주고 있음. 즉 이것들은 미국에 존재하지 않거나 생산되지 않는 희금속들을 사용. 첨단 무기를 유지하기 위해서 미국은 적어도 25종의 희금속류의 75%를 수입해야 함. 이것은 95년의 15종에서 늘어난 것이다. 2차대전에서 독일이 몰리브덴과 텅스텐을 수입에 의존했듯이, 점점 늘어나는 희금속류의 수입의존도는 미국에 큰 위협이 되고 있음. 즉 방위용 비주류 금속이 절실해질 어떤 시점에서 심각한 부족사태가 올 수도 있다.
- 우리가 점점 더 소비하는 자원은 종이만이 아니다. 기술적 진보는 자원사용을 감소시킬 것이라는 기대가 따르지만, 실제 역사를 보면 기술이 발전함에 따라 우리는 더욱 많은 재료를 사용해 왔고 이 대문에 더욱 많은 천연자원에 기대게되었다. 세계는 이제 더 많은 종류의 재료를 그 어떤 시기보다 많이 사용. 우리는 1세기 전보다 석재와 시멘트 같은 건설재를 34배 이상, 금, 구리, 희토류와 같은 원광석이나 산업용 광물은 27배 이상 사용하고 있음. 1인당 사용량도 더욱 늘어나서 현대인은 20세기에 들어설 때보다 10배 이상의 자원량을 쓰고 있다. 이것들의 대부분은 우리의 첨단 생활양식이 확산되면서 늘어난 것이다.
- 어떤 발명이 크게 흥할 지 알 수 없기 때문에 어떤 희금속이 크게 필요해질지도 알 수 없다. 30년전, 디스프로슘은 거의 가치가 없었음. 지금 이 원소는 자석 외에도 최첨단 생활양식의 필수요소가 되고 있음. 낮은 녹는점을 가진 갈륨은 고품질 3차원 프린터에 사용되고 있음. 3차원 프린팅은 가내 제조업의 한 형태이며 폭발적인 증가세를 보이리라 예상됨. 가돌리늄은 디스프로슘과 비슷한 원소인데, 오랫동안 에너지 효율적인 냉각작용을 할 수 있는 자석재료로서 가능성을 보여왔다. 이것을 이용한 미래기술은 값싼 냉장고를 만들어 아직 냉장고를 갖지 못한 수십억의 인구에게 보급하고 냉장고 시장에 혁명을 불러올 수 있다. 냉장고에 쓰이지 않는다 해도 이 기술은 언젠가 미래에 응용될 것이다
