미국 지질조사국, 리튬 1900만 톤 매장 지역 발견...2030 배터리 리튬 수요의 9배 충족

미국 지질조사국(이하 USGS)은 최근 연구에서 물 테스트와 머신 러닝을 결합해 탐사한 결과, 미국 아칸소주 남서부 지하에 500만~1900만 톤의 리튬이 매장되어 있을 것으로 추정된다고 발표했다. 

USGS는 1879년부터 미국의 지질, 에너지 및 광물 자원에 관한 신뢰할 수 있는 과학 정보를 제공하는 기관이다. 또한, USGS는 2020년 에너지법에 따라 미국 내 리튬 생산, 수요 및 수입을 추적하고 있다. 

이번에 발견된 리튬 매장량이 상업적으로 회수 가능하다면, 이는 2030년 세계 자동차 배터리용 리튬 수요의 9배 이상을 충족할 수 있는 엄청난 양이다. 

이 연구는 USGS와 미국 아칸소주 에너지 및 환경부 산하 주립 지질학 사무소(State Geologist)가 협력하여 수행한 것으로, 새로운 탐사 방법을 사용했다. 새로운 방법론은 스맥오버 암석층(Smackover Formation)에 위치한 염수에서 리튬의 양을 정량화할 수 있었다. 스맥오버 암석층의 염수에서 측정된 리튬 농도는 리터당 400밀리그램 이상이라고 한다.

스맥오버 암석층은 아칸소, 루이지애나, 텍사스, 앨라배마, 미시시피, 플로리다 일부 지역 아래에 걸쳐 있는 광활하고 다공성이 높은 석회암 지층으로, 고대 바다의 유적이다. 이 암석층은 쥐라기 지질 시대로 거슬러 올라가며, 풍부한 석유와 브롬 매장지로도 잘 알려져 있다. 최근에는 소금 매장지와 관련된 고염도 염수에 리튬이 포함되어 있을 가능성으로 주목받고 있다. 

석유와 가스 채굴 과정에서 함께 발생하는 염수는 그동안 폐기물로 간주되어 버려졌지만, 이 염수에서 귀중한 리튬을 추출할 수 있다면 경제성이 클 것으로 기대된다. 배터리 생산에 필수적인 중요한 광물인 리튬에 대한 세계적인 수요는 최근 몇 년간 급격히 증가했으며, 이러한 추세는 전기 및 하이브리드 차량으로의 전환이 가속화됨에 따라 더욱 지속될 전망이다.

미국은 현재 리튬의 25% 이상을 수입에 의존하고 있다. USGS는 아칸소 남부의 석유 및 염수 폐기물 흐름에서 추출된 리튬이 현재 추정되는 미국 리튬 소비량을 충족할 수 있을 만큼 충분하다고 보고 있다. 최소 500만 톤의 리튬이 매장된 것으로 추정되며, 스맥오버 암석층에 존재하는 리튬은 국제에너지기구(IEA)가 2030년 전기차에 대한 전 세계 리튬 수요를 예측한 양의 9배 이상에 달한다. 

USGS가 사용한 예측 모델은 인공지능의 한 종류인 머신 러닝을 활용하여 아칸소 남부 스맥오버 암석층에 매장된 리튬의 양을 최초로 추정한 것이다. 아칸소에서 채취한 샘플은 버지니아주 레스턴(Reston)에 위치한 USGS 염수 연구 계측 및 실험실에서 분석됐고, 이후 과거 USGS 생산수 데이터베이스(DB)에 저장된 탄화수소 생산 물 데이터와 비교됐다. 그런 다음, 머신 러닝 모델을 통해 지질 데이터를 결합, 리튬 샘플이 없는 지역에서도 해당 지역 전체의 총 리튬 농도를 예측하는 지도를 생성했다.

사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 발표된 연구에 따르면, 이 지역에는 500만~1900만 톤의 리튬이 매장되어 있을 것으로 추정된다.

USGS 보고서에 따르면, 2019년부터 2022년까지 미국이 수입한 리튬의 주요 출처는 아르헨티나(51%)와 칠레(43%)였으며, 중국(3%)과 러시아(2%)의 수입 비율은 매우 낮았다. 세계에서 가장 생산성이 높은 리튬 광산은 호주에 있으며, 그다음은 칠레와 중국이다. 2024년 1월 보고서에 따르면, 세계 최대 리튬 매장량은 칠레(930만 톤), 호주(620만 톤), 아르헨티나(360만 톤), 중국(300만 톤)에 위치하고 있으며, 미국의 리튬 매장량은 110만 톤이다.

보고서에 따르면 미국의 리튬 자원량은 1400만 톤으로, 볼리비아(2300만 톤)와 아르헨티나(2200만 톤)에 비해 적지만, 칠레(1100만 톤), 호주(870만 톤), 중국(680만 톤)보다 많다.

USGS 보고서는 전 세계적으로 리튬의 주요 용도가 배터리(87%)이며, 그 외에 세라믹 및 유리(4%), 윤활유(2%), 공기 처리(1%), 연속 주조 금형 플럭스 분말(1%), 의료(1%) 등으로 사용된다고 밝혔다.