“탄소배출 대폭 늘어난다”…삼전·하이닉스 주가 상승의 역설 [이슈+]

AI 반도체 수요 폭증이 부른 ‘슈퍼 사이클’
업계 수익성 개선 기대 속 탄소배출도 증가 전망

삼성전자와 SK하이닉스 주가가 인공지능(AI) 수요 확대 기대에 힘입어 역대급 상승세를 이어가고 있지만, 그 이면에서는 메모리 반도체 증산에 따른 탄소 배출 증가 우려가 커지고 있다.

캐나다 리서치 업체 테크인사이트는 18일(현지시간) 보고서를 통해 반도체 제조 과정에서 발생하는 온실가스 배출량은 2030년까지 이산화탄소 환산 2억4720만톤에 이를 것으로 전망했다. 이는 지난해 대비 45% 급증한 수치다.

테크인사이트는 AI 데이터센터 급증에 따른 메모리 반도체 공급난과 이에 따른 최첨단 반도체 생산 확대가 탄소 배출 증가를 견인하는 핵심 요인으로 지목했다.

전력 소비와 실리콘 웨이퍼에 회로를 새기는 과정에서 사용되는 불소계 가스가 반도체 산업의 주요 배출원이다. 보고서는 파운드리와 로직 분야가 여전히 전체 배출의 가장 큰 비중을 차지하겠지만 범용 반도체인 D램(DRAM) 생산에서의 배출 속도가 가장 빠를 것으로 전망했다.

테크인사이트에 따르면 지난해 D램, 낸드(NAND), 파운드리·로직 부문에서 배출된 이산화탄소는 각각 2670만톤, 3400만톤, 7990만톤으로 집계됐다. 그러나 2030년에는 배출량이 각각 4660만톤, 4660만톤, 1억1390만톤에 이를 것으로 예측됐다. 증가율만 보면 D램 부문 배출량이 75% 급증해 낸드(+37%), 파운드리·로직(+43%)을 크게 웃돌 것으로 예상된다.

이러한 배경에는 AI 데이터센터의 핵심 반도체로 D램을 쌓아 만드는 고대역폭메모리(HBM)의 수요 증가가 자리잡고 있다. 삼성전자의 최첨단 AI 반도체인 HBM4는 D램 12개를 적층하는 구조다. 삼성전자는 올해 엔비디아, AMD 등 글로벌 빅테크를 대상으로 HBM4 공급에 나설 계획이다.

테크인사이트의 스티븐 러셀 선임 연구원은 “AI에 의해 촉발된 HBM 및 기타 첨단 메모리 수요 증가는 절대적 규모에서 반도체 제조 분야의 탄소 배출을 끌어올릴 가능성이 있다"며 “제조업체들이 효율성을 개선하고 있음에도 웨이퍼 생산량이 늘고 공정 복잡성도 증가하고 있다"고 설명했다.

또 다른 리서치 업체 실리콘 애널리스트는 HBM 생산 과정에서 기가바이트당 에너지 소비량이 기존 메모리 대비 최대 5배에 달할 수 있다고 추산했다. 다만 미국 빅테크들의 AI 투자 경쟁이 지속될 것으로 예상되는 만큼 HBM 수요는 계속 확대될 전망이다. 알파벳, 아마존, 메타, 마이크로소프트(MS) 등 주요 4개 기업은 올해에만 약 6500억달러를 AI 데이터센터 구축에 투입할 계획이다.

이지운 송 메타 엔지니어링 담당 부사장은 최근 CNBC와의 인터뷰에서 “HBM 공급 부족에 대해 매우 우려하고 있다"고 밝혔다.

메모리 반도체 공급난 장기화 전망 역시 탄소 배출 증가 요인으로 지목된다. KB증권 김동원 리서치본부장은 19일 보고서를 내고 “현재 메모리 시장은 고객사 수요 충족률이 여전히 60% 수준에 머물러 있다"며 메모리 반도체 공급부족은 2030년까지 장기화될 가능성이 높아지고 있다고 내다봤다.

◇ '탄소배출·주가' 동시에 끌어올린 AI 반도체 열풍

AI 반도체 생산 확대는 탄소 배출 증가를 초래하지만 역설적으로 삼성전자, SK하이닉스 등 반도체 기업들의 주가 상승을 이끄는 핵심 요인으로 작용하고 있다.

KB증권은 올해 삼성전자의 영업이익이 전년 대비 405% 증가한 220조원에 이를 것으로 전망했다. 특히 D램 부문 영업이익은 서버용 D램과 HBM4 출하 확대에 힘입어 전년 대비 약 6배 증가한 163조원(영업이익률 74.1%)에 달할 것으로 예상했다.

파운드리 분야에서도 실적 개선 기대감이 커지고 있다. 삼성전자는 테슬라, 퀄컴에 이어 최근 엔비디아까지 파운드리 수주를 확보했으며, AMD와의 협력 역시 파운드리 부문으로 확대될 것으로 예상된다.

이에 따라 김 본부장은 삼성전자에 대해 투자의견 '매수', 목표주가 32만원을 유지했다. 이날 유가증권시장에서 삼성전자 종가는 20만500원이다.

글로벌 투자은행 골드만삭스도 최근 보고서를 통해 SK하이닉스의 목표주가를 기존 120만원에서 135만원으로 올리고 '매수' 의견을 유지했다. 골드만삭스는 SK하이닉스의 올해 영업이익은 202조원으로 전망하며 시장 전망치를 웃돌 것으로 내다봤다. 특히 올해 D램 부문에서 70% 후반대, 낸드플래시 부문에서 40% 후반대의 영업이익률을 달성해 자기자본이익률(ROE)이 80%를 넘어설 것으로 예상했다. 삼성전자 주가에 대해서도 기존 20만5000원에서 26만원으로 상향했다.

노무라증권도 삼성전자 목표주가를 기존 29만원에서 32만원으로 상향 조정했다.

◇ “배출 저감 기술 개선됐지만…생산 늘어나면 상쇄"

탄소 배출 감축을 위한 수단 또한 만만치 않다. 오스트리아 국제응용시스템분석연구소(IIASA)의 팔라브 푸로히트 선임 연구원은 불소계 가스를 관리하는 저감 시스템은 일반적으로 생산 라인당 수십만 달러에서 수백만 달러의 투자가 필요다고 블룸버그통신에 말했다.

청정에너지 활용 역시 대안으로 거론되지만 한국 등 화석연료 의존도가 높은 국가를 중심으로 반도체 생산능력이 확대될 가능성이 높다고 블룸버그는 짚었다.

러셀 연구원은 “현실적인 배출 저감 기술은 빠르게 개선되고 있다"면서도 “배출 집약도가 낮아지더라도 생산 증가 속도가 더 빠르면 총 배출량은 여전히 증가할 수 있다"고 말했다.

그럼에도 반도체 업체들은 배출 저감을 위한 노력을 이어가고 있다. 블룸버그에 따르면 SK하이닉스는 “고효율 스크러버 설치 등 다양한 감축 방안을 적극적으로 연구·적용하고 있다"고 밝혔다. SK하이닉스의 기가바이트당 스코프 1·2 배출 집약도는 2021년부터 2024년까지 약 33% 감소했다.

삼성전자 역시 “제조시설 확장 과정에서도 탄소 배출을 줄이기 위한 노력을 지속하고 있다"고 밝혔다. 삼성전자는 일본 다이킨과 차세대 가스 'G2'를 공동 개발했으며, 이는 반도체 식각 공정에서 사용되는 삼불화메탄을 대체할 수 있는 저탄소 소재로 주목받고 있다.

마이크론은 2024 회계연도 기준 스코프 1·2 배출량이 감소했다고 밝히며, 2030년까지 스코프 1 배출을 2020년 대비 42% 줄이겠다는 목표를 유지하고 있다고 강조했다. 또한 “글로벌 생산 시설 확대에도 불구하고 목표 달성 경로에 대해 확신하고 있다"고 밝혔다.

박성준 기자 mediapark@ekn.kr