100억 대의 휴머노이드 로봇을 만드는 데 필요한 엄청난 양의 금속

지금은 살아있다는 것이 참으로 설레는 때입니다

지난 10년 동안 우리는 한때 상상조차 할 수 없었던 전기차와 자율주행차로의 전환을 목격해 왔으며, 오늘날 우리는 2040년경이면 지구상에서 수천, 수백만, 어쩌면 수십억에 달하는 휴머노이드 로봇이 우리 인간과 함께 살아가게 될 세대적 변화의 시작점에 서 있습니다.

테슬라의 창업자 엘론 머스크는 2040년까지 지구상에서 100억 대의 휴머노이드 로봇이 가동될 것으로 전망한다. 미드저니(Midjourney)의 창업자 브렛 홀츠는 머스크의 견해에 동의하지만, 2060년대에는 주로 우주 공간에서 활동하는 휴머노이드 로봇의 수가 1,000억 대까지 늘어날 것으로 내다보고 있다.

대담한 장기 전망은 차치하고라도, 우리는 의심할 여지 없이 오늘날 상업적 규모의 휴머노이드 로봇 생산 및 보급의 시작점에 서 있습니다. 이는 2010년 주요 자동차 제조사와 스타트업들이 전기차(EV) 양산을 시작하려던 시점과 매우 유사합니다.

2040년까지는 2만 달러에서 2만 5천 달러 사이의 가격대를 가진 휴머노이드 로봇이 최소 100억 대가 될 것으로 예상됩니다.

– 일론 머스크 | 제8회 미래 투자 이니셔티브 컨퍼런스

금속 산

그렇다면 이러한 전망은 얼마나 실현 가능한 것일까?

오늘날 휴머노이드 로봇의 평균 무게가 약 60kg인 점을 고려할 때, 100억 대의 로봇을 생산하려면 약 6억 톤의 원자재가 필요할 것으로 추산되며, 이 중 대부분은 모터, 배터리, 배선 및 기타 부품에 사용되는 금속일 것이다.

배경을 설명하자면, 휴머노이드 로봇에 사용되는 주요 핵심 소재인 구리, 리튬, 니켈, 코발트, 흑연 및 희토류의 전 세계 생산량은 지난해 합계 3,000만 톤 미만에 그쳤으며, 이는 앞으로 해결해야 할 과제의 규모가 얼마나 큰지를 여실히 보여준다.

게다가 2040년까지 인구가 100억 명에 달할 경우(이는 전 세계 전구 재고량에 맞먹는 규모다) 필요한 로봇 생산 증가 규모는 단순히 터무니없다고 할 수는 없더라도, 도저히 상상조차 할 수 없을 정도다.

2030년까지 연간 전 세계 생산량이 500만 대에 달한다고 가정할 때(그리고 기존 휴머노이드 로봇 보유 대수가 1,000만 대라고 가정할 때), 누적 보유 대수 100억 대를 달성하려면 2040년까지 연평균 성장률(CAGR)이 무려 99%에 달해야 한다.

이러한 성장세를 유지할 경우, 2040년까지 전 세계 생산 능력은 연간 약 50억 대에 달해야 하며, 이는 필요한 원자재(대부분 금속) 6억 톤 중 약 절반이 2040년 한 해에만 소요될 것임을 의미합니다.

말할 필요도 없겠지만, 이런 전망은 가능성이 희박하고, 믿기 어려우며, 거의 확실히 불가능한 것이 아닐까요?

미래의 로봇 여러분께: 곧 닥칠 공급 부족 문제를 해결해 주시기 바랍니다

만약 바로 그 로봇들, 즉 수요를 폭발적으로 증가시킨 주역들이 같은 기간 동안 광산 공급의 상상 이상의 증가를 이끄는 주역이 된다면 어떨까요? 이 문제가 오히려 해결책의 열쇠가 될 수도 있지 않을까요?

이론적으로는 그렇습니다. 지구에는 거의 모든 수요 시나리오를 충족시킬 수 있는 모든 금속과 광물이 존재합니다(지구의 질량에서 물을 뺀 값 = 6 ×^10²⁴ kg). 하지만 현재 우리의 채굴 기술로는 우리가 살고 있는 이 ‘양파’의 표면에서 불과 마이크로미터 단위의 깊이밖에 파고들 수 없습니다.

자원 채굴 산업에서 로봇 공학의 활용이 확대된다면, 앞으로 몇 년 동안 새로운 심층 자원과 공급의 영역을 개척하는 데 분명 도움이 될 것입니다. 하지만 이러한 발전과 그로 인해 가능해질 공급 증가는 100억 대의 휴머노이드 로봇을 운영하기 위해 필요한 엄청난 양의 금속에 비하면 미미한 수준에 불과할 것입니다.

현재 전 세계 NdFeB 생산량의 186배

어쩌면 희토류 자석, 특히 로봇 모터와 액추에이터에 널리 사용되는 NdFeB 자석이 로봇 산업에 있어 가장 큰 걸림돌이라고 할 수 있다.

2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇을 생산하려면 현재 전 세계 연간 NdFeB 자석 생산량의 186배에 달하는 양이 소요될 것이며, 로봇용 자석만으로도 같은 해까지 전 세계 자석 생산 능력을 93배로 늘려야 할 것이다.

FeN과 같은 대체 자성 재료나 유도 모터, 전기 흥분식 동기 모터와 같은 대체 모터 유형을 도입하면 희토류 공급 문제를 완화하는 데 도움이 될 수 있지만, 그 대가로 구리와 같은 다른 핵심 자재에 대한 수요가 증가할 수 있다.

현재 전 세계 리튬 생산량의 14배

리튬이온 배터리는 지금까지 생산된 모든 무선 휴머노이드 로봇에 널리 사용되고 있으며, 당분간은 물론 향후 최소 5년 동안은 이러한 추세가 지속될 것으로 예상됩니다.

2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇(모두 리튬이온 배터리를 탑재한 모델)을 생산하려면 현재 전 세계 연간 리튬 공급량의 14배에 달하는 양이 소요될 것이며, 로봇 생산만을 위해 2040년까지 전 세계 리튬 생산 능력을 7배로 늘려야 할 것이다.

고체 전지와 같은 대체 배터리 유형이 도입된다면, 예를 들어 리튬 금속 음극이 표준이 될 경우 이러한 수요 증가세가 더욱 가속화될 수 있다.

현재 전 세계 흑연 생산량의 13배

흑연 양극재는 전기차(EV)부터 에너지 저장 시스템(ESS), 가전제품에 이르기까지 전 세계에서 생산되는 거의 모든 용도의 리튬이온 배터리에 널리 사용되고 있습니다.

우리는 흑연 기반 양극재가 당분간은 아니더라도 향후 5년 동안은 무선 휴머노이드 로봇의 표준으로 자리매김할 것으로 전망합니다.

2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇(모두 리튬 이온 배터리와 흑연 기반 양극재를 사용)을 생산하려면 현재 전 세계 연간 흑연 생산량의 13배에 달하는 양이 소요될 것이며, 로봇 생산만을 위해 2040년까지 전 세계 연간 흑연 생산 능력을 7배로 늘려야 할 것이다.

그러나 앞서 언급한 리튬 금속 음극을 사용하는 고체 배터리 같은 대체 배터리 유형이 도입될 경우, 향후 몇 년간 흑연 수요 증가 전망은 크게 위축되는 반면 리튬 수요는 가속화될 수 있다. 마찬가지로, 휴머노이드 로봇용 흑연 음극에 실리카의 사용이 확대될 경우 흑연 수요 증가는 억제되는 반면 실리카 수요는 증가할 수 있다.

현재 전 세계 코발트 생산량의 8배

코발트는 전기차(EV) 및 기타 분야에 널리 사용되는 니켈-코발트-망간(NCM) 양극 활물질의 주요 구성 성분입니다. NCM 양극을 탑재한 리튬 이온 배터리는 일반적으로 리튬-철-인산염(LFP) 양극을 사용하는 기존 배터리보다 에너지 밀도가 높아, 로봇 제조사들이 배터리의 무게와 부피를 최소화하면서도 탑재 배터리 출력을 극대화할 수 있게 해줍니다.

2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇이 생산될 경우(모두 리튬이온 배터리를 사용하며, NCM 811을 기준으로 함), 이는 현재 전 세계 연간 코발트 생산량의 8배에 달하는 양을 소비하게 되며, 로봇용 코발트만으로도 2040년까지 전 세계 코발트 생산 능력을 4배로 늘려야 할 것이다.

예를 들어 코발트가 포함되지 않은 LMFP와 같은 대체 음극재의 도입은 코발트 수요 증가세를 크게 둔화시킬 수 있는 반면(반면 망간과 인산염 수요는 급증할 수 있음), 코발트 함량이 높은 NCM 622의 광범위한 도입은 코발트 수요 증가세를 가속화할 수 있다(반면 니켈 수요는 완화될 수 있음).

현재 전 세계 니켈 생산량의 4배

니켈은 전기차 및 기타 용도의 NCM 양극 활물질에서 코발트 및 망간과 함께 비교적 다량으로 사용됩니다. 코발트와 망간에 비해 니켈 함량이 높은 NCM 양극은 일반적으로 니켈 함량이 낮은 제품보다 에너지 밀도가 높아, 로봇 제조사들이 배터리 무게와 부피를 최소화하면서도 탑재 배터리 성능을 극대화할 수 있게 해줍니다.

2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇(모두 NCM 811 리튬이온 배터리를 탑재)을 생산하려면 현재 전 세계 연간 니켈 생산량의 4배에 달하는 양이 소요될 것이며, 로봇용 니켈만으로도 2040년까지 전 세계 니켈 생산 능력을 2배로 늘려야 할 것이다.

LMFP나 NCM 9.5.5와 같은 대체 음극재의 도입은 전자의 경우 니켈 수요 증가세를 억제할 수 있는 반면(반면 망간과 인산염 수요는 급증할 수 있음), 후자의 경우 니켈 수요 증가세를 가속화할 수 있는 반면(반면 코발트와 망간의 수요 전망은 약화될 수 있음).

현재 전 세계 구리 생산량의 4배

인간형 로봇에서는 구리가 전기 모터 권선, 배터리 전류 수집기 및 버스바, 배선 시스템 등에 널리 사용됩니다.

2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇을 생산하려면 현재 전 세계 연간 구리 생산량의 4배에 달하는 양이 소요될 것이며, 로봇 생산만을 위해도 같은 해까지 전 세계 구리 생산 능력을 2배로 늘려야 할 것이다.

이러한 전망에 이미 어려움을 겪고 있는 구리 공급 측면의 상황을 더하면, 로봇이 창출할 것으로 예상되는 구리 수요의 규모를 충분히 가늠할 수 있다.

고려해야 할 다른 요소들

로봇당 배터리 팩 다중 탑재 가능성: 휴머노이드 로봇에 대한 상업적 투자 수익을 극대화하려면 로봇을 24시간 가동해야 합니다. 하지만 테슬라의 ‘옵티머스(Optimus)’와 같은 로봇이 고강도 작업 시 약 500와트의 전력을 소비한다는 점을 고려할 때, 탑재된 2.3kWh 배터리 팩으로는 강도가 다양한 작업을 약 8시간 정도만 수행할 수 있을 것으로 보입니다. 따라서 배터리 에너지 밀도가 단계적으로 향상되지 않는 한, 상업용 로봇 운영사들은 로봇당 여러 개의 배터리를 현장에 비치하고자 할 것이며, 이는 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연, 구리 등 배터리 소재에 대한 수요가 수배 이상 증가함을 의미합니다.

유선 로봇은 특정 용도에서는 합리적인 선택일 수 있다. 장애물이 거의 없는 공간에서 반복적이고 예측 가능한 작업을 수행하는 로봇의 경우, 내장 배터리 팩 대신 전원 케이블을 통해 전원을 공급하는 것이 더 현명할 수 있다. 이는 로봇과 배터리의 초기 비용을 최소화할 뿐만 아니라, 그렇지 않으면 폭발적으로 증가할 배터리 소재 수요를 완화하는 데도 도움이 될 것이다.

배터리 화학 성분의 선호도: 고체 배터리 및 나트륨 이온 배터리의 기술 발전이나 LFP, LMFP 또는 기타 양극 및 음극 화학 성분의 광범위한 사용은 리튬, 니켈, 코발트, 망간, 흑연의 예상 수요 증가폭을 크게 줄일 수 있다. 또한, 로봇의 작동 시간을 늘려주는 배터리 에너지 밀도의 향상은 로봇당 필요한 예비 배터리 수를 줄여줄 뿐만 아니라, 해당 예비 배터리에 포함된 소재의 사용량도 감소시키는 데 기여할 수 있다.

로봇당 모터 수 증가: 아다마스(Adamas)의 연구에 따르면, 현재까지 개발된 휴머노이드 로봇은 평균 약 36개의 자유도를 가지고 있는 것으로 나타났습니다(약 36개의 모터와 액추에이터로 구현됨). 향후 이 수치는 인간의 관절 수(즉, 78개)에 가까워질 것으로 전망되며, 이를 통해 더 큰 동작 자유도와 높은 동작 복잡성을 확보하고 더 광범위한 잠재적 응용 분야를 다룰 수 있게 될 것입니다. 결과적으로, 로봇당 평균 NdFeB 사용량도 이에 따라 증가할 것으로 예상되며, 이는 본 보고서에서 추정한 기존 추세에 따른 미래 대비 자석 수요를 더욱 촉진할 것입니다.

이 내용을 가볍게 받아들이시기 바랍니다: 본 보고서에서 제시한 전망은 소재 수요 증가에 대한 현실적인 기대를 추정한 것이 아닙니다. 오히려 이 분석은 2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇을 개발하는 것이 불가능에 가깝거나, 적어도 얼마나 어려운 일인지를 보여주기 위한 것입니다. 최근 발간된 '2040년까지의 희토류 자석 시장 전망' 보고서에서 상세히 설명한 바와 같이, 우리는 전 세계 휴머노이드 로봇 생산량이 본 보고서에서 가정된 수치의 1% 미만으로 증가할 것으로 전망하지만, 로봇 공학 분야는 2040년까지 여전히 NdFeB 수요의 최대 동력이 될 것으로 보입니다.

2040년까지 100억 대의 휴머노이드 로봇? 그럴 가능성은 낮다

2040년까지 세계 인구가 100억 명에 달하기 위해 향후 몇 년 동안 필요한 휴머노이드 로봇 생산 증가 규모는 전례가 없을 정도로 막대하다.

게다가 필요한 핵심 자원의 양과 이러한 자원의 광산 생산량을 확대해야 하는 속도는 그야말로 어마어마한 수준이다.

따라서 휴머노이드 로봇의 경우 2040년까지 이러한 결과가 실현될 수 있는 현실적인 시나리오는 없다고 보지만, 전문 서비스 로봇 전반의 전망에 대해서는 여전히 매우 낙관적입니다.

더 자세한 정보가 필요하신가요?

2040년까지의 희토류 자석 시장 전망에 관한 최신 연례 보고서를 확인해 보세요. 이 보고서는 자석 시장 정보를 얻기 위한 업계의 필수 참고 자료입니다.