[뉴스토마토 서경주 객원기자] 어린 시절 헬륨 풍선을 가지고 놀아보지 않은 사람은 드물 겁니다. 헬륨 풍선이 나오기 전에는 헬륨보다 값싼 수소 풍선을 썼습니다. 밀폐된 통에 알루미늄 조각을 넣고 흔히 양잿물이라고 불리던 수산화나트륨을 넣으면 쉽게 수소를 얻을 수 있어서 운동회 때는 수소 풍선을 파는 손수레들이 학교 앞에 늘어서기도 했습니다.
수소는 원소 중에 가장 가볍습니다. 그러나 수소는 불꽃이나 정전기에 의해 폭발을 일으킵니다. 1937년 5월6일 미국 뉴저지 맨체스터 상공에서 일어난 독일 비행선 힌덴부르크호 폭발 사고도 충전재로 쓰인 수소가스가 원인이었습니다. 그래서 지금은 다중이 모이는 행사장이나 공연장 등에서는 수소 풍선을 사용하지 못하고 광고용 애드벌룬에도 수소를 넣을 수 없도록 규제하고 있습니다.
지금은 대부분의 풍선과 비행선을 헬륨 가스로 채우고 있습니다. 헬륨은 수소보다는 2배 무겁지만 1리터의 무게가 0.1786g으로 공기보다 7배 가볍습니다. 수소는 물을 전기분해 하는 것을 비롯해 여러 가지 방법으로 비교적 쉽게 만들 수 있지만 헬륨은 인공적으로 만드는 게 거의 불가능합니다.
헬륨은 지구 내부에서 우라늄과 토륨 같은 방사성 원소들이 붕괴하면서 서서히 생성됩니다. 대기 중으로 유출되는 헬륨은 매우 가벼워 지구 중력의 영향을 받지 않고 쉽게 대기권을 벗어납니다. 현재 인류가 사용하는 헬륨은 천연가스에 포함된 것을 추출하는 방식으로 얻습니다. 일부 가스전에서 나오는 천연가스에는 헬륨 함량이 최대 7%까지 됩니다. 천연가스를 액화하는 과정에서 비등점의 차이를 이용한 분별 증류법으로 헬륨을 분리한 다음 압축·액화하여 보관하고 운송합니다.
전 세계적으로 헬륨을 생산하는 나라들은 많지 않습니다. 미국, 카타르, 알제리, 러시아, 폴란드, 호주, 캐나다, 남아공 등이 헬륨을 생산하고 있습니다. 우리나라는 헬륨을 전량 수입에 의존하고 있습니다.
헬륨 원자구조 3D 이미지. (사진=위키피디아)
헬륨 희소 자원이자 필수 자원
풍선을 부풀리는 헬륨이 뭐가 대단하냐고 묻는 분이 계시겠지만 헬륨은 희소 자원이자 필수 자원입니다. 헬륨을 가장 많이 쓰는 곳은 병원입니다. 병원에 설치되어 있는 자기공명영상(MRI) 스캐너에 들어 있는 초전도 자석을 냉각하는 데는 액체 헬륨이 필수적입니다.
헬륨은 반도체 제조 과정에도 쓰입니다. 웨이퍼를 냉각하고 플라즈마 공정을 안정화하는 데 헬륨이 필요합니다. 반도체 공정이 미세화될수록 더 많은 헬륨이 소요됩니다. 항공기, 자동차, 심지어는 골프채를 만들 때도 헬륨이 사용됩니다. 스테인리스강, 구리합금, 두랄루민, 티타늄 같은 특수 금속을 아크 용접할 때 헬륨이 필요하기 때문입니다. 로켓 연료 탱크의 압력을 유지하는 데도 헬륨이 들어갑니다. 가까이는 자동차에 장착된 에어백을 팽창시키는 가스에도 헬륨이 들어갑니다.
최근 들어 헬륨의 수요는 급증하고 있습니다. 헬륨이 전기차 배터리 제조 및 연구에서 리튬이온 배터리 셀의 누출 검사와 냉각 시스템 테스트에 필수적인 요소이기 때문입니다. 그러나 헬륨은 일단 사용 과정에서 대기 중으로 방출되면 회수하기가 매우 어렵습니다. 불활성 기체인 헬륨은 다른 물질과 전혀 반응하지 않고 대기권 밖으로 날아가기 때문입니다.
헬륨 가격 지속적 상승 추세
지구의 헬륨은 소진되고 있고 공급가격도 상승하고 있습니다. 2021년 미국의 A등급 헬륨 평균 가격은 1000입방피트(mcf)당 약 210달러였습니다. ?2022년에는 310달러로 상승했고 일부 시장에서는 500달러까지 올라갔습니다. 2023년에는 평균 390달러에 거래가 이루어졌습니다. 그리고 2024년에는 수요 증가로 인해 가격이 상승했다가 12월에 와서 카타르와 러시아의 생산량이 증가하면서 가격이 안정세를 보였습니다.
헬륨 수요는 지속적으로 증가하지만, 헬륨의 공급망은 매우 취약합니다. 일례로 2024년 9월, 유럽연합(EU)은 우크라이나를 침공한 러시아에 대한 추가 제재를 시행하면서 러시아산 헬륨 수입을 금지했습니다. 러시아산 헬륨은 EU 헬륨 수입량의 1%에 불과했지만, 이 조치는 글로벌 공급망에 영향을 미쳐 큰 폭의 가격 상승을 가져왔습니다.
수요 증가하고 공급망은 불안정
미국지질조사국(USGS)이 지난달 발행한 광물자원개요(Mineral Commodity Summaries 2025)는 헬륨 공급이 2025년부터 2029년까지 안정적일 것으로 전망했지만, 일부 전문가들은 구조적 제약으로 인해 2025년에 위기에 직면할 수 있다고 경고하고 있습니다.
헬륨 공급이 원활하지 않으면 병원에 설치된 MRI 스캐너의 가동이 중단될 수도 있습니다. 3테슬라급 MRI 장비에는 약 2000리터의 헬륨이 들어가는데 증발이 일어나기 때문에 헬륨을 주기적으로 보충해 넣어야 합니다. 헬륨이 부족할 경우 퀜칭(quenching) 현상이 일어나 대량의 헬륨을 투입해야 하거나 기계를 망가뜨릴 수도 있습니다. 최근에는 헬륨 사용량을 획기적으로 줄인 신형 MRI 스캐너가 나왔지만, 성능은 기존 MRI 스캐너의 절반 수준인 1.5테슬라에 불과합니다.
헬륨을 사용하는 산업 분야에서는 공급망 관리와 대체재의 연구개발이 필요할 것으로 보입니다.
헬륨을 초전도전자석의 냉각제로 사용하는 3테슬라급 MRI 스캐너. (사진=뉴시스)
서경주 객원기자 kjsuh57@naver.com
이 기사는 뉴스토마토 보도준칙 및 윤리강령에 따라 강영관 산업2부장이 최종 확인·수정했습니다.
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