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중동 위기로 현실감 띠는 헬륨 부족…세계 자원의 4/1 장악한 러시아 유망한 대체 공급국 될까? 반도체·의료기기 지탱하는 소재의 현주소 / 4월 1일(수) / Wedge(웨지)
아무르 가스 가공 공장(가스프로므사 홈페이지에서)
2월 말 미국과 이스라엘이 이란에 대한 공격을 시작한 이후, 세계 경제의 혼란이 심화되고 있다. 물론 가장 두드러진 것은 생산 시설에 대한 공격과 호르무즈 해협 봉쇄로 석유·가스 공급에 혼란이 발생하고 있다는 점이다.
【도표】아뮈르 가스 가공 공장의 위치
하지만 석유·가스 시장뿐만 아니라 각종 원자재 공급 전망도 불투명해지고 있다. 그 중에서도 특히 주목받는 상품 중 하나가 헬륨이다. 헬륨이라고 하면 풍선이나 ‘변성’ 장난감을 떠올리기 쉬워서, ‘그렇게 중요한 물건인가?’ 하고 의문을 갖는 사람도 있을지도 모른다. 하지만 실제로는 현대 사회를 지탱하는 많은 기술에 필수적인 소재이다.
예를 들어 반도체 제조 공정에서는 회로를 실리콘 기판에 부착하는 리소그래피 장치의 레이저에 헬륨이 사용되고 있어, 스마트폰, 컴퓨터, 자동차 등 다양한 제품 생산에 영향을 미칠 가능성이 있다. 또한 의료 분야에서는 MRI 장비의 초전도 자석을 극저온으로 유지하기 위해 액체 헬륨이 필수적이다. 의료기관에서 진단 장비의 운용 및 신규 도입에도 영향을 미칠 가능성이 있다. 또한 우주 개발이나 양자 기술 등 첨단 연구에서도 많이 활용되고 있다.
즉, 헬륨은 일상 생활에서는 거의 의식되지 않지만 전자기기·의료·첨단 기술의 기반을 뒤에서 지탱하는 자원이며, 그 공급 불안은 우리 생활에도 간접적이지만 확실한 영향을 미칠 수 있다.
주목할 점은, 러시아가 세계 헬륨 자원의 약 4분의 1을 장악하고 있다고 하는 것이다. 물론, 우크라이나 침공을 지속하는 러시아에 대해 국제사회는 광범위한 경제 제재를 적용하고 있으며, 그런 러시아로부터의 헬륨 수입을 고려하는 것은 기본적으로 ‘금지된 수단’이다. 하지만 호르무즈 해협 위기를 겪으며 일부 아시아 국가들이 러시아산 원유 구매에 나서는 것처럼, 중요한 자원을 확보하기 어려워지면 아름다운 말만 할 수 없는 것도 사실이다.
그렇다면 앞으로 일본이 헬륨 확보에 정말 어려움을 겪을 때, 러시아로부터 조달이 가능할까? 그런 위기에 빠지지 않기를 바랄 뿐이지만, 지금이라도 머리를 정리해 두는 것이 가치가 있을 것이다.
◇ 헬륨의 특수성
우선 기본 점검부터 시작한다. 헬륨은 원소 번호 2의 희가스로, 화학적으로 거의 반응하지 않는 안정한 물질이다. 공기보다 훨씬 가볍고, 융점·끓는점이 모든 원소 중 가장 낮은 등 물리적으로도 특수한 성질을 가지고 있다.
지구상의 헬륨 대부분은 우라늄이나 토륨 등 방사성 원소의 파괴 변형으로 오랜 시간에 걸쳐 지하에서 생성된 것으로, 천연 가스전 안에 미량 포함된 형태로 축적된다. 따라서 상업적인 헬륨 생산은 천연가스 채취·처리 과정에서 부산물로 회수하는 형태가 일반적이다.
반면 헬륨은 분자가 매우 작아 쉽게 새는 기체이며, 지표면에 방출되면 대기 중으로 상승해 최종적으로 우주 공간으로 빠져나가게 된다. 회수·재활용이 쉬운 자원이 아니며, 비축도 간단하지 않다. 운송도 대부분 마이너스 269℃에 가까운 냉각된 액체 헬륨을 특수한 초저온 용기에 담아 진행한다.
헬륨 자원은 지구상에 널리 존재하는 것이 아니라, 앞서 언급한 대로 주로 천연가스전 안에 미량 포함된 형태로 존재한다. 따라서 상업 생산이 가능한 지역은 제한적이다. 현재 주요 생산 지역은 미국, 카타르, 알제리, 러시아 등이다.
특히 미국은 오랫동안 세계 최대 생산국으로, 텍사스 주 등 가스전을 배경으로 공급의 중심을 담당해 왔다. 한편 카타르는 거대한 가스전인 노스필드를 기반으로 최근 급속히 생산을 확대해 전 세계 공급의 약 30%를 차지하는 중요한 공급원으로 자리 잡고 있다. 참고로 탄자니아에는 천연가스가 아니라 지각 방사성 원소에서 생성된 헬륨이 존재하며, 헬륨 농도가 4~10%로 비정상적으로 높은 가스가 확인돼 주목받고 있지만 아직 상업 생산은 시작되지 않았다.
이처럼 헬륨 공급이 소수 국가에 집중돼 있어, 지정학적 위험을 받기 쉬운 시장 구조를 만들고 있다. 이번 중동 위기로 인해 카타르 라스라판에 있는 세계 최대 규모의 헬륨 분리·생성 플랜트가 실제로 가동을 중단하게 되었으며, 공급 불안이 전 세계에 확산되었다.
헬륨은 비축이나 장기 보관이 쉽지 않으며, 공급 차단이 발생하면 시장에 미치는 영향이 비교적 빨리 나타나는 특징이 있다. 한국의 반도체 제조업체 등에서는 미국과 러시아로부터의 조달 확대를 검토하는 움직임도 전해지고 있으며, 향후 지정학 상황에 따라 헬륨 시장에서도 공급 구조가 변할 가능성이 있다.
◇ 소련 시절부터 러시아의 헬륨 생산
역사를 되돌아보면, 과거 소련은 비교적 이른 시기부터 헬륨의 전략적 중요성을 인식하고 있었던 것으로 보인다. 헬륨은 로켓 연료 탱크의 가압이나 극저온 기술 등 우주·군사 분야에서 필수적인 가스이며, 냉전 시기의 과학기술 경쟁에서 안정적인 공급이 중시되었기 때문이라고 전해진다.
1970년대에는 우랄 지방의 오렌부르크 가스전 개발에 따라 대규모 헬륨 분리 설비가 건설되었고, 소련은 세계적인 헬륨 생산국 중 하나가 되었다. 하지만 1991년 소련 붕괴 이후 산업 수요 감소와 투자 부족으로 헬륨 생산이 오랫동안 침체하게 되었다. 덧붙여 오늘까지 러시아의 주요 가스 생산지로 지정된 곳은 서시베리아(추메니 주 야마로·네네츠 자치구)이며, 서시베리아의 가스는 헬륨 함량이 낮아 회수가 거의 이루어지지 않고 있다.
러시아의 헬륨 활용이 다시 시작된 것은 2000년대 후반이다. 동시베리아의 천연가스 자원 개발, 특히 중국을 대상으로 한 파이프라인 수출을 염두에 둔 가스전 개발이 진행되는 가운데, 천연가스에 포함된 헬륨을 부산물로 회수하는 구상이 떠올랐다.
러시아 헬륨 생산 확대의 핵심을 담당할 시설로, 아무르 가스 가공 공장이 건설되기로 했다. 그 역할을 맡은 것은 천연가스 부문의 국가 정책 기업인 가스프로므 사였다.
◇ 아무르 가스 가공 공장
동시베리아의 차얀다 가스전과 코비크타 가스전 개발 구상은 소련 말기부터 존재했지만, 2014년 크리미아 위기 이후 중국으로의 가스 수출 실현이 시급해졌고, 이는 양 가스전의 본격적인 개발을 촉진하는 형태가 되었다.
그때 차얀다의 가스는 헬륨 함량이 0.5~0.6%로 비교적 높고, 에탄 등 무거운 성분도 많이 포함된 특징이 있었다. 이 가스는 단순히 연료로 파이프라인 수출하기엔 아까운 조성이다. 중국을 위한 가스 파이프라인 ‘시베리아의 힘’을 건설하고 메탄 중심의 가스를 중국에 수출하더라도, 운송 전 단계에서 헬륨, 에탄, 액화석유가스(LPG) 성분 등을 분리하는 것이 더 합리적이다.
그곳에서 구상된 것이 아무르 가스 가공 공장이며, 여기서는 가스를 철저히 분리·활용하는 모델이 채택되었다. 즉, 메탄은 중국으로 수출하고, 에탄은 석유화학 원료로, LPG는 연료·화학 원료로 전환해 헬륨을 산업 가스 시장에 공급하는 방식이 선택된 것이다.
가스프로므사의 홈페이지에 따르면, 아무르 가스 가공 공장의 설계 능력은 천연가스 처리량이 연간 약 420억 입방미터(㎥), 헬륨 생산량이 최대 6000만 입방미터, 에탄이 240만 톤, 프로판이 100만 톤, 부탄이 50만 톤, 펜탄·헥산 분획이 20만 톤이라고 한다.
아무르 가스 가공 공장의 건설은 2015년 10월에 시작되었다. 동시에 블라디보스토크에서는 세계 최대 헬륨 컨테이너 정비 물류센터가 가동 중. 공장의 고용은 약 4,700명에 이를 것으로 예상된다.
중국용 가스 파이프라인 ‘시베리아의 힘’은 처음에 2019년에 생산을 시작한 사하 공화국의 차얀다 가스전을 자원 기반으로 삼았다. 2022년에는 일쿠츠크 주의 코비크타 가스전 자원도 추가돼, 시베리아의 역량이 전력 가동에 가까워졌다. 다만, 코빅타의 가스는 차얀다에 비해 헬륨 농도가 낮은 편이다.
아무르 가스 가공 공장이 가동되면서 러시아 전체의 헬륨 생산량도 그래프처럼 확대되고 있다. 2025년 현재, 국가 전체 헬륨 생산량의 95%가 아무르 공장에 집중돼 있다.
◇ 현실적으로는 러시아에 큰 기대를 걸기 어렵고
문제는 카타르에서 헬륨 공급에 대한 불안이 심각해지고 장기화될 경우, 그 공백을 러시아가 얼마나 메울 수 있느냐이다. 물론 우크라이나 침공을 계속하는 러시아에게 가능한 한 전쟁비를 벌게 하지 않는 것이 기본이지만, 일본이 헬륨 부족으로 아무것도 할 수 없게 된 상황이라면, 배와 배를 바꿀 수 없게 된다.
앞서 언급한 바와 같이, 아무르 가스 가공 공장의 설계 능력은 헬륨 생산량이 최대 6,000만 입방미터에 달하며, 이는 단일 거점으로서는 세계 최대 규모에 해당한다. 이론적으로는 해당 시설이 전면 가동될 경우, 전 세계 공급의 상당 부분을 보완할 잠재력을 가진다.
하지만 실제로 아무르 공장의 설립은 순조롭지 않았으며, 두 차례의 대규모 사고를 겪었다. 최초 사고는 2021년 10월 8일에 발생했으며, 헬륨 분리 공정을 포함한 가스 분리 유닛에서 가스 누출이 일어나 폭발·화재로 이어졌다. 2022년 1월 5일, 공장에서 다시 폭발 사고가 발생했다. 이번에는 가스 처리 유닛 일부가 파손되고 건물 일부가 붕괴되는 등 더 큰 피해가 발생했다. 이 사고로 인해 여러 처리 라인이 멈추었고, 복구에는 상당한 시간이 걸렸다.
원래 아무르 공장의 건설은 러시아만의 기술에 의존한 것이 아니었으며, 극저온 가스 분리 등 핵심 기술은 독일이나 프랑스 등 서방 기업의 설비와 노하우에 의존하고 있었다. 2022년 2월 러시아의 우크라이나 침공 이후, 선진국들의 제재가 강화되면서 많은 외국 기업이 러시아 사업에서 철수했다.
그 결과, 사고로 손상된 설비의 복구와 부품 공급, 기술 지원 확보가 어려워져 플랜트의 완전한 가동은 초기 계획보다 늦어졌다. 사고 자체는 제재와 무관하게 발생했지만, 이후 복구와 운전 안정화 과정에서 외국 기업의 철수가 러시아 측에 큰 제약 요인이 된 것으로 보인다.
러시아는 처음에 아무르 공장에서 생산되는 헬륨을 일본을 포함한 동아시아 각국에 판매할 계획이었다. 동아시아에서는 반도체 등 전자 산업과 의료 분야에서 확실한 수요가 예상되었기 때문이다.
이를 위해 블라디보스토크에 액화 헬륨을 선적하는 허브도 구축했다. 하지만 해당 폭발 사고로 생산 시작이 지연돼 러시아 헬륨은 현재 시점에서 예상했던 양만큼 국제 시장에 아직 나오지 않은 것으로 알려졌다.
이러한 상황을 고려하면, 러시아가 중장기적으로 세계를 대표하는 헬륨 공급원으로 자리 잡을 가능성은 있더라도, 단기적으로 중동 위기로 인한 공급 감소를 메우는 것은 쉽지 않을 것이라고 보는 것이 타당하다. 러시아가 전 세계 헬륨 자원의 4분의 1을 장악하고 있다는 소식을 들으면, 뭔가 유망한 대체 공급국으로 떠오르고 싶어지지만, 실제로 러시아는 현재 충분한 공급 여력이 있는 상황은 아니다.
일본 입장에서는 미국 등으로부터의 추가 조달, 용도의 우선순위 지정, 회수·재활용 확대와 같은 꾸준한 대응을 차곡차곡 쌓아갈 수밖에 없을 것이다.
하토리 미차타카
中東危機で現実味を帯びるヘリウム不足…世界資源の4分の1握るロシアには有望な代替供給国になるのか?半導体や医療機器を支える素材の現在地
中東危機で現実味を帯びるヘリウム不足…世界資源の4分の1握るロシアには有望な代替供給国になるのか?半導体や医療機器を支える素材の現在地 / 4/1(水) / Wedge(ウェッジ)
アムール・ガス加工工場(ガスプロム社HPより)
2月末に米国とイスラエルがイランへの攻撃を開始して以降、世界経済の混迷が深まっている。もちろん、最も顕著なのは、生産施設への攻撃やホルムズ海峡の封鎖で、石油・ガス供給に混乱が生じていることだろう。
【図表】アムール・ガス加工工場の位置
だが、石油・ガス市場のみならず、各種コモディティの供給見通しも不透明になってきている。その中で、特に注目されているコモディティの一つがヘリウムである。ヘリウムと聞くと、風船や、「変声」のおもちゃを連想しがちで、「そんなに大事なものなのか?」と疑問を抱く向きもあるかもしれない。しかし実際には、現代社会を支える多くの技術に不可欠な素材なのである。
たとえば半導体の製造工程では、回路をシリコン基板に焼き付けるリソグラフィ装置のレーザーにヘリウムが使われており、スマートフォンやパソコン、自動車など幅広い製品の生産に影響が及ぶ可能性がある。また医療分野では、MRI装置の超伝導磁石を極低温に保つために液体ヘリウムが欠かせない。医療機関での診断装置の運用や新規導入にも影響が出かねない。さらに宇宙開発や量子技術など先端研究の多くでも利用されている。
つまりヘリウムは、日常生活ではほとんど意識されないものの、電子機器や医療、先端技術の基盤を陰で支える資源であり、その供給不安は私たちの生活にも間接的だが確実な影響を及ぼしうるのだ。
注目すべきことに、ロシアは一説に世界のヘリウム資源の4分の1ほどを握っているとされる。むろん、ウクライナ侵攻を続けるロシアに対して、国際社会は広範な経済制裁を適用しており、そうしたロシアからのヘリウム輸入を考えるのは、基本的に「禁じ手」ではある。しかし、ホルムズ海峡危機を受け、一部のアジア諸国がロシア産原油の購入に動いているように、重要資源の確保に窮した場合には、綺麗事ばかりも言っていられないのも事実である。
それでは、これから日本がヘリウムの確保に本当に困った際に、ロシアからの調達は可能だろうか? そのような窮地に陥らないことを願うばかりだが、今のうちに頭を整理しておく価値はあるだろう。
ヘリウムの特殊性
まず、基本点の確認から。ヘリウムは元素番号2の希ガスで、化学的にほとんど反応しない安定した物質である。空気よりもはるかに軽く、融点・沸点がすべての元素の中で最も低いなど、物理的にも特殊な性質を持つ。
地球上のヘリウムの多くは、ウランやトリウムなどの放射性元素の壊変によって長い時間をかけて地下で生成されたもので、天然ガス田の中に微量含まれる形で蓄積される。このため商業的なヘリウム生産は、天然ガスの採取・処理の過程で副産物として回収する形が一般的である。
一方、ヘリウムは分子がきわめて小さく漏れやすい気体であり、地表に放出されると大気中を上昇して最終的には宇宙空間へ逃げてしまう。回収・再利用が容易な資源ではなく、備蓄も簡単ではない。輸送も多くの場合、マイナス269℃近くまで冷却した液体ヘリウムとして特殊な極低温容器で行われる。
ヘリウム資源は地球上に広く存在するわけではなく、上述のとおり主に天然ガス田の中に微量含まれる形で賦存している。このため、商業的な生産が可能な地域は限られている。現在の主要な生産地域は、米国、カタール、アルジェリア、ロシアなどである。
特に米国は長年にわたり世界最大の生産国であり、テキサス州などのガス田を背景に供給の中心を担ってきた。一方、カタールは巨大ガス田ノースフィールドを基盤に近年急速に生産を拡大し、世界供給の3割前後を占める重要な供給源となっている。ちなみに、タンザニアには天然ガスではなく地殻放射性元素から生まれたヘリウムが存在し、ヘリウム濃度が4〜10%と異常に高いガスが確認され脚光を浴びているが、まだ商業生産は始まっていない。
このようにヘリウム供給は少数の国に集中しており、そのことが地政学的リスクを受けやすい市場構造を生んでいる。今般の中東危機では、実際にカタールのラスラファンにある世界最大級のヘリウム分離・生成プラントが停止する事態となり、供給不安を世界全体に広げた。
ヘリウムは備蓄や長期保存が容易ではなく、供給途絶が生じると市場への影響が比較的早く現れやすいという特徴もある。韓国の半導体メーカーなどでは、米国やロシアからの調達拡大を検討する動きも伝えられており、今後の地政学情勢次第では、ヘリウム市場でも供給構造の変化が生じる可能性がある。
ソ連時代からロシアのヘリウム生産
歴史を遡ると、かつてのソ連は比較的早い時期からヘリウムの戦略的重要性を認識していたようだ。ヘリウムはロケット燃料タンクの加圧や極低温技術など宇宙・軍事分野で不可欠なガスであり、冷戦期の科学技術競争の中で安定供給が重視されたためと言われる。
1970年代にはウラル地方のオレンブルグ・ガス田の開発に伴い大規模なヘリウム分離設備が建設され、ソ連は世界有数のヘリウム生産国となった。しかし、91年のソ連崩壊後は、産業需要の縮小や投資不足もあり、ヘリウム生産は長く停滞することになる。なお、今日に至るまでロシアの主力ガス産地となっているのは西シベリア(チュメニ州ヤマロ・ネネツ自治管区)であるが、西シベリアのガスはヘリウム含有量が低いので、回収はほとんど行われていない。
ロシアのヘリウム活用が再び動き始めたのは2000年代後半である。東シベリアの天然ガス資源開発、とりわけ中国向けパイプライン輸出を念頭に置いたガス田開発が進む中で、天然ガスに含まれるヘリウムを副産物として回収する構想が浮上した。
ロシアのヘリウム生産拡大の中核を担う施設として、アムール・ガス加工工場が建設されることになった。それを担ったのが、天然ガス部門の国策企業であるガスプロム社であった。
アムール・ガス加工工場
東シベリアのチャヤンダ・ガス田、コヴィクタ・ガス田の開発構想はソ連末期から存在していたが、2014年のクリミア危機後、中国向けガス輸出の実現が急務となり、それが両ガス田の本格開発を後押しする形となった。
その際に、チャヤンダのガスはヘリウム含有量が0.5〜0.6%と比較的高く、エタンなど重質成分も多いという特徴があった。このガスは単純に燃料としてパイプライン輸出するには惜しい組成である。中国向けのガスパイプライン「シベリアの力」を建設し、メタン主体のガスを中国に輸出するにしても、輸送前の段階でヘリウム、エタン、液化石油ガス(LPG)成分などを分離する方が合理的である。
そこで構想されたのがアムール・ガス加工工場であり、ここではガスを徹底的に分離・利用するモデルが採用された。すなわち、メタンは中国へ輸出し、エタンは石油化学原料に、LPGは燃料・化学原料に回して、ヘリウムを工業ガス市場に供給するという方式が選択されたのである。
ガスプロム社のホームページによると、アムール・ガス加工工場の設計能力は、天然ガス処理量が年間約420億立方メートル(㎥)、ヘリウム生産量が最大6000万㎥、エタンが240万トン、プロパンが100万トン、ブタンが50万トン、ペンタン・ヘキサン分画が20万トンとされている。
アムール・ガス加工工場の建設は15年10月に開始された。並行して、ウラジオストクでは世界最大のヘリウムコンテナ整備ロジスティクスセンターが稼働。工場の雇用は約4700人になる見込みである。
中国向けのガスパイプライン「シベリアの力」では当初、19年に生産を開始したサハ共和国のチャヤンダ・ガス田を資源基盤としていた。22年にはイルクーツク州のコヴィクタ・ガス田の資源も加わり、これによりシベリアの力はフルキャパシティでの稼働に近付いていった。ただし、コヴィクタのガスはチャヤンダのそれに比べるとヘリウムの濃度は低目となっている。
アムール・ガス加工工場が稼働するにつれ、ロシア全体のヘリウム生産量も、グラフのように拡大している。25年の時点で、国全体のヘリウム生産量の95%が、アムール工場に集中している。
現実的にはロシアに多くを期待できず
問題は、カタールからのヘリウム供給不安が深刻化・長期化した場合、その穴をロシアがどこまで埋められるかであろう。むろん、ウクライナ侵攻を続けるロシアに、なるべく戦費を稼がせないというのが基本ではあるが、日本がヘリウム不足でにっちもさっちも行かなくなったような場合には、背に腹は代えられなくなる。
上述のとおり、アムール・ガス加工工場の設計能力は、ヘリウム生産量が最大6000万㎥とされており、これは単一拠点としては世界最大級の規模である。理論的には、同施設がフル稼働すれば、世界供給のかなりの部分を補う潜在力を持つ。
しかし、実はアムール工場の立ち上げはスムーズなものではなく、2度の大規模な事故に見舞われている。最初の事故は21年10月8日に発生し、ヘリウム分離工程を含むガス分離ユニットでガス漏れが生じ、爆発・火災に至った。22年1月5日、工場で再び爆発事故が発生した。今度は、ガス処理ユニットの一部が破損し、建屋の一部が崩壊するなど、より大きな被害が出た。この事故により、複数の処理ラインが停止し、修復にはかなりの時間がかかった。
もともと、アムール工場の建設はロシア単独の技術によるものではなく、極低温ガス分離などの中核技術はドイツやフランスなど西側企業の設備とノウハウに依存していた。22年2月のロシアによるウクライナ侵攻後、先進諸国の制裁が強化され、多くの外国企業がロシア事業から撤退した。
結果として、事故で損傷した設備の修復や部品供給、技術支援の確保が難しくなり、プラントの完全な立ち上げは当初計画より遅れることとなった。事故そのものは制裁とは無関係に発生したものの、その後の復旧や運転安定化の過程では、外国企業の撤退がロシア側にとって大きな制約要因になったと考えられる。
ロシアは当初、アムール工場で生産するヘリウムを、日本を含む東アジア各国に販売することを想定していた。東アジアでは、半導体などの電子産業、医療などでの確実な需要が見込めたからである。
そのために、ウラジオストクに液化ヘリウムを船積みするハブも形成した。しかし、くだんの爆発事故で生産立ち上げが遅延したため、ロシアのヘリウムは現時点で、当初想定したほどの量はまだ国際市場に出ていないと言われている。
こうした事情を踏まえると、ロシアが中長期的に世界を代表するヘリウム供給源となる可能性はあるにしても、短期的に中東危機による供給減を補うのは容易ではないと見るのが、妥当であろう。ロシアが世界のヘリウム資源の4分の1を握っていると聞くと、何やら有望な代替供給国として飛び付きたくなるが、実際にはロシアは現状で潤沢な供給余力を有しているわけではない。
日本としては、米国などからの追加調達、用途の優先順位付け、回収・再利用の拡大といった地道な対応を積み重ねていくしかないだろう。
服部倫卓
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