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15일 찾은 포스코퓨처엠(003670)의 전남 광양 전구체 공장. 6월 중순 준공해 연간 4만 5000톤의 전구체 생산능력을 갖춘 이 공장은 가동되기 시작한지 3달 만에 ‘풀가동’ 되고 있었다. 100여 명의 직원이 4교대를 이뤄 20개의 반응기를 돌려 24시간 생산하는 전구체는 양극재로 만들어져 LG에너지솔루션과 제너럴모터스(GM)의 미국 내 배터리 합작사인 얼티엄셀즈로 납품된다.
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생산 경력이 중국 등 다른 업체에 뒤처지는 포스코퓨처엠이 얼티엄셀즈를 사로잡은 것은 독자적으로 개발한 리사이클 공법 덕분이다. 전구체는 니켈·코발트·망간 등의 원료로 구성된 양극재의 중간 소재다. 포스코퓨처엠은 폐배터리에서 전구체 구성 원료를 뽑아내는 국책과제를 2020년부터 수행했고 5년간의 연구 끝에 기술 개발에 성공했다.
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전구체는 원료인 니켈·코발트·망간을 소금물 녹이듯 용해한 뒤 반응기에서 이온화하는 과정을 거친다. 고객사의 요구에 맞춰 비중을 조절해 전기화학적 결정을 만들어 낸 뒤 쪄주고 말려주는 작업을 진행한다. 이후 인근의 포스코퓨처엠 양극재 공장으로 옮겨지고 리튬과 결합해 양극재가 된다.
포스코퓨처엠 연구팀은 반응용액의 농도, 원료·용액의프리엠스 주식
혼합 속도 등을 최적화해 불순물의 농도가 높은 상황에서도 구형도와 배향성 등의 특성이 우수한 전구체를 합성하는 데 성공했다. 테스트 결과 방전용량과 단기수명특성, 장기수명 등 배터리의 성능을 좌우하는 특성들은 모두 광물 원료를 사용해 만든 전구체와 동등한 수준까지 향상됐다.
리사이클 원료를 활용한 전구체의 가장 큰 장점은 가격이다. 전구큐렉소 주식
체는 광물원료가 원가의 절반 이상을 차지한다. 하지만 이를 폐배터리에서 추출한 니켈·코발트·망간으로 대체할 경우 생산비용 절감이 가능하고 이는 결국 가격 경쟁력으로 이어진다. 리사이클 원료를 섞은 전구체는 광물원료 100%로 만들어진 전구체보다 10% 이상의 가격 차이가 나는 것으로 알려졌다.
김정한 포스코퓨처엠 연구위원은 “포스코그룹은 가치주
2차전지 사업 진출을 검토할 때부터 리사이클 사업에 대한 그림도 그리기 시작했다”며 “폐배터리 공급망이 더 안정화되고 재활용을 위한 원료 확보가 원활히 진행된다면 리사이클 전구체의 경쟁력은 더욱 높아질 것”이라고 말했다.
리사이클 양극재가 미국의 러브콜을 받은 것에는 공급망 자립화도 영향을 미쳤다. 한국경제인협회에 따르면 2022년 산화리튬과 수산화리튬의 중국 의존도는 87.9%였고 코발트의 중국 수입 비중 역시 72.8%에 달했다. 포스코퓨처엠이 폐배터리에서 추출한 원료는 중국에 대한 의존도를 크게 줄여 공급망 리스크를 해결할 수 있는 대안으로 떠오른 것이다.
특히 전구체는 3월 기준 중국에서 수입해오는 비중이 90% 이상이라 국산화가 시급한 소재로 평가 받았다. 전기차, 에너지저장장치(ESS) 등 미래 첨단산업에 두루 사용되지만 중국 의존도가 높아 공급망 리스크가 컸기 때문이다. 이에 포스코퓨처엠은 전구체 공장을 구축한 데 이어 전구체를 만드는 소재까지 리사이클을 통해 탈중국 공급망을 견고히 해나가고 있다.
포스코퓨처엠은 도로 맞은편에 있는 포스코HY클린메탈로부터 재활용 원료를 공급받는 선순환 체계를 구축했다. 2021년 설립된 포스코HY클린메탈은 폐배터리에서 추출한 ‘블랙 매스’를 구매한 뒤 니켈·코발트·망간·리튬 등 양극재의 핵심 원료들을 뽑아낸다. 현재 연간 1만 2000톤의 블랙 매스를 처리할 수 있는 설비를 갖췄고 이를 통해 니켈 2700톤, 코발트 800톤, 망간 800톤, 탄산리튬 2500톤을 추출한다.
포스코퓨처엠은 전기차가 본격적으로 보급되기 시작한 2020년부터 10년이 지난 2030년부터 리사이클 원료를 활용한 전구체가 시장의 핵심이 될 것으로 보고 있다. 김 연구위원은 “폐배터리 회수 공급망을 갖췄는지가 핵심 전략으로 떠오를 것”이라며 “중국은 이미 블랙 매스의 반출을 막고 전 세계에서 나오는 폐배터리를 쓸어 담으며 무기화를 준비하고 있어 국가적 차원에서의 공급망 구축이 필요하다”고 말했다. 심기문 기자 door@sedaily.com
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