다가오는 구리 부족: 알루미늄 또는 탄소 나노튜브를 구출할 것인가?

배선에 알루미늄을 사용하는 것은 1960년대 또는 1970년대 초 주택에서 이를 처리해야 했던 사람의 얼굴에 미소를 짓게 할 것 같지 않습니다. 화재 및 기타 사고의 원인은 알루미늄의 높은 열팽창을 처리하지 못한 것, 산화알루미늄의 전기 절연성, 비틀렸을 때 알루미늄의 일반적인 취성 등을 포함하여 무수히 많습니다.

그러나 구리는 전기 전도성과 설치 용이성 측면에서 알루미늄보다 우수하지만 1970년대 이후 구리 가격이 급등해 달 탐사를 목전에 두고 있다. 그 이유 중 가장 큰 부분은 풍력 터빈과 전기 자동차의 대규모 배치로 인해 전자 제품과 전기 모터부터 발전기에 이르기까지 모든 분야에서 구리 사용이 증가했기 때문입니다.

세계가 전기 자동차의 사용과 풍력 터빈 설치를 대폭 확대함에 따라 구리 수요가 현재 구리 공급을 초과할 것으로 예상됩니다. 결과적으로 알루미늄이 큰 수익을 낼 가능성이 높기 때문에 구리 피복 알루미늄과 탄소 기반 대체재 사용을 포함한 현대의 알루미늄 기반 배선을 살펴볼 가치가 있습니다.

돌이켜보면, 지난 45년간의 구리 가격에 대한 다음 그래프에서 볼 수 있듯이, 1960년대와 1970년대에는 구리 가격이 그다지 나쁘지 않았습니다.

이러한 가격 인상은 주로 더 많은 전기 자동차와 풍력 터빈에 대한 수요 증가에 의해 주도되며, 향후 몇 년 동안 이러한 수요가 가속화되어 기존 공급에 더욱 큰 압력을 가할 것으로 예상됩니다. USGS가 아직 발견되지 않은 구리 자원을 식별했지만 이를 위해서는 채굴 작업이 필요하며 모든 구리 광석을 경제적으로 채굴하여 원시 구리로 전환할 수 있는 것은 아닙니다.

올해 초 국제에너지기구(IEA)는 저탄소 자원으로의 에너지 전환에서 중요한 광물의 역할에 관한 보고서를 발표했습니다. 이 보고서에서 가져온 아래 이미지에서 소스 유형별, 정격 출력 용량별 상대적인 금속 요구 사항은 물론 기존(ICE) 자동차와 비교한 전기 자동차(EV)의 재료 요구 사항을 확인할 수 있습니다.

한편, 현재의 지속 가능한 개발 정책을 고려한 구리에 대한 예상 수요 곡선은 현재 구리 광산 생산량 및 예상되는 새로운 광산 운영과 대조하여 아래 이미지와 유사할 것으로 예상됩니다.

놀랄 것도 없이, 그러한 정책 중 다수가 2000년경에 시행되고 다른 산업의 수요 증가와 함께 구리 가격이 꾸준히 상승하여 예비 주택 소유자가 구리 또는 알루미늄 배선 설치를 결정하게 했던 1960년대 최고치를 훨씬 뛰어넘었습니다.

이 속도라면 몇 년 안에 구리의 일반적인 사용이 중단되고 쉽게 구할 수 있게 될 것입니다. 동시에, 구리의 특성으로 인해 특정 용도에 이상적이므로 대안으로 사용할 수 있는 다른 용도는 다른 곳에서 찾아야 할 수도 있습니다. 이는 주택 배선부터 고객 전자 제품에 이르기까지 모든 것이 곧 구리 시장에서 가격이 하락할 수 있음을 의미할 가능성이 높습니다. 어떤 대안이 있으며 구리와 어떻게 비교됩니까?

구리는 여러 가지 이유로 전기 배선에 가장 선호되며 그 중 가장 뛰어난 열 및 전기 전도성이 가장 중요합니다. 이것이 바로 구리가 방열판, 주택 및 전기 장치의 전기 배선에 선호되는 재료입니다. 이에 비해 순수 알루미늄은 단면적으로 구리의 전기 전도도의 61%에 불과합니다.

그러나 알루미늄은 구리에 비해 한 가지 주요 이점이 있습니다. 즉, 실온에서 구리 밀도가 8.96g/cm3이고 알루미늄의 밀도가 2.70g/cm3이므로 질량 기준으로 전기 전도성이 두 배 더 높다는 것입니다. 이러한 이유로 전송 및 배전 배선과 같이 무게가 더 중요한 응용 분야에 사용됩니다. 특히 철탑 사이에 큰 케이블 다발을 연결할 때 알루미늄의 높은 전도도 대 무게 비율은 큰 이점을 제공합니다.