망가니즈 단괴(망간단괴, 다금속 단괴)는 해저 퇴적물 표면에서 철과 망가니즈 수산화물이 핵 주위에 동심원을 이루며 침전되어 형성된 광물 결핵체로, 망가니즈(Mn), 니켈(Ni), 구리(Cu), 코발트(Co) 등 다양한 유가 금속을 함유하고 있다. 이들 금속은 산업 전반에 걸쳐 폭넓게 활용되며, 망가니즈 단괴 자체는 이러한 금속의 공급원으로서 경제적 가치가 높게 평가된다.
1. 금속 추출 및 제련을 통한 산업 원료화
망가니즈 단괴에서 추출된 주요 금속의 활용 분야는 다음과 같다.
- 망가니즈(Mn): 제철·제강 공정에서 철강의 강도와 내구성을 높이는 합금 원료로 사용된다. 또한 이산화망가니즈는 건전지의 감극제, 화학약품, 유리 및 법랑의 착색제, 비료 등에 활용된다. 최근에는 리튬이온 배터리의 양극재 원료로도 주목받고 있다.
- 니켈(Ni): 스테인리스강 및 초강합금의 원료, 화학·정유 시설, 전기제품, 자동차 부품, 전기차 배터리 양극재 등에 사용된다.
- 구리(Cu): 전기·전자 제품의 배선, 반도체, 자동차 엔진, 건축 설비, 통신 인프라 등에 필수적으로 사용된다.
- 코발트(Co): 내열 합금, 항공기 엔진, 군사 장비, 리튬이온 배터리 양극재의 핵심 원료로 사용된다.
대한민국 해양수산부와 한국지질자원연구원은 2013년, 수심 5,000m 심해저에서 채취한 망가니즈 단괴를 용융환원 공정(아크로에 투입하여 1,450℃로 용융)으로 처리하여 구리, 니켈, 코발트를 합금 형태로 회수하는 실증시험에 성공한 바 있다. 이 공정은 망가니즈 단괴 제련 기술의 상용화 핵심 공정으로 평가된다.
2. 전기차 배터리 및 친환경 에너지 저장 기술
망가니즈 단괴에 포함된 니켈, 코발트, 망가니즈는 NCM(니켈·코발트·망간)계 리튬이온 배터리의 핵심 양극재 원료이다. 전기차, 노트북, 스마트폰, 전기 자전거 등에 사용되는 배터리와 풍력·태양광 발전의 에너지 저장 시스템(ESS)에 필수적인 금속을 공급할 수 있는 잠재적 자원으로 평가된다.
3. 철강 및 조선 산업
망가니즈는 철강재에서 황(S) 성분을 제어하고 강도와 내구성을 높이는 합금 원료로 사용된다. 특히 포스코와 대우조선해양은 고망간강(High-Manganese Steel)을 개발하여 LNG 연료탱크에 세계 최초로 적용하였으며, 이는 극저온 환경에서도 높은 강도와 내마모성을 유지하는 특성을 가진다.
4. 희귀 금속 공급원으로서의 전략적 가치
망가니즈 단괴는 육상 광산의 고품위 광석이 점차 고갈되고 특정 국가(코발트의 경우 콩고민주공화국, 망가니즈의 경우 중국)에 편중된 공급망의 대안으로 주목받고 있다. 태평양 클래리언-클리퍼튼 해역(CCZ)에만 약 210억 톤의 망가니즈 단괴가 매장된 것으로 추정되며, 이 중 코발트 약 5.95억 톤, 니켈 약 2.7억 톤, 구리 약 2.3억 톤이 포함된 것으로 국제해저기구(ISA)는 추정한다.
5. 연구 개발 현황
대한민국은 2002년 국제해저기구로부터 북동태평양 클래리언-클리퍼튼 해역에 약 75,000km² 규모의 독점 탐사광구를 확보하였으며, 한국해양과학기술원과 한국지질자원연구원을 중심으로 심해저 채광 기술 및 제련 기술 개발을 지속하고 있다. 일본 역시 도쿄대와 일본재단이 미나미토리시마 주변 해역에서 망가니즈 단괴 약 2.3억 톤의 분포를 확인하고 2026년 이후 상업화를 목표로 추진 중이다.
6. 환경적 고려사항
망가니즈 단괴의 채굴은 심해저 생태계 교란, 퇴적물 플룸 발생, 소음 및 빛 공해 등의 환경적 영향을 수반할 수 있다. 단괴는 심해 생물에게 단단한 기질을 제공하는 서식지 역할을 하며, 성장 속도가 백만 년당 수 mm에 불과하여 채굴된 단괴가 재형성되기까지 수백만 년이 소요된다. 이에 따라 환경 단체와 일부 과학자들은 심해 생태계 보호를 위해 채굴에 신중한 접근이 필요하다는 입장을 제기하고 있다.
