공만식 고등기술연구원 수석연구원

최근 구리 가격이 심상치 않다. 2021년도에 들어 런던금속거래소(LME) 구리 가격이 급격히 상승하고 재고가 줄어들고 있다. 그 원인은 전기차, 태양광 등에 활용되는 구리 양의 증가가 큰 역할을 하고 있기 때문이다. 내연기관의 구리 사용량이 대당 평균 20㎏ 인 반면, 전기차에는 83㎏이 사용된다고 하니, 4배가량 많이 사용되고 있는 셈이다. 또한 골드만 삭스는 지난해 글로벌 구리 수요의 2/3를 전기차가 차지했다고 밝히고 있다. 

구리의 가격이 높아짐에 따라 전기차 메이커에서는 구리의 사용량을 줄이기 위한 기술에 착수했다고 한다. 컨설팅 회사 CRU 그룹은 올해부터 2030년 사이 전기차의 대당 평균 구리 사용량 추정치를 51~56㎏으로 낮추고 골드만 삭스 역시 전기차용 구리 사용량을 지난해 73㎏에서 2030년경 65㎏으로 떨어질 것으로 전망했다.

그러나 구리의 수요는 쉽게 떨어지지 않을 것으로 필자는 예상한다. 전기를 이송하는 척도인 전기전도도(IACS)는 은(Ag) 105%, 구리(Cu) 100%, 금(Au) 70% 알루미늄(Al) 61%로써, 전기의 흐름을 가장 안전하게 공급하며 제조가 용이한 구리를 사용하게 된 것이다.

구리를 대체하기 위해 가격이 낮고 가벼운 알루미늄 등은 전기차 화재안전과 전기에너지의 효율적이 사용에 제한이 있어서 사용하기에 어려운 현실이다. 태양전지와 같은 신재생 에너지로부터 전기 생산과 이송을 위해서도 같은 개념으로 구리가 필수적으로 사용되고 있다. 

이들 부품에는 전기모터, 부스바, 전선, 신호선, 방열부품 등이 있다. 전선 및 부스바와 같은 전기의 생산과 이송, 배전의 예를 들어보자. 전기가 이동할 때, 전기저항이 높으면 열이 발생하고, 열이 발생하면 재료의 전기저항이 증가하기 마련이다. 이에 따라 전기의 효율은 지속적으로 감소하게 되는 원인이 되는 것이다. 결국 전기차 및 배전반의 화재 발생의 원인이 되기도 한다. 

필자는 구리를 사용하는 수배전반용 부스바의 방열코팅을 연구한 적이 있다. 같은 구리 재료를 사용한 부스바라도 방열코팅을 하면 전기에너지가 무려 11%정도 절감된다는 것을 확인하였다. 즉 기존 부스바의 온도 70.7℃, 방열코팅 부스바 62.8℃ 로, 7.9℃의 방열효과가 있으며 온도와 전기전도도는 선형 관계이므로 전기에너지의 절감이 가능할 것으로 판단하였다. 또한 같은 체적에서 저항이 높으면 발열이 증가하므로 저항이 낮은 구리를 사용할 경우 발열을 낮출 수 있기에 전기차 배터리 등의 안전성을 위해 사용되고 있는 것이다.

반면 최근 전기차의 경량화를 위해 전도도는 61%(IACS)로 낮지만 비중(g/㎤)이 낮은 알루미늄을 사용하려는 시도가 진행되고 있다. 이 것은 구리와 접합한 구리/알루미늄 클래딩 부스바이다. 경량화의 장점은 있지만 전기전도도 확보를 위해 부피를 증가시켜야 할 것이므로, 다시 무게는 증가 될 것이고 무게와 부피를 동시에 감당해야 할 것으로 판단된다.

그러나 최근 높은 구리 가격으로 인해 대체 수요는 증가할 것으로 예상되기도 하지만, 무엇보다 자동차의 화재 안전을 위해 많은 검증이 필요할 것이라 판단되어진다.

구리의 장점은 전기 관련 성능뿐 아니라 다음과 같은 장점들이 있다. 가공성이 용이하며, 내부식성, 항균성, 제조공정이 수월하다는 장점이 있다. 최근 코로나와 같은 감연균에도 멸균 특성을 이용한 제품이 다양하게 출시한 경우도 있다. 

최근 부품소재의 공급에 대한 국제적인 제한이 큰 문제로 대두되고 있다. 수입에 의존하는 특수 동합금의 공급망 확보를 위해 국산화 개발에 많은 관심이 필요할 때이다.

특히 CBAM(Carbon Border Adjustment Mechanism, 탄소국경조정제도)의 발현으로 구리 부품소재의 국제 경쟁력에 대한 제고가 필요하다. 부품소재의 생산공정과 이동까지 고려한 탄소 발생을 제품의 가격으로 치르게 될 것으로 예상된다. 이러한 상황에서 국내 부품소재 제조기업은 기존 공정을 최대한 저탄소 공정으로 바꾸어야 할 것이나 추가적인 투자 비용의 발생이 불가피한 상황이다. 

이에 따라 필자는 재활용을 통한 탄소중립의 기여에 대한 방안을 제안하고자 한다. 특히 구리는 재활용이 잘 되는 금속재료에 속하므로, 스크랩(전선, 가전제품, 전자부품 등) 및 슬러지(도금공정, 식각공정, 분쇄공정 등의 부산물) 등에서 최대한의 재활용 기술을 활용함이 바람직할 것으로 판단된다. 이에 따라 귀해지는 구리 자원의 재활용과 더불어, 국제 구리 재고 감소, 구리 광산 개발의 한계 등을 극복할 수 있으며, 전기차 및 신재생 에너지의 필수 소재인 구리의 공급망 확보에 기여하는 방안이 되지 않을까 예상해 본다.