희토류와 헬륨: 중국 과학기술의 양면성

여러분, 트럼프의 첫 임기 때를 기억하시나요? 그때부터 그는 이미 우리에게 반도체 수출 규제를 가하기 시작했는데, 왜 당시 희토류를 이용해 맞대응하지 않았을까요? 모두가 알다시피, 희토류는 우리의 비장의 카드이기 때문입니다. 덩샤오핑 동지는 이미 1992년에 “중동에는 석유가 있고, 중국에는 희토류가 있다”고 말한 바 있습니다. 하지만 문제는, 이 비장의 카드가 줄곧 우리 손에 있었지만 함부로 꺼내 쓸 수 없었다는 점입니다. 미국이 우리에게 극도로 의존하는 자원이 하나 있었기 때문이죠. 바로 헬륨입니다. 우리의 헬륨 수요는 정말 적지 않습니다. 지난 15년 동안 연평균 약 10%씩 증가해 왔습니다. 하지만 국내 공급 능력은 오랫동안 부족하여 수입에 크게 의존하고 있는데, 이는 큰 문제다. 헬륨은 저온 초전도, 항공우주, 광섬유 제조, 반도체 생산 등 첨단 기술 분야에서 매우 중요하다. 그런데 우리는 하필 이 분야에서 의존도가 높으며, 한때는 무려 95%에 달하기도 했다. 왜 헬륨은 이렇게 희귀할까요? 지구상의 헬륨 매장량은 애초에 많지 않으며, 주로 미국, 카타르, 알제리, 러시아 등 4개국에 분포해 있습니다. 미국 한 나라만 해도 전 세계 매장량의 40%를 차지하는 반면, 중국은 헬륨 매장량이 2%에 불과한 ‘헬륨 빈국’이며, 채굴 난이도도 훨씬 높습니다. 국제 10대 헬륨 생산업체 중 4곳은 미국 기업이며, 나머지 6곳도 미국의 기술에 의존하고 있다. 따라서 미국이 원하기만 한다면 공급을 완전히 차단할 수 있다. 이에 미국은 2012년부터 감산을 시작했고, 이로 인해 헬륨 시장 구도가 변화했다. 미국의 독점적 지위에서 미국과 카타르가 시장을 양분하는 구조로 바뀌었습니다. 2018년 무역전쟁이 시작된 후, 미국의 공급망 리스크가 높아지면서 우리는 미국으로부터의 수입을 줄이기 시작했습니다. 2019년, 미국의 의존도는 33%에서 23%로 떨어진 반면, 카타르의 점유율은 65%로 상승했습니다. 2022년 러시아-우크라이나 분쟁이 발발한 후, 러시아가 새로운 주요 공급원으로 부상했다. 작년 1월부터 8월까지 우리는 카타르에서 65%, 러시아에서 42%를 수입했으며, 미국의 점유율은 고작 2%에 그쳤다. 미국이 이제 와서 헬륨 수출 통제를 통해 우리를 압박하려 해도 꿈도 꿀 수 없다. 만약 미국이 카타르의 기술을 선택한다면, 오히려 자국의 공급에 차질을 빚을 뿐만 아니라 중요한 군사·외교 동맹국과의 관계도 소원해질 수 있다. 따라서 공급 다각화는 필수적이다. 우리도 국내 생산량 증대에 힘쓰고 있지만, 매장량의 품위가 낮고 추출이 어렵다는 점이 걸림돌이다. 그러나 2024년 중국과학원(CAS)의 연간 과학기술 공략상은 중국과학원 물리화학연구소의 대형 저온 냉동기 및 헬륨 추출 공학 시범 프로젝트에 수여되었다. 이들은 헬륨 분리막을 개발했는데, 마치 체로 거르는 것처럼 작은 분자인 헬륨을 걸러내어 저온에서 고순도 헬륨을 얻는 방식입니다. 이 기술은 이미 닝샤, 연장, 충칭, 푸링 등지에서 시범 운영되어 국산화율을 현저히 높이고 수입 의존도를 줄였습니다. 세계의 대부분의 헬륨은 천연가스 채굴의 부산물이다. 국내 천연가스전의 대부분은 헬륨 함량이 낮아 상업적 채굴 가치가 없다. 미국 산업계는 함량을 0.3%로 부수적 함유 기준으로 삼고 있는 반면, 중국은 실제로 0.1%로 정하고 있습니다. 0.1%라도 부수적 함유로 간주되지만, 이러한 경우는 드물며 대부분 중소 규모 가스전에 집중되어 있습니다. 하지만 최근 몇 년간 우리는 신장 타림 분지의 허다허 가스전을 발견했다. 처음에는 일반 가스전으로만 여겨졌으나, 617억 입방미터의 천연가스를 보유하고 있어 2004년부터 가스 공급을 시작했다. 2019년, 무역 전쟁을 배경으로 연구진은 호텐허 가스전의 초대형 헬륨 함유 매장량을 발견했으며, 확인 매장량은 2억 입방미터로 집계되었다. 규모는 미국의 대형 가스전에 훨씬 미치지 못하지만, 이미 국내에서 유일하게 함량이 0.3% 이상인 고품질 헬륨 자원이다. 호탄허 가스전에 대한 연구는 여전히 진행 중이며, 최근 한 논문은 호탄허 가스전이 전 세계 대부분의 헬륨이 풍부한 가스전과 달리 ‘얕은 층 저압’이라고 지적했다. 무슨 뜻일까? 지질 구조가 얕게 매몰되어 있고, 압력이 낮으며, 융기 높이가 높은, 매우 드문 지질 구조이다. 이 발견은 즉시 전 세계 지질학자와 전략가들의 주목을 끌었는데, 그들은 사고의 폭을 넓혀 이러한 요소를 미래 헬륨 탐사의 핵심 요소로 간주할 수 있음을 깨달았기 때문이다. 또 다른 논문에서는 중국 중서부 지역의 많은 분지가 유사한 지질 구조를 가지고 있어, 이곳이 향후 탐사의 주 무대가 될 것이라고 언급했다. 따라서 국내 헬륨 자원 매장량은 아직 발굴될 여지가 많다. 여러분, 이것이 바로 희토류가 무역 무기로서의 전략적 역할을 발휘할 수 있는 이유입니다. 향후 2~3년 동안 우리 헬륨 수요의 60%를 여전히 수입에 의존해야 하지만, 적어도 미국이 다시 우리를 압박하려 한다면 다소 어려워질 것입니다. 따라서 과학기술의 통합적 추진과 대내외적 역량을 모두 강화해야만 비로소 진정한 주도권을 장악할 수 있습니다.