녹색 전환이 가속화됨에 따라 재생 에너지 인프라, 전기 자동차(EV) 및 전력망에서 중요한 역할을 하는 구리에 대한 수요가 급증했다. 기업들이 새로운 광산을 건설하기 위해 안간힘을 쓰고 있음에도 불구하고 2035년에는 구리 부족량이 수백만 톤에 달할 수 있으며, 이로 인해 과학자와 엔지니어는 알루미늄과 같은 대체 물질을 모색하게 된다.
알루미늄은 높은 전도성과 내식성을 포함하여 구리의 바람직한 특성을 많이 공유한다. 지구의 지각에는 보크사이트 광석에서 형성되는 알루미늄이 8.1%나 함유되어 있어 지구상에서 가장 풍부한 금속이다. 한편, 구리 퇴적물은 표면 아래 더 깊은 1차 광석 퇴적물의 광물화를 통해 형성되어 발견 및 추출이 더 어렵고 풍부하지 않게 된다.
알루미늄의 응용 분야는 EV를 넘어 가공 전력선, 태양광 패널 프레임, 풍력 터빈 부품과 같은 전력망 및 재생 에너지 시스템까지 확장된다. 해저 케이블과 중요 변압기 권선에서는 우수한 전도성과 피로 저항성 때문에 여전히 구리를 선호하지만, 재생 에너지에서 알루미늄의 역할은 점점 커지고 있다.
에인트호번 대학의 연구원인 아우케 훅스트라(Auke Hoekstra)은 “전기 자동차의 거의 모든 구리는 모터 권선부터 와이어 하니스까지 알루미늄으로 대체될 수 있다”고 말한다. 그러나 알루미늄은 무게가 가벼워 연료 효율성에서 유리하지만, 전도율은 구리의 60%에 불과하다.
또한, 알루미늄 생산은 에너지를 많이 소모하며, 1톤의 용융 알루미늄을 생산하는 데 13~15메가와트시(MWh)의 에너지가 필요하다. 알루미늄은 또한 높은 크리프율과 산화 경향을 가져 디자인 제약과 소재 처리 문제를 발생시킨다.
따라서 구리는 내구성과 컴팩트함이 요구되는 고수요 시나리오에서는 여전히 선택되는 소재이다. 예를 들어 지하 전력선, 고전압 변압기 및 밀집 회로 기판 등이 있다.
2022년, 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소의 키르티 카파간툴라(Keerti Kappagantula)가 이끄는 연구팀은 알루미늄의 전도성을 높이는 작업을 시뮬레이션을 통해 금속의 구조를 변경하여 개별 원자를 제거하거나 재배치하는 방식으로 진행했다. 그러나 카파간툴라의 최근 연구는 초점이 그래핀으로 전환되었다는 것을 나타낸다. 그래핀은 탄소 동소체로, 미세한 수준에서 측정된 가장 강한 물질이다.
이 소재의 인기는 미국 에너지부의 진행 중인 수백만 달러 규모의 전도성 향상 소재 개발 경쟁에서도 두드러지게 나타난다. 7개 경쟁자 중 3개는 구리 복합 소재에 초점을 맞추고 있으며, 그 중 2개는 그래핀을 포함하고 있다.
그래핀을 도입함으로써 연구자들은 원자 수준에서 저항을 줄여 새로운 효율성을 열어주면서 구리의 고유한 장점을 유지하는 것을 목표로 하고 있다. 넷 제로(Net Zero) 세계에서는 두 가지 선택지가 있다: 구리 공급을 늘리거나 효율성을 극대화하는 것이다.
Global X Copper Miners ETF(NYSE:COPX)는 올해 들어 시장보다 저조한 성과를 보이며 13.40%의 수익률을 기록했다. P/E 비율은 10.90배로, S&P 500의 30.4배 비율보다 훨씬 낮다.
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이미지는 Midjourney를 통해 인공지능으로 생성되었습니다.
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