광물 독점 갈륨에 대한 중국의 통제는 국가 안보 위협이다

[힘힘]

광물 독점

갈륨에 대한 중국의 통제는
국가 안보 위협이다

작성: Matthew P. Funaiole, Brian Hart, Aidan Powers-Riggs

2023년 7월 18일

수십 년간의 전면적인 산업 정책으로 인해 중국은 미국의 가장 진보된 군사 기술 중 일부를 구동하는 고성능 마이크로칩을 생산하는 데 사용되는 중요한 광물인 갈륨에 대한 거의 완전한 독점권을 갖게 되었습니다. 갈륨 수출을 제한하려는 중국의 최근 움직임은 워싱턴과 그 동맹국들이 중요한 광물 공급망의 위험을 제거해야 할 필요성을 드러냈습니다.

갈륨 공급망의 눈에 띄는 취약성을 해결하지 못하면 미국과 동맹국에 심각한 국가 안보 및 경제적 문제가 발생할 수 있습니다.

중국은 전 세계 천연 갈륨 공급량의 98%를 생산합니다.

갈륨은 주로 보크사이트를 알루미늄으로 제련하는 과정에서 추출되며 이를 통해 미량의 갈륨을 회수할 수 있습니다.

보크사이트는 풍부하지만 그 채굴은 소수의 국가에 집중되어 있으며 중국 회사는 보크사이트에서 추출한 거의 모든 갈륨을 책임지고 있습니다.

미국 및 기타 선진국 경제는 중국에서 갈륨을 구매하고 상업 및 군사 응용 분야에 사용하기 위해 추가로 정제합니다. 

갈륨 기반 반도체는 미국 방위 산업, 특히 차세대 미사일 방어 및 레이더 시스템, 전자전 및 통신 장비에 필수적입니다.

미가공 갈륨 공급에 대한 중국의 압박은 미국과 그 파트너들에게 중대한 취약점이며, 미국이 노출을 제한하는 조치를 취하지 않으면 중국이 악용할 태세입니다.

갈륨의 혁신적인 속성  

---

갈륨의 고유한 화학적 및 물리적 특성으로 인해 고급 군사 장비와 같은 고성능 응용 분야에 사용하기에 매우 적합합니다. 다른 재료와 결합할 때 갈륨은 " 와이드 밴드갭 " 반도체 로 알려진 특별한 종류의 칩을 생산하는 데 사용됩니다 .

이 칩은 기존 실리콘 칩보다 더 높은 온도, 전압 및 주파수를 처리할 수 있어 더 빠르고 효율적입니다.

갈륨 칩은 오랫동안 군사 기술의 발전을 주도했습니다. 1970년대에 미국 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)는 갈륨 비소(GaAs)로 만든 차세대 반도체를 배양했습니다. 이 반도체는 미국 글로벌 포지셔닝 시스템, 정밀 유도 무기 및 레이더의 발전에 힘을 실어 주었으며 GaAs는 스마트폰을 포함한 많은 현대 전자 제품에 널리 사용되고 있습니다. 

이제 질화갈륨(GaN)이라는 고급 화합물의 개발(역시 DARPA에서 육성 )은 새로운 기술 혁신에 힘을 실어주고 있습니다. GaN은 최신 레이더를 혁신하여 새로운 레이더 모듈이 거의 두 배의 거리에서 더 작고 빠르며 더 많은 위협을 추적할 수 있도록 합니다. 이러한 최첨단 레이더 시스템 중 다수는 수천 개의 갈륨 기반 칩으로 구동됩니다.

미국과 동맹군은 GaN 강화 레이더를 F-35 스텔스 항공기, 패트리어트 및 고고도 미사일 방어 시스템과 같은 미사일 방어 시스템, 수십 척의 첨단 해군 전함을 포함한 중요한 플랫폼에 신속하게 통합하고 있습니다. 이러한 업그레이드는 극초음속 미사일 및 차세대 스텔스 항공기와 같은 새로운 위협을 방어하는 미국과 연합군의 능력에 엄청난 변화를 가져올 준비가 되어 있습니다.

갈륨 기반 칩은 또한 상업 부문에서 점점 더 중요해지고 있습니다. 효율성과 내구성은 5G 베이스 타워의 열악한 조건과 태양 전지 및 전기 자동차와 같은 핵심 녹색 기술에 매우 적합합니다.

GaN wurtzite 크리스탈의 아티스트 렌더링

갈륨의 중요성은 커질 것으로 예상됩니다. 칩 제조의 지속적인 발전이 무어의 법칙 의 한계를 넘어서면서 업계 전문가들은 갈륨 기반 칩이 실리콘을 뛰어넘는 잠재적인 방법으로 보고 있습니다. 이러한 추세는 2030년까지 GaN 칩의 글로벌 시장에서 연간 25%의 성장을 이끌 것으로 예상됩니다 .

국방 애플리케이션은 이러한 증가의 약 절반을 차지할 것으로 예상되며 , 이는 미국과 동맹국의 군사 현대화 노력에 대한 갈륨의 전략적 가치를 강조합니다. GaN 레이더 시스템의 선도적인 생산업체인 Raytheon의 최고 경영진은 2023년에 "GaN은 우리가 생산하는 거의 모든 최첨단 방어 기술의 기반"이라고  언급했습니다 .

---

GaN은 우리가 생산하는 거의 모든 최첨단 방어 기술의 기초입니다.- Colin Whelan, Raytheon Missiles & Defense 첨단 기술 부문 사장

---

중요한 산업에서 갈륨에 대한 수요가 증가함에 따라 안정적인 광물 공급 확보에 대한 이해 관계가 높아졌습니다. 갑작스러운 갈륨 공급 충격은 방산 제조업체와 광범위한 경제 안보에 영향을 미칠 것입니다.

USGS(US Geological Survey) 전문가의 2022년 분석 에 따르면 갈륨 공급이 30% 중단되면 미국 경제 생산량이 약 6,000억 달러 또는 GDP 의 2.1% 감소하는 연쇄 효과가 발생할 수 있습니다 .

방산 제조업체는 전 세계 갈륨 최종 사용의 작은 부분만을 차지하지만 반도체 및 기타 주요 전자 제품의 부족과 공급 중단은 방산 회사에 장기적인 문제를 제기할 수 있습니다. 미군의 주요 GaN 칩 공급업체 중 상당수는 민간 고객에 대한 상당한 판매 수익에 의존하고 있습니다. 상업적 운영이 중단되면 갈륨 기반 시스템에 대한 방위 산업의 증가하는 요구 사항을 충족하는 능력이 복잡해질 수 있습니다.

워싱턴과 그 동맹국 모두 수년 동안 이러한 위험을 알고 있었습니다. USGS는 2018년부터 주요 광물 목록의 각 반복에 갈륨을 포함시켰으며 주요 광물에 대한 가장 최근의 검토에서 갈륨을 공급 위험 측면에서 1위(50개 중)로 평가했습니다. 유럽 연합(EU) 과 일본 도 갈륨을 국가안보에 중요한 전략적 원료로 지목했다.

미중 긴장이 고조되면서 판돈은 더욱 높아졌다. 2020년 트럼프 행정부는 미국의 중요한 광물 의존도를 국가 비상사태로 선포했고 , 바이든 행정부의 2021년 100일 공급망 검토에서는 갈륨에 대한 미국의 중국 의존이 "반도체 생산에 광범위한 영향을 미칠" 중단을 초래할 위험이 있다고 경고했습니다.

그러나 미국 및 해외의 중요 광물에 대한 정부 정책은 리튬 및 코발트와 같은 신흥 녹색 기술에 필요한 일부 선별된 투입물 그룹에 대한 접근을 확보하는 데 크게 편향되어 있습니다. 갈륨과 같이 잘 알려지지 않은 광물에 대한 유사한 관심의 부족으로 인해 정부와 업계 리더들은 가능한 중단의 결과에 대비하지 못했습니다.   

중국 정부는 2023년 7월 초 고급 칩 및 칩 제조 장비에 대한 최근 시행된 수출 통제에 대응하여 갈륨 금속 및 주요 갈륨 화합물(GaN 및 GaAs 포함)에 대한 수출 제한 슬레이트를 발표하면서 이 취약점을 드러냈습니다 . 미국, 일본, 네덜란드. 발표 첫 주 안에 갈륨 가격은 글로벌 거래자들이 공급을 확보하기 위해 몰려들면서 27% 급등했습니다 .

중국이 새로운 규제를 정확히 어떻게 적용할지는 아직 불분명하다. 이러한 움직임은 중요한 광물에 대한 통제권을 미국과의 기술 경쟁을 강화하는 도구로 활용하려는 중국의 의지를 보여주는 활 건너편 기회로 작용했습니다. 

갈륨 지배를 향한 중국의 길  

---

갈륨 공급망에 대한 중국의 통제는 간접적으로 이루어졌습니다. 갈륨은 주로 알루미늄의 주요 광석인 보크사이트를 처리하는 부산물로 파생됩니다. 따라서 그것의 생산은 세계 알루미늄 시장의 역학과 밀접한 관련이 있습니다.

산업 강국으로의 국가 부상은 알루미늄 산업의 폭발적인 성장을 주도했습니다. 광범위한 정부 보조금과 세금 인센티브 덕분에 중국은 2000년에서 2022년 사이에 알루미늄 생산량이 10배( 420 만 톤 에서 4020 만 톤으로) 증가했습니다 . 오늘날 중국은 전 세계 알루미늄의 약 59%를 공급합니다.

중국 산둥성 옌타이의 보크사이트 하역장.

이러한 선도적인 위치 덕분에 중국은 전 세계 갈륨 생산에서 압도적인 점유율을 확보할 수 있었습니다. 신중한 정부 정책도 중요한 역할을 했습니다. 베이징은 호황을 누리고 있는 알루미늄 생산업체가 갈륨을 추출할 수 있는 시설을 설치하도록 요구했습니다. 2005년부터 2015년까지만 해도 중국의 저순도 갈륨 생산량 은 22미터톤에서 444미터톤으로 폭발적으로 증가했습니다.

중국의 급속한 산업 성장은 세계 시장에서 공급 과잉을 야기하여 2010년대 대부분에 걸쳐 갈륨 가격의 심각한 변동을 촉발했습니다. 그 결과 영국, 독일, 헝가리, 카자흐스탄의 주요 공급업체가 어려움을 겪었고 생산을 중단해야 했으며 중국은 사실상 세계에서 유일한 공급업체가 되었습니다 .

가치 사슬을 오르다

---

원료 갈륨 생산에 대한 지배권을 쥐고 있는 중국은 경쟁자들보다 우위를 점할 수 있지만, 국가 지도자들은 장기적인 이점이 최첨단 혁신에서 얻어진다는 것을 이해하고 있습니다. 이를 달성하기 위해 중국은 미국과 동맹국을 제치고 갈륨 기반 반도체 생산의 글로벌 리더가 되도록 자국 기업을 적극적으로 지원하고 있습니다.

2021년에 발표된 중국의 최고 국가 경제 청사진인 14차 5개년 계획은 와이드 밴드갭 반도체, 즉 GaN과 실리콘 카바이드라고 하는 또 다른 화합물을 핵심 초점 영역으로 식별 합니다 .

갈륨 기반 반도체 개발의 진전은 중국이 기술 자급자족을 위한 추진력을 발전시킬 수 있는 독특한 기회를 제공할 수 있습니다. 반세기 이상 존재해 온 실리콘 기반 칩에 비해 GaN 반도체는 여전히 성숙 단계에 있으며 새로운 시장이 등장하고 있습니다.  

---

반도체 산업이 실리콘에서 갈륨으로 넘어가면서 중국이 주도권을 잡을 준비를 하고 있다.- Hao Xiaopeng, State Key Lab of Crystal Materials

---

중국이 GaN 반도체 개발의 초기 단계에서 돌파구를 마련할 수 있다면 전기 자동차용  고급 배터리 생산에서 선두를 차지하는 데 성공한 것과 유사한 방식으로 잠재적으로 초기 이동자 이점을 확보할 수 있습니다.

3세대 반도체 전문 중국 전문가들은 갈륨 칩을 개발하려는 베이징의 노력이 미국, 유럽, 일본을 기술적으로 뛰어넘는 것을 목표로 하고 있음을 시사했습니다. 중국 국가핵심연구소의 한 저명한 연구원은 “반도체 산업이 실리콘에서 갈륨으로 바뀌면서 중국이 주도권을 잡을 준비를 하고 있다”고 주장했다 .

외국의 갈륨 기반 반도체 기술을 획득하려는 중국의 노력의 규모는 그 야망을 드러냅니다. 지난 10년 동안 중국의 개인, 기업 및 단체는 미국 및 기타 선진국 기업의 GaAs 및 GaN 기술을 표적으로 삼기 위해 체계적인 기업 스파이 활동 및 전략적 인수에 참여했습니다.

외국 갈륨 기술을 겨냥한 중국의 노력

• -- 1 --
• -- 2 --
• -- 삼 --
• -- 4 --
• -- 5 --
• -- 6 --

년도2010년설명매사추세츠의 연방 배심원단은 GaAs 기술이 포함된 수출 통제 전자 부품을 중국의 군사 기관에 불법으로 수출한 두 명의 중국인에게 유죄 판결을 내렸습니다 .

이러한 노력은 중국의 군사 현대화에 대한 배당금을 지불했으며 중국의 안보 및 개발 목표를 통합하기 위한 전면적인 추진인 베이징의 군사-민간 융합 전략을 예시했습니다.

중국 최고의 군사 레이더 제조업체인 CETC(China Electronics Technologies Group Corporation)의 최고 인력은 2018년에 "[미국']에서 사용하는 것과 성능이 비슷한 최첨단 GaN 기반 레이더 기술을 개발했다고 주장했습니다 . F-22와 F-35.”

더 최근에는 2021년에 CETC가 스텔스 항공기와 순항 미사일을 쉽게 탐지할 수 있다고 주장 하는 "Lingdong"(灵动)이라는 차세대 GaN 지원 레이더 시스템 제품군을 출시했으며 , 2023년에는 중국 학자들이 계획을 요약한 논문을 발표했습니다. GaN 기술을 사용할 가능성이 높은 첨단 해군 레이더 시스템을 위해 새로운 시스템은 중국에서 멀리 떨어져 있는 호주나 괌과 같은 목표물을 탐지할 수 있을 것으로 알려졌습니다.

YLC-8E 레이더

5G를 포함하여 GaN의 상용 애플리케이션에서 성장 모멘텀이 시장 역학을 재구성하고 있습니다. 많은 미국, 유럽 및 일본 회사가 기술 우위를 유지하는 동안 베이징의 재정적, 정치적 지원 으로 힘을 얻은 여러 중국 회사가 갈륨 기반 칩 생산의 핵심 업체로 부상했습니다.

갈륨 기반 칩의 선도적인 중국 제조업체인 Innoscience는 세계 최대의 GaN 제조 시설 두 곳을 운영하고 있으며 미국, 유럽 및 한국에 지사를 두고 해외로 확장했습니다. SK그룹, ASML과 같은 주요 한국 및 유럽 기업의 자본과 파트너십의 혜택을 받았고, 중국의 군사 항공우주 대기업인 AVIC(Aviation Industry Corporation of China)의 벤처 캐피탈 자회사인 AVIC Trust로부터 투자를 받았습니다.

Suzhou Nanowin, HiWafer, Sanan IC와 같은 다른 중국 기업들이 바짝 뒤따르고 있습니다. Suzhou Nanowin의 한 임원은 최근 회사가 GaN 기판 생산을 위해 세계 시장 점유율의 30%를 확보하는 것을 목표로 삼았다고 자랑했습니다   .

앞을 내다보다

---

더 유능하고 강력한 화합물 반도체를 위한 경쟁에서 중국 기업에게 입지를 잃으면 미국은 군사력과 경제 경쟁력에 결정적인 차세대 기술 개발에서 뒷걸음질을 칠 것입니다. 갈륨 기반 칩을 위한 번창하는 국내 생태계를 만드는 베이징의 적극적인 역할은 이미 중국의 군사 발전에 도움이 되었습니다.

더욱이 중국이 계속해서 갈륨의 원료 공급을 지배하는 동시에 갈륨 기반 칩 생산의 첨단을 달성한다면 중국은 이 분야에서 글로벌 공급망 충격으로부터 스스로를 보호할 수 있을 것입니다. 최근 중국의 갈륨 수출 제한은 중국 기업에 대한 반발을 제한하면서 중국이 다른 국가에 고통을 가할 수 있다는 신뢰 수준이 높아졌음을 시사합니다.

미국이 2023년 5월 다른 주요 G7 경제국과 만났을 때 지도자들은 중국과 같은 경제 경쟁국으로부터 "위험 제거"를 공동으로 촉구했습니다 . 위험이 없는 갈륨 공급망은 미국과 동맹국 정책 입안자들이 베이징과의 경제적 관계를 재평가할 때 함께 해결할 수 있는 손쉬운 열매를 제공합니다.

어떤 국가도 천연 자원을 완전히 자립할 수 없으며 중국은 중요한 광물 시장에서 핵심 역할을 계속할 것입니다. 그러나 미국은 국내에서 표적 투자를 하고 동맹국들과 전략적으로 협력함으로써 중국에 대한 의존도를 줄이고 주요 공급망이 중단되는 위험을 줄일 수 있습니다. 

---

미국 정부는 동맹국 및 파트너와 함께 다섯 가지 조치에 대한 대응에 집중해야 합니다.

1. 미국의 갈륨 추출 및 정제 능력에 투자하십시오. 미국 정부는 국방생산법(Defense Production Act) 당국을 통해 국방부의 지원을 받아 기업이 갈륨 생산 시설을 설립하고 유지하기 위한 조건을 제공하기 위해 집중 투자를 해야 합니다.

2. 동맹국 및 파트너와 협력하여 해외 갈륨 추출 및 정제 용량을 확대합니다. 미국은 이전의 주요 갈륨 생산국인 독일 및 선도적인 보크사이트 광석 수출국인 호주와 협력 관계를 구축하거나 기존 프레임워크를 기반으로 갈륨 생산 규모를 확대하기 위한 조건을 만들어야 합니다.

3. 갈륨 재활용을 촉진합니다. 갈륨 재활용을 우선시하면 단기 공급망 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있으며 미국과 그 파트너는 기존 재활용 능력을 확장하는 데 투자해야 합니다.

4. 방위 산업을 위한 갈륨의 최소 1년 비축량을 유지하십시오. 국방부의 국방군수국은 의회와 협의하여 갈륨을 국방 비축량에 추가하고 민간 산업 및 외국 파트너와 협력하여 미국의 국방 수요를 최소 1년 동안 보장해야 합니다.

5. 미국 갈륨 생산 및 소비에 대한 데이터 수집 및 투명성 강화 . 갈륨 공급망의 더 많은 단계에 대한 공식 데이터에 대한 향상된 액세스는 정책 입안자, 국방 공무원 및 민간 부문 행위자가 시장 상태와 미국 취약성을 더 잘 평가하는 데 도움이 될 것입니다.