신성장동력 2개의 신형엔진 – 포스코뉴스룸

신성장 동력 2개의 신형엔진, 포스코HY클린메탈 편

posconews — Wed, 04 Aug 2021 16:20:54 +0000

이차전지 소재사업은 포스코그룹 신성장 사업의 핵심이다. 이차전지의 시장규모는 매년 가파른 성장이 예상되고 그 원료와 소재를 확보하기 위한 전세계적인 경쟁이 이미 치열하게 진행 중이다. 포스코그룹은 2021년 4월과 5월, 포스코그룹의 이차전지 소재사업을 이끌 두 신형 엔진의 탄생을 알렸다. 바로 포스코리튬솔루션과 포스코HY클린메탈이다.

앞서 배터리 소재 공급 문제의 해결사 포스코리튬솔루션에 대해 자세히 알아봤다면, 이번에는 포스코 양극재 소재 밸류체인의 또 하나의 축 포스코HY클린메탈에 대해 알아보자.

l 포스코HY클린메탈, 양극재 소재 밸류체인의 중심

자동차업체들은 주행거리를 늘리기 위해 양극재에 다양한 소재를 혼합해 적용하는 다양한 연구를 하고 있다. 그 중에서도 니켈 함량이 80% 이상인 하이니켈 NCM(니켈-코발트-망간) 양극재가 높은 에너지밀도와 안정적인 성능으로 주행거리를 크게 늘릴 수 있어 주목을 받고 있다.

포스코HY클린메탈은 이 양극재에 들어가는 리튬을 비롯해, 니켈, 코발트, 망간을 리튬이온배터리에서 추출해 다시 양극재 소재로 공급하는 리사이클링 사업을 담당한다.

전기차 수요 증가와 양극재 고용량화에 따라 니켈 수요는 2021년 11만 5,000톤에서 2030년 121만 3,000톤까지 늘어날 전망으로 테슬라 등 완성차 제조사와 LG에너지솔루션 등 배터리 제조사는 원 소재를 확보하기 위해 직접 자원 투자도 하고 있다. 하지만, 니켈은 한정된 자원과 채굴과정에서의 친환경 공정을 요구하는 글로벌 완성차 제조사의 요구에 따라 공급이 제한적이어서 2025년 이후에는 공급부족이 심화될 전망이다.

포스코케미칼의 2030년 예상 니켈 수요는 20만 톤으로, 소재 조달의 그룹 내재화가 필요한 상황이다. 포스코그룹은 이와 같이 공급부족이 예상되는 니켈을 비롯한 핵심 이차전지소재를 확보하는 방안으로 배터리 생산과정에서 발생되는 스크랩 및 생산불량품이나 수명이 다한 폐배터리에서 원 소재를 추출하는 리사이클링 사업의 가능성에 주목했다.

포스코는 2020년 5월, LG에너지솔루션 폴란드 공장에서 발생하는 배터리 스크랩을 연간 1만 톤 수주해, 이차전지 리사이클링 사업에 본격적으로 착수하기로 결정했다. 2020년 12월에는 포스코이사회에서 투자승인을 받은 뒤, 90억 원을 투자해 폴란드에 리사이클링 상공정을 담당하는 단독 법인을 설립했다. 그리고 리사이클링 기술을 보유한 중국 화유코발트社와의 JV를 통해 한국 광양에 하공정을 담당하는 포스코HY클린메탈을 설립했다.

포스코는 포스코HY클린메탈 1단계 투자비 1,200억 원 중 780억 원을 투자해 지분 65%를 확보하고 지난 5월 7일 법인을 설립했다.

l 포스코HY클린메탈 생산 제품과 공정

포스코HY클린메탈의 공정은 크게 상공정과 하공정으로 나눌 수 있다. 상공정은 LG에너지솔루션 폴란드공장에서 배터리 생산과정 중 발생되는 스크랩을 수거해 분쇄하고 열처리를 거쳐 중간재인 BP(Black Powder)제조하는 공정으로 스크랩을 다시 자원화하는 의미가 있다.

상공정에서 생산한 BP는 한국 광양의 율촌산단에 건설 중인 포스코HY클린메탈 공장에서 유가금속을 추출하는 정밀 정제공정인 용매추출 공정을 통해 이차전지 소재를 생산한다.

l 2022년 7월 준공, 이차전지 친환경 리사이클링 공장

포스코는 2021년 5월 28일 화유코발트, 전라남도와 투자협약식을 갖고 광양 율촌산업단지 내 17만 1000㎡ 부지에 BP 1만톤을 처리할 수 있는 공장 건설을 본격적으로 시작했다.

포스코HY클린메탈은 2021년 8월 착공 후 2022년 7월 준공을 목표로 하고 있으며, 준공 이후 포스코케미칼을 비롯해 LG에너지솔루션 등 이차전지 제조업체들과 2022년 12월까지 제품 인증과정을 거쳐 2023년 1분기부터 제품을 판매할 계획이다.

포스코HY클린메탈은 연간 니켈 2200톤, 코발트 700톤, 망간 600톤, 탄산리튬 2,100톤 생산 능력을 확보할 계획으로, 향후에는 포스코케미칼 양극재공장에 인접한 지리적인 장점을 살려 케미칼의 전구체 제조설비에 원료를 직공급하는 체계를 구축, 가공비를 획기적으로 절감할 수 있을 것으로 기대하고 있다.

▲2021년 5월 28일, 포스코HY클린메탈과 전라남도 ‘이차전지 친환경 리사이클링(재활용) 사업’ 관련 투자협약식 모습(왼쪽).

폐배터리 리사이클링 시장은 2030년 기준 전체 원 소재 수요의 20%를 차지할 것으로 전망되며, EU, 일본, 중국 등 전기차 주요 선도국들은 폐배터리 리사이클링 생태계 구축에 속도를 내고 있다.

포스코는 급성장하는 리사이클링 시장에 대응하기 위해 작년 확보한 연 10,000톤 규모의 전지스크랩 외에 추가 스크랩 수주를 추진 중이다. 장기적으로는 포스코HY클린메탈을 리사이클링 사업의 허브로 두고, 신규 스크랩 및 폐배터리는 지역 거점별 확보를 통해 글로벌 공급망으로 확대할 계획이다.

또한 2025년까지 습식정제기술을 고도화하고, 폐배터리 해체 공정이 필요 없이 전기로에 폐배터리를 직접 장입해 유가금속을 추출하는 건식제련 기술도 개발을 추진하고 있다. 그리고 기존 리사이클링 설비를 활용해 인도네시아나 호주 광산의 니켈 중간물을 정제하는 등, 종합 정제 컴플렉스를 구축해 2030년 기준 니켈 생산량을 3만톤까지 끌어올릴 계획이다.

l 언어와 문화차이를 극복한 하나의 성공 목표

포스코HY클린메탈은 중국 화유코발트와의 합작회사인 만큼, 사업의 성공을 위해 양국 임직원의 협력이 무엇보다 중요하다. 포스코HY클린메탈에는 화유의 검증된 리사이클링 기술과 노하우를 합작사에 적용하기 위해 현재 기술이사인 COO를 비롯한 기술진 4명이 한국에서 함께 근무 중이고, 곧 재무부장과 추가 기술진도 보강될 예정이다.

포스코HY클린메탈은 한국과 중국이 함께 협력해 하나의 목표를 향하고 있는 만큼, 언어와 문화 차이를 극복하기 위해 중국어가 가능한 인력을 파견해 화유코발트 임직원의 생활 전반을 지원하고 있다. 또한, 정기적으로 한국직원들과 중국직원들간의 간담회를 진행해 하나의 직장 동료로서의 상호 관계를 돈독히 해 나가는 중이다.

현재 포스코HY클린메탈의 임직원은 20여 명 정도의 소규모이지만, 이차전지 리사이클의 선두주자, 포스코그룹 이차전지소재 사업의 핵심원료를 공급하는 소재업체가 되는 꿈을 이루기 위해 최선을 다하고 있으며, 내년 하반기 공장 가동을 위해서 올해 지속적으로 인력을 확충할 예정이다.

▲포스코HY클린메탈 조직도

포스코그룹은 두 신형 엔진인 포스코리튬솔류션과 포스코HY클린메탈과 함께 전세계 최고 수준의 이차전지 소재사업을 이끌어 나갈 계획이다. 앞으로 새로운 미래 먹거리, 이차전지 분야를 이끌어나갈 두 개의 신성장 동력 엔진의 성장과 활약을 기대해본다.

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신성장 동력 2개의 신형엔진, 포스코리튬솔루션 편

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l 미래 먹거리, ‘이차전지’의 핵심 소재 이해하기

세계적 기업들이 새로운 성장동력이자 미래 먹거리로 눈여겨보고 있는 ‘이차전지’는 크게 양극, 음극, 전해액, 분리막으로 구성되어 있으며, 여러 번 충전과 방전이 가능한 친환경 소재이다.

이차전지는 양극을 구성하는 물질의 화학반응을 이용해 전기를 생산하는데, 이온과 전자가 양극과 음극을 오가며 충전과 방전이 이루어진다.

양극의 실제 전극 반응에 관여하는 ‘활물질’을 어떤 소재로 구성하느냐에 따라 배터리의 용량과 전압이 결정되는데, 양극의 소재로는 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등이 쓰여진다. 여기서 포스코그룹(포스코리튬솔루션 & 포스코HY클린메탈) 은 이 양극 제조에 쓰이는 소재 생산을 담당하고 있다.

먼저, 배터리 소재 공급 문제의 해결사 ‘포스코리튬솔루션’에 대해 알아보자.

l 포스코리튬솔루션, 배터리 소재 공급 문제의 해결사!

포스코는 양극재 핵심원료인 리튬을 경제적이고 안정적으로 공급해 이차전지소재사업의 경쟁력을 강화할 목적으로 리튬원료(광석리튬, 염수리튬)를 확보하고 이를 추출하는 기술개발 활동을 2010년부터 장기간 추진해 왔다. 외부기술 벤치마킹과 데모플랜트 운영으로 내부역량을 축적했고 2021년 3월에 상용화 준비를 마쳤다.

이 후, 2021년 4월 9일 포스코이사회에서 투자승인을 받고, 4월 23일 ‘포스코리튬솔루션’ 이라는 사명으로 법인을 설립했다. ‘포스코리튬솔루션’은 리튬광석 공급사인 호주 필바라 미네랄스(Pilbara Minerals)사가 지분 참여하는 합작법인으로, 지분율은 포스코가 약 80%, 필바라 미네랄스가 약 20%를 보유하고 있다.

포스코리튬솔루션은 단순히 제품인 리튬을 공급하는데 그치지 않고 배터리 소재 공급 문제를 해결하겠다는 의지를 반영해 사명에 ‘솔루션’을 포함했다.

포스코리튬솔루션의 탄생은 포스코형 리튬추출 공정 기술 개발에서부터 시작됐는데, 2010년부터 포스코는 RIST등과 함께 리튬 광석이나 염수에서 배터리급 고순도 리튬을 생산하는 기술을 개발해왔고, 2017년 탄산리튬, 2018년 수산화리튬을 국내 최초로 생산했으며, 이후 광양제철소 내 데모플랜트 운영을 통해 전문 인력을 양성하고 포스코형 공정을 개발해 정착에 성공했다.

l 포스코리튬솔루션 생산 제품과 공정

리튬은 가장 밀도가 낮은 고체 원소로 반응성이 매우 강하다. 이 특성을 활용해 리튬이온이 이차전지의 양극과 음극을 오가며 충전과 방전을 담당한다. 리튬은 전기차 1대당 약 40kg이 필요한 핵심 원료이다.

포스코리튬솔루션의 생산 제품은 수산화리튬(LiOH)이다. 수산화리튬은 산소와의 반응성이 큰 리튬을 배터리용 소재로 활용할 수 있는 산화물 형태로 바꾼 것으로 이차전지 양극재의 핵심 소재다. 수산화리튬은 탄산리튬(Li2CO3)에 비해 배터리 용량과 수명을 늘리는데 유리해 전기자동차용 배터리 소재로 많이 쓰여진다.

수산화리튬의 원료는 크게 물에 용해된 염수 형태의 리튬과 광석 형태의 리튬으로 나뉘는데, 염수형 리튬 생산 공정은 리튬염수를 증발시켜 농축한 뒤 인산리튬(Li3PO4), 탄산리튬(Li2CO3) 등을 중간물로 우선 생산하고, 수산화리튬으로 전환 생산한다.

광석형 리튬 생산 공정은 중간물 생성 없이 황산리튬에서 바로 수산화리튬을 생산하므로 공정을 간소화할 수 있다. 포스코리튬솔루션의 공정은 광석리튬을 활용해 수산화리튬을 생산하는 방식을 채택하고 있다.

l 포스코리튬솔루션의 공정 특징

리튬 생산공정은 크게 상(上)공정과 하(下)공정으로 나뉜다. 상공정은 리튬 광석을 황산리튬으로 만들어 주는 공정인데, 먼저 광석을 약 1000℃의 온도로 가열해 나중에 이뤄질 화학반응에 적합한 구조로 만들어 준다. 이후 약 250℃의 환경에서 황산과 반응시켜 황산리튬으로 만든다. 하공정은 상공정에서 만들어준 황산리튬을 수산화 리튬으로 만들어주는 공정인데, 이때 수산화리튬화 방식에 따라 포스코형, 상용화형으로 분류된다.

포스코형은 포스코에서 자체개발한 방식으로 전기투석을 통해 황산리튬을 수산화리튬으로 만든다. 이 방식은 부산물을 발생시키지 않고 부원료 투입량이 적어, 친환경적이고 유지관리비가 낮은 경제적 방법이다. 상용화형은 이미 기가동중인 공정으로 화학반응으로 수산화리튬으로 만들어 주는 방식이다.

상용화형은 이미 중국에서 10기 이상 가동중인 안정화된 공정으로 NaOH등의 강염기를 이용한 화학반응으로 수산화리튬으로 만들어 주는 방식이다.

포스코리튬솔루션은 포스코형 1기(21500 톤/년), 상용화형 1기(21,500 톤/년)기의 1+1 조합으로 공정별 특성과 강약점을 상호보완해 투자 리스크를 저감할 수 있도록 설계됐다.

l 연산 4만3천톤 규모의 수산화리튬 공장 착공

포스코리튬솔루션은 5월 26일 광양 율촌산업단지에서 수산화리튬공장 착공식을 가졌다. 공장은 19만 6000㎡ 부지에 7,600억 원을 투자해 2023년 준공을 목표로 건설하고 있으며, 연간 4만 3,000톤, 전기차 100만 대에 들어갈 수산화리튬을 생산할 수 있다.

이는 전기차 100만 대 생산이 가능한 규모이며, 포스코리튬솔루션은 포스코케미칼이 양극재를 생산하는데 필요한 수산화리튬의 100%를 공급함으로써 그룹 내 안정적인 이차전지 소재 밸류체인을 구축하는데 큰 힘이 될 것으로 전망된다. 또한 중국 등 해외에서 100%수입에 의존하던 리튬 소재를 국산화해 국내 이차전지 산업의 경쟁력 강화도 기대된다.

▲포스코리튬솔루션 광양 율촌산업단지 수산화리튬공장 착공식(왼쪽).

포스코리튬솔루션은 경영인프라 구축, 생산공장 건설의 업무를 동시에 추진해야 하는 과제를 가지고 있다. 특히 포스코리튬솔루션은 포스코에 한정하지 않고 전 그룹사를 대상으로 기획, 재무, 구매, 인사노무, 대외협력, 건설, 조업대비까지 분야별 최고 전문가들을 모집해 총 16명의 ‘리튬어벤져스’ 가 사업의 성공을 위해 함께 힘을 합쳤다.

앞으로 눈부실 활약을 보여줄 ‘리튬어벤져스’의 활약이 기대된다.

▲포스코리튬솔루션 조직도

이번 편에서는 포스코그룹의 신성장 동력, 이차전지소재사업의 두 신형 엔진 중 하나인 포스코리튬솔루션에 대해 알아보았다. 다음 편에서는 포스코 양극재 소재 밸류체인의 중요한 또 하나의 축, 포스코HY클린메탈에 대한 내용을 다룰 예정이다.

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