47ℓ 1병에 30만원으로 치솟아

한때 축제, 분양 등의 홍보 애드벌룬과 아이들의 동심을 자극했던 부양풍선 등을 이제는 쉽게 볼 수 없을 가능성이 높아졌다. 최근 헬륨 공급파동의 심각한 징조로 일부 병원에서는 MRI용 액체헬륨의 공급중단사태도 이미 벌어진 상태로 전해졌다.

그동안 우려해 왔던 헬륨 공급불안정이 현실로 닥치며 미국, 카타르, 알제리 등에서 전량 수입해 왔던 우리나라는 마침내 단기 2년, 장기 5년가량의 수급불안정과 더불어 수입 및 공급가격의 폭등사태가 벌어지고 있다.

전 세계적으로 지난 2006년부터 시작된 헬륨 공급부족 현상은 플랜트 설비보수 및 외교문제 등이 지속적으로 반복되면서 3~4년 주기에 걸쳐 공급파동이 연속돼 왔다.

더욱이 올해 하반기와 내년부터는 미국 토지관리국인 BLM의 공급가격 폭등과 더불어 카타르 등에서의 헬륨 출하가 원활하지 못하는 등 장기적인 공급파동을 예고하고 있는 상황이다.

특히 BLM의 원유헬륨 경매가 올해를 기점으로 출하가 전면 중단되는 상황에서 에어프로덕츠가 공격적인 경매방식으로 최고가 입찰에 참가해 헬륨공급의 주도권을 거머쥐게 됐다. 따라서 AP가 향후 시장 공급가격 결정에 상당한 영향력을 미칠 것으로 예상돼 여타 메이저들도 가격이나 공급과 관련해서 독자적인 움직임이 어렵게 됐다.

이에 따라 국내 헬륨 공급업체들은 수요처에 이미 통보형식으로 가격인상이 진행되고 있는 것으로 전해졌다. 하지만 기존 가격으로 공급받았던 헬륨가격을 감안해 현재는 평균 50% 내외의 인상안을 제시하고 있으나 조만간 30~60% 가량의 추가 인상을 검토하고 있다는 게 관계자들의 설명이다.

이같은 움직임에 따라 삼성전자, LG디스플레이, SK하이닉스 등 반도체 관련 수요처들도 비상이 걸렸다. 제품의 생산원가에는 1%도 못 미치지만 소재의 중요성으로 인해 가격불문으로 물량 확보에 나서고 있지만 수급안정성을 확보하지 못하고 있는 헬륨 공급업체들은 공급계약체결에 대해 선뜻 나서지 못하고 있기 때문이다.

이런 상황이라고 하더라도 헬륨 공급업체들은 대규모 전자소재 수요업체에 대해선 0순위 공급을 지향할 수밖에 없다는 입장이다. 따라서 중소규모의 수요처에 헬륨을 유통하는 충전·판매업계는 용기 충전을 통한 재고 확대로 추가적인 공급불안에 대한 대비책을 마련해 놓기는 하지만 이마저도 녹록치 않은 게 현실이다.

그동안 관련업계는 헬륨이 보관도 용이하지 않아 재고부담도 높고 현실적인 사업에 연연하다보니 문제에 부딪칠 때마다 해결점을 찾는 안일함으로 시간만 소진해 온 것을 부인할 수 없다. 그런 와중에 현재 시중에 유통중인 47ℓ용기 한 병에 출하가 기준으로 약 12만원 전후였던 헬륨 가격은 30만원에도 구하기 어려운 실정이 됐다. 그나마도 없어서 못 판다는 게 현실이다. 이런 상황에서 제주소재 모 종합병원에서는 자기공명장치인 MRI를 설치하고 액체헬륨을 구하지 못해 시운전도 못하는 상황이라며 전전긍긍하고 있다는 전언이다.

과거 일선 헬륨 수입업체가 헬륨 ISO 컨테이너가 국내에 들여오면 헬륨 소진시까지 평균 15일 이상 또는 30일을 경과하는 경우가 허다했으나 지금은 대기중인 튜브트레일러로 인해 일주일도 안돼서 재고가 바닥을 드러내는 실정이다. 때문에 하루 300~500 달러에 달하는 ISO 컨테이너 임대료는 대폭 절감효과를 보고 있다.

액체헬륨 이송용 ISO 컨테이너 1대의 평균 액체헬륨 충전량은 4,500kg이며 평균 3,600㎥인 기체헬륨용 튜브트레일러 약 10대 분량이다.

2017년 헬륨 수입량 1,921톤

관세청 무역통계에 따르면 우리나라가 지난해 수입한 헬륨은 총 1,921톤(14,265,241㎥)으로 ISO 컨테이너 약 427대 물량이며 월평균 36대가 국내에 유입됐고 수입금액으로는 990여억원을 훌쩍 넘는 것으로 파악된다.

이같이 수입된 헬륨의 절반 이상(약 70%)은 반도체 및 디스플레이 등 전자분야에 공급됐으며 MRI 등 의료용 장비 10%, 광섬유 분야 7%, 초저온 분야 5%, 레이저 용접분야 3%, 벌룬 사업군에 약 2% 등으로 사용됐다.

올해 3분기까지의 수입량은 총 1,567톤(7,675,177㎥)이며 4/4분기까지 포함할 경우 전년도 수준의 물량과 엇비슷할 것으로 추정된다. 다만 하반기에 들어서면서 중동과 동남아지역의 태풍과 카타르 하마드항의 홍수 등으로 카타르發 ISO 컨테이너가 제때 선적되지 못한 탓에 전체 수입물량은 다소 감소할 것으로 보인다.

이와는 달리 미국, 카타르 등 헬륨생산기지로부터의 2019년 수입물량 예상량은 대폭 감소할 것으로 예상되고 있다. 수요증가 대비 생산량 감소와 가격인상 등으로 인해 국내 헬륨업체의 계약물량중 약 7~10% 가량의 삭감이 불가피할 것이라는 게 수입업체 관계자의 설명이다.

이와 더불어 수입가격의 인상에 따라 국내 유통가격의 추가적인 인상도 동반될 수밖에 없을 것으로 보인다. 2개월도 채 남지 않은 올해 인상폭은 그나마 30% 수준에 그칠 수도 있다. 하지만 내년 1월부터는 200% 이상의 인상가격 제시도 어렵지 않게 나타날 것으로 보인다.

내년도 국내 수입량 10% 감소, 가격은 200% 인상 전망

국내 헬륨시장은 에어프로덕츠코리아, 프렉스에어코리아, 에어리퀴드코리아, 대성산업가스, 대덕가스, KC티엔에스, 린데코리아 등이 수입·유통을 담당하고 있다.

이중 글로벌 시장의 주도세력인 에어프로덕츠의 한국법인인 에어프로덕츠코리아는 BLM 물량을 포함한 미국내 헬륨광산을 통해 비교적 안정적인 헬륨물량을 확보할 수 있을 것으로 보인다. 더욱이 에어프로덕츠는 현재 건설중인 카타르 헬륨 3플랜트의 수급계약을 체결해 놓고 공급안정화를 위한 기반을 더욱 공고히 굳히고 있다는 평을 받고 있다.

카타르 헬륨 3플랜트는 연간 최대 4억scf의 헬륨 생산이 가능하며 빠르면 2020~2021년경에 가동이 가능할 것으로 예측된다.

폴란드 PGNIG와 미국 Exxon Mobil 등에 광산을 유지하고 있는 프렉스에어의 한국법인인 프렉스에어코리아와 미국 Exxon Mobil과 Riley Ridge 등에 광산을 보유한 메티슨으로부터 물량을 공급받고 있는 대덕가스는 당장 내년도 물량 감소분은 발생하지만 국내의 자체 수요는 어느 정도 충당할 수 있을 것으로 전망되고 있다.

Linde의 경우는 카타르, 미국, 호주, 알제리 등 다각적인 소스를 확보하고 있으나 아시아지역에의 공급량은 그다지 늘지 않아 린데코리아의 경우 여전히 물량확보에는 고전할 것이라는 예측이다. 다만 린데와 프렉스에어의 합병 후에 공개될 수 있는 각각의 소스 활용방안에 대한 향방은 예의주시 해야 하는 상황이다.

에어리퀴드코리아도 카타르 의존도가 70%로 높지만 미국 Exxon Mobil과 알제리, 러시아 등에 소스를 다방면으로 확보하고 있어 국내 배정량에 대해선 어느 정도 충당할 수 있을 것으로 가늠하고 있다.

전량 카타르 소스에 의존하고 있는 일본 이와타니와 관계를 맺고 국내 공급에 나선 KC티엔에스는 가격인상과 카타르 단일 소스에 대한 물량수급 불안감이 즉각적으로 해소되지 않고 있지만 이와타니의 스왑형태 물량공급은 지속적인 공급 가능성을 예고하고 있다.

러시아와 알제리 등 해외업체와의 공급계약으로 수입하고 있는 대성산업가스는 헬륨 ISO 컨테이너 10여대를 자체적으로 보유하고 있다는 장점을 가졌으나 보다 명확한 물량 확보에는 어려움을 겪고 있어 부정기적인 수급상황인 것으로 전해지고 있다.

이같은 각 업체들의 긍정적인 예측에도 불구하고 전체적인 분위기는 내년도 계획된 수입물량중 약 30여대분의 ISO컨테이너는 공급이 줄어들 것과 공급가격은 200% 이상 인상될 것이라는 전망을 내놓고 있는 실정이다.

헬륨의 생성은 slow, 사용은 fast

헬륨은 이러한 현실과 가격인상에도 각각의 산업에서 중요하게 쓰이는 헬륨은 없어서는 문제가 심각하다. 그렇다고 지금과 같이 사용하다 보면 정작 수십 년 뒤에는 헬륨과 연관된 단어들은 전설로만 남을 수도 있다.

결국 지금 눈앞에서 벌어지는 가격인상과 공급파동이 문제가 아니라 머지않아 헬륨이란 가스가 지구상에 영원히 자취를 감추게 될 수도 있다는 게 우리에게 더욱 심각한 문제라 볼 수 있다.

신(神)은 47억년에 걸쳐서 헬륨(He)을 창조하기 위해 부단히 노력했다고 한다. 그러나 인간은 신이 노력한 세월의 1백만분의 1에도 못미치는 100여년의 세월 동안 헬륨을 사용하고 신의 창조물을 버리는 과오를 갖게 됐다.

우리 세대에 이같은 과오를 덮기 위한 방책으로 미래를 위한 헬륨자원의 이용가능성 확보를 위한 대안이 실질적으로 연구되고 실행돼야 한다.

이에 자원관련 전문가들은 헬륨의 가격을 지금보다 수십 배 이상 올려야 한다고 지적하고 있다. 이들은 헬륨 수요가 늘어나는 이유 중 하나가 지나친 평가절하로 아무렇게나 쓰고 버려도 되는 부재료로 인식되는 것은 옳지 않다는 것이다.

따라서 희귀가스인 헬륨 가격을 무시할 정도로 저평가되고 있지만 향후에는 제품의 원재료로서 당당하게 자리매김을 할 수준으로 가격인상이 지속돼야 한다고 주장한다.

이에 더불어 전문가들은 용접분야에서의 아르곤(Argon) 대체와 같은 특정분야에서의 대체가스에 대한 연구가 필요하며 극저온화를 위한 헬륨 사용은 폐시스템(Closed System) 또는 리사이클링 방법과 재활용 기술을 적극 활용해야 한다고 덧붙였다.

이런 차원에서 이미 MNR, MRI 장비에서는 액체헬륨 사용량을 대폭 줄인 기술적 진보가 이뤄졌다고 한다.

2021년 러시아 아무르 광산 개발 기대

현재 전 세계 헬륨시장의 약 75%는 Qatar의 Ras Laffan과 미국 와이오밍의 Exxon Mobil과 BLM이 연결한 파이프라인을 통한 헬륨정제 시설에서 생산되고 있다.

Qatar의 Ras Laffan Industrial City(RasGas)는 카타르 국영 에너지업체 QP의 자회사로 QP가 지분 70%를, 엑손모빌이 30%를 보유하고 있다.

이들 회사가 운영중인 카타르 헬륨 1플랜트는 Air Liquide, Linde가 각각 50%의 공급권을 가지고 있으며 2플랜트는 Air Liquide, Linde, Iwatani가 각각 50%, 30%, 20%의 공급권을 할당받아 운용하고 있다. 이 2개 플랜트에서 생산하는 헬륨은 연간 약 5,660만㎥에 이르며 세계 액체헬륨 수요 32%를 충족할 수 있는 양으로 ISO 컨테이너 2,000대 분에 달한다.

여기에 러시아 가스프롬이 이른바 ‘시베리아의 힘(Power of Siberia)’ 프로젝트의 일환으로 러시아 아무르주 스보보드니 지역에서 대규모 헬륨 플랜트를 건설하고 있다.

가스프롬은 차얀딘스코예 가스전이 위치해 있는 이곳에서 연간 490억㎥의 천연가스를 처리할 수 있는 플랜트와 연산 6,000만㎥의 헬륨생산시설을 오는 2021년 이후부터 가동한다는 목표로 설비공사를 추진중에 있다.

한편 미국이 생산해 보관하고 있는 헬륨의 양은 6억8,530만㎥ 가량이며 미국 내 매장량은 약 43억㎥로 추산된다. 연간 전 세계적으로 소비되는 헬륨의 양만 약 2억3,000만㎥에 달한다.

상업적 가치가 있는 매장량 기준으로 미국이 전체 매장량의 20%를, 알제리와 러시아가 각각 22%, 25%, 폴란드가 8.5% 등을 보유하고 있는 것으로 전해지고 있다.

이밖에도 세계 각국의 메이저급 헬륨공급업체들은 카타르, 러시아 아무르, 알제리, 탄자니아, 캐나다, 미국 등에서 추가적인 헬륨 광구 개발에 적극적인 움직임을 나타내고 있다.

헬륨의 생산과 공급방식

헬륨(He)은 원소기호 2 즉 양자 2개에 중성자 2개의 원자핵을 가지는 기체로 수소다음으로 가벼우며 우주에서 수소 다음인 2번째로 풍부하며 별에 집중돼 있고 별에서는 핵융합에 의해 수소로부터 합성되는 물질이다.

우리 인류가 일반 대기(大氣)중에서 얻어낼 수 있는 여러 종류의 가스들과는 달리 헬륨은 희귀성 측면에서 대기 함유량이 0.0005%로 한손으로 꼽을 수 있는 매우 부족한 자원중 하나이다. 다만 방사성 광물, 운철, 광천 등에도 소량 존재하지만 미국의 텍사스·캔자스·오클라호마·애리조나·유타 등과 카타르, 알제리, 호주 다윈 등에서 산출되는 천연가스에는 많은 양의 헬륨이 한 성분(7.6％)으로 존재한다.

따라서 헬륨은 인공 제조할 경우 과도한 비용투자가 요구돼 경제성이 없기 때문에 현실적으로 헬륨을 얻을 수 있는 유일한 길은 천연가스(NG)에 함유된 0.2～10mol%의 천연헬륨을 추출·정제하는 방법이 현재로선 최적의 선택인 셈이다.

이같은 헬륨은 천연가스에서 추출과 정제의 복잡한 과정을 거쳐 전 세계 수요처에 도착하기까지 많은 시간과 비용이 소요될 수밖에 없는 생산·유통구조를 띄고 있다.

이에 따라 점차 소멸해가는 헬륨의 실용적인 유통과 사용을 위해 메이저 공급업체들은 고도의 초저온논리학을 다각적으로 동원, 배송과정에서 발생할 수 있는 손실을 최소화하는 공급방법 마련에 모든 노력을 기울이고 있다.

현재 헬륨을 생산지에서 소비지까지 가장 경제적으로 배송·충전·공급하는 방법은 액체헬륨을 사용하는 것이다. 산업용가스업체들은 최대 충전량이 약 4만ℓ에 이르는 특수한 초진공 절연 탱크컨테이너를 이용, 헬륨액화장치로부터 직접 헬륨을 공급받아 충전한다.

이같이 경제적·기술적 이유에 의해 전적으로 탱크컨테이너에 액체상태로 대량 충전되는 만큼 국가와 국가간, 대륙과 대륙간의 배송은 선박을 통한 해상운송에 의존하고 있다.

이후 헬륨 충전설비를 통해 공급량과 고객사의 상황에 따라 액체와 기체 두 종류로 구분해 충전을 하게 된다. 이때 액체는 최소 30리터에서 최대 4백50리터 용량의 초진공 절연용기에 담겨지며 기체헬륨은 200bar압력에서 최대 4천㎥까지 충전해 수요처에게 공급하게 된다.

헬륨의 활용과 연구

먼저 헬륨의 첫 번째 특징으로 ‘낮은 분자량’을 꼽을 수 있는데 수소(H2)를 제외하면 지구상에서 가장 가벼운 원소이며 대표적인 희귀가스의 하나이다.

다음은 ‘높은 확산율’로 원자의 크기가 워낙 작기 때문에 극단적으로 미세한 틈새조차 별다른 어려움 없이 통과할 수 있고 구리(cooper)의 1백배에 달하는 ‘고도의 열전도성 및 열처리성’도 헬륨이 지닌 핵심적인 특징이다.

산업적 관점에서 가장 중요한 헬륨의 특징은 ‘낮은 끓는점과 초전도성’이다. 실제로 -269℃의 액체헬륨은 지구상에 존재하는 모든 가스들 중 가장 낮은 끓는점 보유자이자 지구상에서 가장 차가운 액체이며 현존하는 최상의 금속초전도체(metallic superconductor)로 꼽히는 것도 이 때문이다.

이같은 특성으로 인해 액체헬륨의 가장 대표적인 시장인 MRI, NMR(핵자기공명 진단장치)를 비롯, 초전도 자기장 검출기, 분석용 센서 및 검지기, 고 자기장 분리장치 등의 운용에 필수불가결한 가스로 자리매김했으며 핵융합·아원자(亞原子) 입자물리학, 저온물리학, 초전도 자기학 등 학문적인 쓰임새도 계속 넓어지고 있는 추세이다.

또한 헬륨은 전자·반도체와 LCD 등에 필수적인 요소로 사용되며 금속 용접중 발생하는 산화 즉 산소와 반응하는 것을 막기 위해 공기를 차단하는 비활성 기체로 이용된다. 또한 액체수소의 온도에서 유일하게 기체로 존재하기 때문에 로켓의 추진연료 탱크, 특히 액체수소 연료탱크에 압력을 가하는 데 사용될 뿐 아니라 비행선·기구(氣球)의 부양(浮揚)용 가스, 각종 반응기 및 전류발생장치의 냉각가스 등은 이미 잘 알려진 헬륨 수요처이다.

아크(Arc)용접에서는 쉴드(shield)가스로도 사용되며 레이저산업에서는 레이저를 발생시키는 공명기(resonator)와 레이저 절단용 가스 등 두 가지 역할을 수행한다. 또한 가스크로마토그래피(GC)의 운반 및 퍼지용 가스, 표준가스 및 시험가스(test gas), 누출탐지용 추적가스(tracer gas) 등과 광섬유와 금속열처리 분야에 있어 보호(protective)가스로도 역량을 발휘중이다.

이밖에도 혈류에 대한 헬륨의 용해도가 낮기 때문에 높은 압력하에서 숨 쉴 수 있는 호흡장치에 산소와 혼합해 심해(深海) 잠수시의 호흡용 가스로 쓰이고 운석과 암석의 연대를 측정하기 위해 이들 속에 들어 있는 헬륨의 함량을 분석하기도 한다.