글로벌 공급망 개편·경기 침체 등으로 전기차 산업 성장 둔화에 대한 우려가 커지는 가운데, 포스코퓨처엠은 R&D 투자를 통한 소재 기술 고도화 및 제품 포트폴리오 확대로 전기차 산업의 지속가능한 성장을 이끌 계획이다. 글로벌 전기차 시장에 대응하는 포스코퓨처엠의 차세대 양극재 기술과 미래 비전을 살펴본다.

포스코퓨처엠 에너지소재연구소 양극재연구센터
박혜정 책임연구원

글로벌 전기차 시장의 지속가능한 성장 조건

글로벌 전기차 시장은 2017년부터 2022년까지 연평균 49%씩 성장하며 고성장기를 지나왔다. 이는 전 세계가 탄소중립 달성 목표 하에 정책적으로 전기차 산업 성장을 독려하고, 완성차·배터리·소재 기업들의 R&D·설비 투자를 발 빠르게 진행한 결과라고 할 수 있다.

그러나 최근 전 세계적으로 전기차 수요 증가세가 둔화되고, 완성차 업체들의 재고가 증가하면서 전기차 산업이 *캐즘(Chasm)에 빠졌다는 우려가 제기되고 있다.

*캐즘(Chasm) : 새롭게 개발된 제품이나 서비스가 대중에게 받아들여지기 전까지 겪는 침체기

SNE Research에 따르면, 2023년 11월까지 전 세계에 등록된 전기차 대수는 12,427,000대로 이는 전년 동기 대비 38.6% 증가한 수치이다. 2022년 전기차 판매량이 전년 대비 약 57% 증가했다는 점을 감안하면 성장세는 둔화한 것이다.

글로벌 전기차 시장 성장세가 주춤한 이유는 다양하다. 우선 글로벌 전기차 시장의 가파른 성장으로 침투율이 약 16%를 돌파했고, 전기차 성능 향상과 소비자들의 전기차 선호도가 증가했음에도 여전히 충전 인프라가 부족한 상황이다. 또한, 글로벌 보호무역주의 확산으로 인한 광물 · 원료 공급망 개편, 美 자동차 노조의 장기간 파업 등도 전기차 산업 성장세 둔화에 영향을 미쳤다.

그러나 글로벌 전기차 수요의 일시적 둔화를 가져온 핵심 요인은 전기차에 대한 소비자들의 수용도가 높아졌음에도 여전히 높은 전기차 가격과 한정적 제품 라인업에 있다. 결국 전기차 대중화와 수요 회복을 위해서는 전기차 모델이 다양해져야 한다. 그리고 이를 위해서는 배터리, 특히 양극재 성능 다각화가 핵심적으로 필요하다.

포스코퓨처엠은 현재 주력 생산하는 하이니켈 삼원계 양극재 기술 경쟁력을 공고히 함과 동시에, 지속적인 R&D 투자로 Entry급부터 Premium급 전기차용 양극재까지 제품 포트폴리오를 확대해 전기차 산업의 지속가능한 성장을 주도할 계획이다.

전기차 배터리의 양극은 양극활물질이라고도 불리는 양극재와 도전재·바인더 등이 혼합된 슬러리를 알루미늄으로 제조한 극판에 도포해 제조하는데, 배터리 원가의 40% 이상을 양극재가 차지하고 있으며 양극재의 에너지 밀도가 전기차의 주행거리를, 구조적 안정성이 배터리의 안정성·수명 성능 등을 결정해 가장 중요한 소재라고 할 수 있다.

그리고 이러한 양극재는 리튬·니켈·코발트·망간·철 등 구성 원료(금속산화물)에 따라 성능이 결정되기 때문에 포스코퓨처엠은 핵심 원료의 함량 조절·他 원료 및 금속으로 대체·소재 구조 개선 등 기술 혁신을 통해 고객들에게 맞춤형 소재 솔루션을 제공할 계획이다.

포스코퓨처엠의 양극재 기술 로드맵

● 하이니켈 단결정 기술 고도화로 Premium 시장 장악

포스코퓨처엠은 하이니켈 삼원계 양극재의 니켈 비중 극대화·단결정 적용 확대를 지속 추진해 Premium급 전기차 양극재 시장 점유율을 지속 확대해 나갈 방침이다. 1세대 양극재이자 리튬과 코발트로만 구성된 LCO 양극재에서 가격이 유동적이고 수급이 불안정한 코발트(Co) 비중을 줄이고 니켈(Ni)·망간(Mn)을 활용해 총 3가지 원료로 구성(리튬 제외)된 양극재를 삼원계라고 부른다. 삼원계 양극재는 중국 기업들이 주로 생산하는 리튬인산철(LFP) 보다 기술적으로 진일보한 소재로, 에너지 밀도가 높아 전기차 주행거리 증대에 기여한다.

전기차 배터리에 탑재되는 삼원계 양극재에는 대표적으로 NCM(니켈·코발트·망간), NCA(니켈·코발트·알루미늄), NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄) 등이 있으며 포스코퓨처엠은 현재 3가지 양극재 모두 양산해 글로벌 배터리 기업에 공급하고 있다.

특히, 삼원계 양극재 중 니켈 함량이 약 80% 이상인 소재를 하이니켈(High-Ni)이라고 부르는데, 양극재 구성 원료 중 니켈이 소재의 에너지 밀도를 결정하기 때문에 니켈 비중을 높이면 전기차의 1회 충전 주행거리를 크게 확대할 수 있어 포스코퓨처엠을 비롯한 글로벌 배터리소재 기업들은 삼원계 양극재의 니켈 비중 극대화를 지속 추진하고 있다.

포스코퓨처엠은 현재 니켈 함량 86% 이상의 삼원계(NCMA) 양극재를 양산해 얼티엄셀즈 등 글로벌 고객사에 공급하고 있으며, 해당 제품 양산 과정에서 축적한 데이터 및 노하우를 기반으로 니켈 함량을 90% 이상으로 높일 계획이다.

이어서, 최근 전기차의 주행거리뿐만 아니라 배터리의 안전성·수명 등 성능 고도화를 위한 ‘단결정(Single-Crystal)’ 기술이 주목 받고 있어 포스코퓨처엠은 ‘단결정’ 제품 생산 확대·입자 크기 다양화에도 박차를 가하고 있다.

단결정이란 소재의 단위 입자가 하나(Single)의 결정 형태를 이루는 것을 의미한다. 현재 대부분의 전기차 배터리에는 여러 개의 결정상이 하나의 입자를 이루는 다결정(Polycrystalline) 양극재가 탑재되는데 다결정 제품은 압연 공정 및 충·방전 과정에서 입자 내 균열이 발생해 배터리 내 가스 발생 및 수명 감소를 야기할 수 있다. 반면 단결정 제품은 하나의 결정상이 하나의 단위 입자 구조로 결합하기 때문에 입자 내 균열 발생을 방지하고 다결정 대비 안정성·수명 성능이 우수하다.

포스코퓨처엠은 차별화된 고온 소성(열처리)·코팅 기술을 바탕으로 지난 3월 국내 최초로 ‘니켈 함량 86% 이상 단결정 양극재’ 양산에 성공했다. 니켈 함량을 높여 전기차 주행거리를 늘릴 수 있을 뿐만 아니라, 소재 구조 개선으로 안정성까지 향상시킬 수 있어 시장 선도 기술력을 입증한 것이다.

포스코퓨처엠은 현재 양산 중인 ‘소입경’ 제품보다 입자 크기가 큰 ‘중입경’ 단결정 양극재 기술도 개발해 제품 라인업 내 ‘단결정’ 비중을 늘리고, 양극을 단결정 제품으로만 구성해 에너지 밀도·안정성·수명 성능 모두 우수한 제품을 양산할 계획이다.

● Volume·Entry급 시장 공략을 위한 신규 라인업 구축

① 범용성을 갖춘 고전압 미드니켈 단결정 양극재

포스코퓨처엠은 범용성을 갖춘 고전압 미드니켈(Mid-Ni) 단결정 양극재 기술 개발을 통해 Volume 및 Entry급 전기차 시장을 공략할 방침이다.

니켈·코발트·망간으로 이뤄진 삼원계 양극재 중 니켈 함량이 약 50~60%대인 양극재를 미드니켈로 분류한다. Premium급 전기차 시장을 타깃으로 한 하이니켈 양극재와 달리, 고가의 니켈·코발트 함량을 낮추고 수산화리튬 대비 저렴한 탄산리튬을 활용해 가격경쟁력을 확보한 소재이다. 또한, 니켈 함량이 낮아 발열량도 적은 편이이어서 열폭주(전이) 문제도 효과적으로 해결할 수 있다.

그러나 니켈 함량을 낮출 시 에너지 밀도가 하락하기 때문에 포스코퓨처엠은 기존 소재 대비 *전압을 높이고, 단결정 입자 구조를 적용해 하이니켈 제품에 미치지는 못하지만 기존 미드니켈 제품 보다는 에너지 밀도가 높은 소재를 양산할 계획이다.

*[에너지 밀도 = 용량 x 전압]으로 전압 또는 에너지저장용량을 높이면 에너지 밀도를 향상 가능

다만, 양극재의 전압을 높이면 에너지 밀도를 향상시킬 수 있으나 소재 내 크랙 및 균열이 발생할 수 있어 입자 구조를 하나로 결합하는 단결정 기술이 이러한 안정성 문제 해결의 핵심 열쇠이다. 포스코퓨처엠은 국내 최초로 니켈 함량 86% 단결정 양극재를 양산해 글로벌 고객사에게 공급하고 있기 때문에, 해당 기술을 바탕으로 하이니켈뿐만 아니라 고전압 미드니켈 단결정 기술도 빠르게 확보할 전망이다.

② Entry급 전기차용 리튬인산철(LFP) 양극재
LFP 양극재는 전 세계에서 가장 매장량이 풍부한 금속 중 하나인 철·인광석으로 제조한 전구체와 탄산리튬을 결합해 생산하기 때문에 다른 소재 대비 가격이 저렴해 글로벌 완성차·배터리 기업들이 주목하는 소재다. 정육면체 형태의 올리빈(Olivine) 구조로 산소(O)와 인(P) 간 결합력이 강해 안정성도 매우 높다.

그러나 니켈 등 전이 금속으로 이뤄진 층(Layer) 사이로 리튬 이온의 이동이 활발한 삼원계보다 에너지저장용량·밀도가 낮다는 약점이 있어 그간에는 주로 중국 기업들이 Entry급 전기차용으로 생산해왔으나, 최근에는 *셀투팩(Cell to Pack) 등 배터리 내 모듈 단계를 제거하고 팩 내부 부품을 최소화하는 기술을 통해 약점을 보완하고 삼원계 대비 가격이 30~40% 저렴해 LFP 양극재를 채택하는 글로벌 완성차·배터리 기업들이 많아지고 있다.

*셀투팩(Cell to Pack) : 다수의 셀이 모듈을 이루고 모듈이 패키지를 이루는 기존 배터리와 다르게 모듈을 생략하고 셀을 바로 팩에 조립

BloombergNEF은 2030년 미국 내 전기차 수요의 40%를 LFP 배터리(양극재)가 점유할 것으로 전망했으며, 신재생에너지 확대로 수요가 증가하고 있는 에너지저장시스템(ESS)의 경우에도 전기차 대비 공간제약·출력 등 요건이 까다롭지 않아 LFP에 대한 선호도가 높아지고 있다.

이러한 시장의 흐름에 발맞춰 포스코퓨처엠 역시 가격경쟁력 높은 LFP·LMFP 양극재를 양산해 북미·유럽 전기차 시장 내 증가하는 Entry급 전기차용 소재 수요에 적극 대응할 계획이다. 특히, LMFP는 LFP에 망간(M)을 더하고 전압을 약 3.2V에서 4.1V로 높여 에너지 밀도를 약 15~20% 늘린 양극재로 LFP 양극재를 탑재한 전기차보다 주행거리를 늘릴 수 있다.

③ 망간(Manganese)이 핵심 원료인 망간리치(Mn-Rich) 양극재
포스코퓨처엠은 망간리치(Mn-Rich, Lithium Manganese Rich) 양극재 기술도 개발하고 있다. 망간리치는 구성 원료 중 망간과 리튬의 비중이 높은 양극재를 말한다.

에너지 밀도를 높일 수 있는 니켈과 고가의 코발트 대신 상대적으로 저렴하며 수급이 안정적인 망간 비중을 높여 LFP 양극재에 준하는 가격경쟁력을 갖출 수 있다. 또한, 망간 비중을 높이면 소재 구조가 안정화돼 고전압(4.4V 이상)으로 에너지 밀도 또한 50% 이상 높일 수 있어 미드니켈 양극재 등과 함께 차세대 소재로 주목받고 있다.

이러한 망간리치 양극재의 종류는 다양한데, 코발트 함유량이 0%인 Co-free와 10% 미만인 Co-less로 분류되며, 가장 대표적인 제품으로 LLO(Layered Li-rich Manganese Oxides) 양극재가 있다. 본래 니켈 등 전이금속이 들어갈 자리에 리튬을 추가로 넣어 에너지저장용량·밀도를 높인 소재이다. 다만, 충·방전 과정에서의 가스 발생 우려가 있어 포스코퓨처엠은 기술 개선에 박차를 가해 소재 포트폴리오를 다각화할 방침이다.

전기차 산업 발전, 소재 혁신이 관건

포스코퓨처엠은 에너지소재연구소-포스코홀딩스의 미래기술연구원-포항산업과학연구원(RIST)-포스텍(POSTECH)이 보유한 신소재에너지 기초·양산화·차세대 소재 기술 연구 등 R&D 역량을 결집해 시장을 선도할 수 있는 양극재 기술을 지속 개발해 나갈 계획이다. 특히, 포스코그룹 차원의 투자로 구축한 원료부터 최종 소재, 폐배터리 리사이클링까지 이어지는 양·음극재 풀 밸류체인으로 고품질의 원료를 안정적으로 조달할 수 있어 R&D 투자로 완성한 차세대 소재 기술을 효율적으로 상용화 및 양산할 수 있을 것으로 기대된다.

*본 콘텐츠는 ‘포스코퓨처엠 스토리’ 내용을 토대로 작성하였습니다.

포스코 사업 이야기를 담은 본격! 친환경 애니메이션 시즌2
<수상한 그녀, 미래는 충전 중입니다>를
포스코TV 쇼츠 영상으로 만나보세요!

2023년 포스코에 입사한 신입사원 리온(Li-ion) 미래, 신기하게도 성이 리온(Li-ion)이다. 짝사랑하던 예지와의 추억에 힘들어하던 강철은 신입사원 미래에게 한눈에 반하게 되는데! 하지만 미래는 파격적인 외모 못지않게 하는 행동도 범상치 않다.

타자 속도는 20,000타에 충전기를 입에 물고 공중부양을 하며 하는가 하면, 커피는 ‘양극재 음극재 라테’만 마시는 미래, 게다가 완충된 지 얼마 안 되었다며 점심 식사도 패스! 일반 사람과는 다른 이상한(?) 미래의 모습이 신기하지만, 더 이상한 건 회사 동료들은 젊은 세대라 다르다며 아무렇지도 않게 미래를 대한다는 것! 강철은 알쏭달쏭한 미래와 동료들을 보며 혼돈의 카오스에 빠져버린다.

한편 하계 워크숍을 떠나게 된 직원들! 미래가 고른 워크숍 장소는 ‘아르헨티나 염호’, 미래는 이곳이 “배터리의 고향”이라고 말하며 자신이 꼭 지켜야 할 곳이라고 말하는데! 사연 많은 미래와 강철, 회사 동료들의 진짜 정체는 무엇일지…
포스코TV <수상한 그녀, 미래는 충전 중입니다>에서 만나보자!

투자자들에게 포스코홀딩스의 7대 핵심사업에 대한 객관적인 정보를 흥미로운 콘텐츠에 담아 알리고 소통하는 새로운 유튜브 채널이 탄생했다. 이 채널에서는 “리튬 왜 중요할까?”를 주제로 제작한 영상과 포스코그룹의 국내외 이차전지소재사업 현장을 담은 생생한 탐방 영상, 리튬 시장에 대한 현황을 다루는 대담 영상 등 다양하고 흥미로운 콘텐츠를 선보이고 있다.

Tech Talk와 Market Talk 코너에서는 포스코그룹의 핵심사업별 주요 기술과 산업 전망을 알리는 영상을 볼 수 있다. 현재 Tech Talk에서는 전기차 배터리에 필요한 원료 리튬을 어떻게 추출하는지, 염수 리튬과 광석 리튬은 어떻게 다른지, 리사이클링으로 리튬을 확보하는 과정은 어떤지 포스코경영연구원 박재범 수석연구원의 설명을 들으며 궁금증을 해소할 수 있는 영상이 공개돼 있다. 또, Market Talk에는 포스코경영연구원 박재범 수석연구원과 매일경제신문 증권부 신화 기자가 리튬시장에 대해 궁금했던 점과 2023년 시장 전망에 대해 이야기를 나누며 리튬에 대한 궁금증을 모두 풀어주는 알찬 영상을 볼 수 있다. 앞으로도 이 코너에서는 포스리 연구원 등 업계 전문가들이 대담을 나누며 포스코홀딩스 산업에 대한 깊이 있는 지식을 제공할 예정이다.

Virtual Tour는 포스코그룹의 사업이 어떻게 진행되는지 국내외 주요 사업장을 방문해 체험을 통해 알아보는 생생한 탐방 영상을 만날 수 있는 코너다. 출연진이 아르헨티나 ‘옴브레 무에르토’ 염호를 찾아 리튬 데모플랜트와 인산 리튬을 직접 보고, 리튬 생산 과정과 관정 개발 현장, 상용화공장 주변을 체험하며 생물 다양성 보호 활동까지 알아보는 생동감 넘치는 영상 4편을 만날 수 있다.

최근 리튬에 대한 관심이 높아지다 보니, 포스코홀딩스 IR 채널은 개설 한 달여 만에 구독자 7천 1백명, 누적 조회 수 27만 회를 기록했다. 앞으로도 포스코홀딩스는 유튜브 채널에 포스코그룹의 7대 핵심사업에 대한 정확한 사실을 알리고 자세한 설명을 곁들이는 콘텐츠를 업로드해, 많은 이들에게 친환경 미래소재 대표기업으로서의 면모를 알릴 예정이다.

올해도 어김없이 돌아온 국내 최대의 배터리 전시회! ‘인터배터리 2023’이 지난 15일부터 17일까지 3일간 코엑스에서 진행되었다. 인터배터리는 2013년에 론칭한 국내 최대 규모의 배터리 산업 전문 전시회로, 전 세계의 전동화 흐름에 따라 폭발적으로 성장하고 있는 배터리 산업 트렌드와 전기차 등 친환경 모빌리티용 배터리 · 에너지저장시스템 · 배터리 충전 시스템 · BaaS(Battery as a service) 등 배터리 관련 다양한 신제품 및 기술을 한자리에서 만나볼 수 있는 자리였다.

전시회에는 친환경 모빌리티, 에너지저장시스템(ESS)용 배터리를 만드는 기업부터 핵심 소재, 장비를 생산하는 기업들까지 글로벌 배터리 산업을 주도하는 주역들이 각자의 경쟁력을 뽐낸 가운데, 어느 기업보다도 관람객들의 주목을 한눈에 받은 곳은 바로 포스코퓨처엠이었다.

실제 포스코퓨처엠의 차별화된 소재 기술력과 사업역량으로 글로벌 고객사들의 러브콜과 사업 협력 논의가 이어지고 있으며, 이번 전시 부스에도 네덜란드 통상장관, 주한캐나다 대사가 방문하는 등 포스코퓨처엠에 대한 글로벌 이해관계자와 외국인 관람객들의 관심이 집중됐다. 글로벌 배터리 산업을 선도하고 있는 포스코퓨처엠의 제품 및 최신 기술을 한눈에 살펴볼 수 있었던 인터배터리 2023! 그 뜨거웠던 현장을 다시 한번 살펴보려고 한다.

▲ 인터배터리 2023 메인 입구

글로벌 전기차 산업의 성장과 함께 배터리 시장도 급부상하는 만큼, 올해로 11번째를 맞이한 인터배터리 전시도 역대 최다인 국내·외 477개 기업(1,400 부스)이 참가하고 6만 명 이상의 관람객이 방문하는 등 열띤 호응 속에서 성공적으로 개최했다.

각 부스에서 전시 품목에 대해 설명을 진행할 때마다 수십 명의 인파가 모여드는 광경을 목격할 수 있었다. 입장하기 위한 대기 줄은 전시장 입구에서부터 코엑스 1층 전체를 횡단하듯 길게 늘어져 있어 배터리 산업에 대한 대중들의 관심이 높아졌음을 실감케 했다.

포스코퓨처엠과 함께하는 ‘더 나은 소재를 향한 여정’

코엑스 전시관 A홀에는 포스코퓨처엠을 비롯한 배터리 산업 관련 기업들의 부스가 구성되었다. 포스코퓨처엠은 작년보다 넓은 270㎡ 크기의 부스에서 다양한 소재 라인업, 원료부터 폐배터리 리사이클링까지의 밸류체인, ESG 경쟁력 등을 종합적으로 선보였다.

▲ 관람객들이 포스코퓨처엠 부스에서 차세대 배터리소재 개발 로드맵을 살펴보고 있다.

포스코퓨처엠이 ‘더 멀리, 오래 가는 전기차’ 시대를 열기 위해 고성능 소재를 개발해 온 그 과정을 보여주었고, ‘포스코퓨처엠과 함께하는 더 나은 소재를 향한 여정’이라는 컨셉을 통해 광물 채굴부터 소재 생산 · 폐배터리 리사이클링까지의 풀 밸류체인을 한눈에 볼 수 있었다.

부스 초입에는 ‘미래소재’ 대표 기업 포스코퓨처엠(구 포스코케미칼) 사명에 담긴 의미를 타이포그래피(typography) 방식으로 전달하는 영상이 재생되어 관람객들의 눈길을 사로잡기도 했다.

▲ 포스코퓨처엠에 담긴 의미를 설명하는 전시물

배터리소재 핵심 원료는 어디서 어떻게 확보하나? 한눈에 보는 밸류체인

특히, 이번 인터배터리 2023 전시회에서는 받은 ‘포스코퓨처엠을 중심으로 그룹 차원에서 구축한 배터리소재 풀 밸류체인’이 관람객에게 가장 큰 주목을 받았다. 포스코퓨처엠이 그리는 ‘2030년 배터리소재 풀 밸류체인’ 구상 아래 2030년 기준 양 · 음극재 생산능력, 리튬 · 니켈 등 핵심 원료 조달 계획 등을 관람객들이 보다 쉽게 이해할 수 있도록 그래픽 자료로 소개했다.

▲ 포스코퓨처엠 배터리소재 풀 밸류체인을 소개하는 그래픽 자료를 관람 중인 관객들의 모습

포스코퓨처엠은 2030년 기준 북미, 유럽 등 핵심 권역에 소재 생산기지를 건설하여 양극재 61만 톤 · 음극재 32만 톤 · 전구체 44만 톤 양산체제를 구축할 계획이며, 그룹 차원의 투자를 통해 리튬 30만 톤 · 니켈 22만 톤 양산체제도 구축할 예정이라 핵심 원료 내재화 경쟁력을 빠르게 높여 나갈 전망이다.

전시 부스 중앙에는 광석 채굴 – 원료 가공 – 소재 생산 – 리사이클링에 이르는 포스코그룹 고유의 밸류체인이 미니어 모형으로 전시되어 관람객들의 이해도를 한층 높였다.

▲ 포스코퓨처엠을 중심으로 구축한 포스코그룹 배터리소재 풀 밸류체인 구조도

구체적으로 포스코퓨처엠은 포스코그룹이 아르헨티나 리튬 염호와 호주 리튬 광산, 호주 니켈 광산 등을 통해 확보한 원료를 활용하여 고품질의 양극재를 생산하고 포스코HY클린메탈이 폐배터리에서 추출한 원료 역시 양극재 생산에 활용하여 원료 재활용률을 높일 계획이다.

음극재 역시 포스코그룹이 탄자니아 흑연 광산에서 확보한 인상흑연을 구형화하여 천연흑연 음극재를 생산할 것이며, 인조흑연 음극재의 원료인 침상코크스는 자회사 포스코MC머티리얼즈가 생산 및 공급하기 때문에 안정적 원료 공급망을 이미 확보한 셈이다.

양·음극재 제품군 전체를 아우르는 풀 포트폴리오(full-portfolio) 선보여

‘풀 밸류체인’에 이어 포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 배터리 핵심 소재인 양극재와 음극재를 함께 생산하는 기업으로서 ‘풀 포트폴리오 전략’을 선보였다. 말 그대로 현재 배터리를 구성하는 모든 종류의 양극재와 음극재를 개발 및 양산해서 전기차 배터리뿐만 아니라 에너지저장시스템(ESS), 소형 모빌리티, 전동공구 등 배터리가 필요한 모든 곳에 소재를 공급한다는 전략이다.

포스코퓨처엠은 이미 국내에서는 유일하게 전기차 주행거리 확대를 위해 니켈 비중을 극대화한 하이니켈 *NCM · NCMA · NCA 양극재를 모두 생산해 글로벌 완성차 · 배터리 기업에 공급하고 있으며, 앞으로 보급형 전기차까지 포스코퓨처엠의 소재를 탑재하기 위해 리튬인산철(LFP), 코발트프리(Co-free), 하이망간(Hi-Mn) 양극재까지 개발 및 양산할 계획이다.

배터리의 수명과 충전 성능 등을 결정하는 음극재 제품으로는 천연흑연 · 인조흑연 · 저팽창 천연흑연 음극재와 더불어 에너지밀도를 혁신적으로 높일 수 있는 실리콘 음극재의 성능과 개발 현황을 공개했다. 포스코퓨처엠은 그룹과의 시너지를 바탕으로 SiOx(실리콘산화물), Si-C(실리콘탄소복합체), Pure-Si(퓨어실리콘) 기술을 모두 개발하고 있어 향후 다양한 성능을 가진 전기차 및 배터리에 최적화된 실리콘 음극재를 공급할 수 있을 전망이다.

▲ 양 · 음극재 제품 샘플과 제품별 성능 및 특성 소개 자료를 살펴보는 사람들

전기차의 주행거리와 안전성을 극대화할 수 있어 게임체인저(Game Changer)로 주목받고 있는 전고체 배터리 시대를 열기 위해 전고체 배터리용 양극재와 리튬메탈 음극재 기술도 선제적으로 개발하고 있어 관람객들은 포스코퓨처엠이 그리는 전기차 산업의 미래와 압도적 R&D 기술력을 확인할 수 있었다.

▲ 포스코퓨처엠이 양산하고 있는 양 · 음극재 제품 샘플 전시

철강 중심의 다양한 소재들의 결합, 포스코 멀티머티리얼(Multi-Material)

이번 전시회에는 포스코그룹이 개발한 멀티머티리얼(Multi-Material)* 배터리팩도 함께 전시했다. 글로벌 완성차 산업의 패러다임이 내연기관차에서 친환경차 중심으로 전환되면서, 더 가벼우면서도 튼튼하고, 원가 경쟁력까지 지닌 완성차 소재도 주목받고 있기 때문이다. 포스코그룹은 철강과 알루미늄으로 구성된 포스코형 멀티머티리얼 배터리팩을 개발해 전기차 주행거리와 안정성 향상에 기여하고 있다.
*멀티머티리얼 : 고강도 · 경량 소재 개발을 위해 이종 소재를 결합하는 것을 의미한다.

▲ 포스코그룹이 개발한 멀티머티리얼 배터리팩

탄소중립 로드맵과 ESG 경영 성과

포스코퓨처엠은 소재 생산 과정에서 발생하는 탄소를 저감하기 위한 ESG 경영 비전과 성과도 전시했다. 2035년 배터리소재 사업 탄소중립 달성 목표 하에 △신재생에너지 발전 설비 확대 △양 · 음극재 환경성적표지 인증 획득 △친환경 공정 기술 개발 △책임광물 체계적 관리와 같은 포스코퓨처엠이 전개해 나간 ESG 강화 활동을 확인할 수 있었다.

▲ 포스코퓨처엠 2050 탄소중립 로드맵

포스코퓨처엠은 이번 전시회를 통해 배터리소재 풀 밸류체인 고품질 배터리소재 생산을 위한 핵심 원료 내재화 계획과 우수한 공정 기술 경쟁력을 선보여 글로벌 고객사와 다양한 비즈니스 기회를 마련할 수 있었다. 포스코퓨처엠은 친환경 모빌리티용 배터리의 성능을 결정하는 핵심 소재 양·음극재를 모두 생산하는 국내 유일 기업으로서, 향후에도 전기차 · 배터리 산업 고도화를 이끄는 글로벌 키플레이어(Key Player)로서 역할을 톡톡히 수행해 나갈 것으로 기대된다.

포스코그룹이 국내를 넘어 글로벌 무대에서 ‘2030 부산엑스포’ 유치 지원 활동에 총력을 다하고 있다.

부산엑스포 민간위원회 유치위원인 최정우 포스코그룹 회장은 지난해 3월 아르헨티나 알베르토 페르난데스(Alberto Fernández) 대통령과의 면담 자리에서 그룹의 이차전지소재사업 협력 방안을 논의하며 부산엑스포 유치를 위한 아르헨티나 정부의 지지를 당부했다. 이를 시작으로 포스코그룹은 아르헨티나, 인도네시아, 베트남, 우즈베키스탄, 태국, 멕시코, 칠레 등 7개 주요 교섭 국가의 정재계 관계자들과 긴밀히 소통하며 유치 지원 활동에 적극 나서고 있다.

▲ 최정우 포스코그룹 회장(첫 번째 줄 왼쪽에서 두 번째)이 페르난데스 (Alberto Fernandez) 아르헨티나 대통령을 만나 부산엑스포 유치 지지를 당부했다.

포스코그룹은 지난해 7월 본격적으로 태스크포스(TF)를 발족하고 포스코그룹의 해외사업장이 위치한 주요 국가들의 주한 대사들을 대상으로 교섭 및 홍보 활동을 펼쳐왔다. 해외사업장이 위치한 현지에서는 더욱 적극적이다.

정탁 포스코인터내셔널 부회장은 지난해 9월 아르헨티나 외교통상부 청사에서 산티아고 카피에로(Santiago Cafiero) 장관을 만나 세계박람회의 부산 개최에 대한 지지를 요청한데 이어 한 달여 뒤인 지난해 10월에도 한덕수 국무총리의 중남미 3개국(칠레, 우루과이, 아르헨티나) 순방일정에 부산엑스포 민간위원회 집행위원 자격으로 동행해 유치 지원 활동을 펼쳤다.

▲ 정탁 포스코인터내셔널 부회장(오른쪽)이 장명수 주아르헨티나 한국대사(왼쪽)와 함께 산티아고 카피에로(Santiago Cafiero) 아르헨티나 외교통상부 장관을 만났다.

특히 포스코그룹은 그룹 이차전지소재사업의 핵심인 리튬염호가 위치한 아르헨티나에서 열띤 홍보전을 전개하고 있다. 포스코그룹은 수도 부에노스아이레스(Buenos Aires)의 공원, 은행, 공항 등 유동 인구가 많은 장소에 부산엑스포 홍보배너를 설치하고 현지 국민은 물론 해외 방문객들에게도 대한민국의 부산엑스포 유치 의지를 널리 알리고 있다.

멕시코 현지에서는 지난해 설치한 ‘With POSCO’ 버스 정류장을 활용해 ‘2030 부산엑스포’를 적극 알리고 있으며 한국전쟁에 참전한 멕시코 용사 초청 행사장에서도 부산엑스포 유치를 위한 홍보활동을 펼쳤다. 베트남 현지의 유치 지원 열기도 뜨겁다. 포스코는 한-베 수교 30주년 기념 포럼 등 현지에서 열리는 주요 행사 때마다 정부 관계자들을 만나 적극적인 지지를 요청해왔다.

지난해 포스코가 SSAB와 스웨덴에서 공동 개최한 ‘제2회 수소환원제철 국제포럼(HyIS) 2022’에서도 부산엑스포 유치를 응원하는 홍보영상을 상영하고 행사장 곳곳에 홍보배너를 설치하여 참석자들의 높은 관심과 호응을 이끌어 낸 바 있다.

▲ 아르헨티나 살타주(州) 7월9일 광장(Square 9 de Julio) 앞 역사박물관(18세기 건축물)을 따라 걷고 있는 두 명의 관광객이 부산 엑스포 배너를 보고 있다.

포스코인터내셔널은 면방법인이 있는 우즈베키스탄을 중심으로 부산엑스포에 대한 현지 관심도를 높이고 친근한 이미지를 전달하기 위한 다양한 유치 지원 활동을 추진해왔다.

포스코인터내셔널은 지난해 8월 한-우즈벡 수교 30주년 기념 오페라 ‘춘향전’의 현지 공연을 후원했고, 수도 타슈켄트 시내 주요 건물에 현수막을 설치하는 등 2030부산엑스포 알리기에 적극 나서고 있다. 올해 3월에는 정탁 포스코인터내셔널 부회장이 우즈베키스탄을 방문해 하이룰라 보자로브(Hayrulla Bozarov) 페르가나 주지사와 오이벡 카므라예브(Oybek Khamraev) 투자산업통상부 차관, 카크라몬 율다쉐브(Kakhramon Yuldashev) 농업부 차관을 차례로 만나 부산엑스포 유치를 위한 협력을 당부했다.

포스코이앤씨는 현지 발전소 및 광산 EPC 사업을 펼치고 있는 칠레에서 광업부 장관, 국회의원 등을 상대로 엑스포 유치 지원 활동을 활발히 전개하고 있다.

포스코그룹은 세계박람회 유치를 위한 국내 홍보활동도 적극 추진 중이다.

포항역 전광판과 KTX 객실 내에 ‘포스코그룹 2030 부산엑스포 유치응원’ 메시지를 담은 광고를 송출하고 있으며, 포스코의 복합문화공간인 Park1538에 부산엑스포 홍보자료를 비치하고 포항스틸러스와 전남드래곤즈의 구장에도 부산엑스포 유치 광고를 게재하는 등 자체 인프라를 활용해 부산엑스포 알리기에 앞장서고 있다. 이와 함께 홈페이지, 뉴스룸, 유튜브 채널 등 회사 미디어에 엑스포 홍보 배너를 게시하고, 임직원들의 이메일 서명에 엑스포 응원 문구를 적용하는 등 전방위적 유치 지원 활동을 펼치고 있다.

포스코그룹은 지난해에 이어 올해도 회사가 보유한 채널과 역량을 최대한 활용해 부산엑스포 유치 지원에 총력을 다할 예정이다. 정부·민간 유치위원회가 주요 교섭 국가를 방문할 때 그룹 경영진이 참석해 지원하는 유기적인 민관 합동 체제를 공고히 하고, 주요 교섭국 주한 대사와 그룹 경영진 간 간담회를 지속적으로 추진해 부산엑스포 유치에 힘을 보탠다는 계획이다.

포스코그룹은 올해 말 프랑스 파리에서 열리는 국제박람회기구(BIE) 회원국 총회를 대비해 유럽 내 각국 주재 대사를 대상으로 하는 교섭활동에 역량을 집중한다는 계획도 갖고 있다. 포스코 유럽사무소(독일 소재)를 통해 민간 유치위원회 유럽 주재 직원들과 함께 파리 및 인근 국가 주재 대사들을 대상으로 하는 엑스포 유치 교섭활동에 적극 나선다는 방침이다.

포스코그룹은 포항, 광양 등 국내 사업장에서의 홍보활동도 한층 강화한다. 포항 포스코 본사와 기술연구원, 광양제철소 정문, 소본부에 대형 홍보물을 부착해 임직원은 물론 제철소를 방문하는 내빈에게 지속적으로 부산엑스포를 알리고, 포항제철소 형산강변에 설치된 LED 전광판과 광양 백운아트홀, 직원 기숙사 등 회사에서 운영 중인 제철소 인근 시설에도 엑스포 응원 메시지를 게시할 계획이다.

▲ 부산엑스포 유치 래핑 광고를 부착한 부산 시내버스의 모습.

또한 일반 시민들이 많이 찾는 2023 순천만 국제정원 박람회장에 엑스포 유치 응원 홍보영상을 상영 중이며, 국제박람회기구 실사단의 부산 방문에 맞춰 부산지역 주요 노선을 운행하는 시내버스 100여 대에 엑스포 응원문구를 적용한 대대적인 래핑 광고를 하고 있다.

포스코케미칼이 소재로 지속가능한 미래를 만드는 ‘포스코퓨처엠’으로 새로 태어납니다.

새로운 사명 포스코퓨처엠은
‘경쟁력 있는 소재(Materials)로 세상의 변화(Movement)를 이끌며
풍요로운 미래(Future)를 만드는 데 주도적인 역할을 담당(Management)하겠다’는 의미를 담고 있다.

내화물, 탄소화학 등 기초소재가 주력사업이었던 포스코케미칼은
국내 유일 양·음극재 생산체제 구축으로 비약적인 성장세를 보여주었고,
앞으로 국가의 미래를 이끌어갈 그룹 내 핵심 사업회사로서
‘화학과 에너지소재 글로벌 리딩 컴퍼니’라는 비전을 향해 힘차게 나아갈 것으로 기대된다.

‘소재로 이끄는 지속가능한 미래! 포스코케미칼의 새 이름, 포스코퓨처엠 POSCO FUTURE M’ 영상을 통해
포스코그룹의 미래 변화를 선도해 나갈 포스코퓨처엠에 대해 자세히 알아보자!

21세기에 들어 석유, LNG 같은 화석연료의 지속적인 가격 상승과 함께 러시아-우크라이나 사태 발발로 에너지 수급에 비상이 걸렸다. 현재 세계 각국은 자국 상황에 맞춰 에너지 공급망 강화를 위한 ‘자원안보*’에 주력하고 있다. 멕시코의 리튬 국유화, 인도네시아의 주요 광물 수출 중단 조치 등 자원 무기화 기조가 강화되면서 에너지 자립의 중요성이 점차 부각되고 있다.
*자원안보 : 핵심자원을 안정적인 가격에 중단 없이 공급할 수 있도록 상시 및 비상시 대응능력을 확보하고 공급망을 안정적으로 유지 및 관리하는 것을 말한다.

무엇보다 미래 먹거리 중 하나인 전기차 시장 확대로 배터리 수요가 크게 늘자, 배터리의 핵심 광물인 리튬을 얼마나 많이 확보하느냐가 관건이 되고 있다. 배터리 구성 요소 중 양극재는 배터리의 용량과 수명 및 안정성을 결정짓는 핵심 소재이며, 리튬이 양극재 원가에서 차지하는 비중이 매우 높기 때문이다.

l 소재산업 경쟁력과 직결된 리튬의 안정적 확보

리튬은 전기차 배터리 1GWh(기가와트시·전기차 1만 5000대 분량)를 생산하는데 700t가량 필요한데, 포스코경영연구원의 ‘글로벌 리튬 산업 7대 이슈’ 보고서에서 오는 2025년 리튬 총수요를 82만 1000톤으로 내다볼 만큼 리튬의 안정적인 공급망 구축이 중요해지고 있다.

문제는 국내 리튬 수요가 전량 해외에 의존하는 구조라는 점이다. 전 세계 리튬의 87%가 소금바다라 일컫는 염호에 매장되어 있다. 주요 리튬 공급처로는 볼리비아, 아르헨티나, 칠레, 미국, 호주, 중국 등의 염호가 있다. 현재 우리나라의 경우, 전체 리튬 수입의 95%를 중국(64%), 칠레(31%)에 의존하고 있다. 특히, 국내에서 삼원계 배터리(NCA·NCM) 생산이 98%에 다다를 정도로 향후 중국에서 수입해 오는 수산화리튬에 대한 의존 구조가 더욱더 심화될 가능성이 보이고 있다. 이에 국내 기업들은 배터리 소재산업의 경쟁력을 강화하기 위해 직접 자원 개발 사업을 뛰어들기 시작했다.

l 국내 기업 최초! 현지 리튬 상업화 도전

대표적으로 포스코홀딩스는 지난 2010년부터 그룹의 미래 먹거리를 ‘리튬’으로 주목해 2018년 약 3천 억을 투자해 아르헨티나 옴브레 무에르토(Hombre Muerto) 리튬 염호를 인수했다. 2020년에는 국내 기업 최초로 채굴·제련하는 데모 플랜트 가동을 성공적으로 마무리하고 상업화를 본격적으로 추진해오고 있다.

포스코홀딩스가 인수한 현지 염호의 면적은 서울 면적의 약 3분의 1에 해당하는 1만 7,500ha(헥타르) 규모다. 여기서 주목할 만한 점은 추정된 매장량이 인수 당시 매장량 추정치보다 6배 늘어난 약 1,350만 톤에 달한다는 점이다. 이는 전기차 약 3억 7천만 대를 생산할 수 있는 수준이다. 옴브레 무에르토의 또 다른 장점은 아르헨티나의 다른 염호들과 비교해서 리튬 농도는 높고 불순물의 농도는 상대적으로 낮아 세계 최고 수준의 생산성을 가진 것으로 알려졌다. 이에 더해 포스코그룹이 독자 개발한 리튬 추출 기술로 수율도 높이면서 생산 기간을 크게 단축할 수 있다는 것이 특징이다.

포스코홀딩스 고유의 리튬 직접 추출 기술은 1ℓ당 평균 0.9g가량 리튬이 매장된 염수는 지하 수백 미터 속에 묻혀 있어 관정을 뚫어 땅 속에 고여있는 염수를 뽑아 올린다. 이후 바닷물을 건조시 소금을 만들어내는 염전과 비슷한 형태인 ‘폰드’에서 4단계에 걸쳐 건조 공정이 이어진다. 이 과정에서 농축된 염수는 상공정을 통해 칼슘·마그네슘 등의 불순물을 제거하고 여전히 남아 있는 수분을 재차 건조시키는 과정을 거친다. 이렇게 만들어진 인산 리튬은 한국 광양과 살타시 인근에 건설 중인 하공정 공장을 통해 양극재에 활용되는 수산화리튬으로 제조되는 것이다.

포스코홀딩스는 아르헨티나 현지에서 수산화리튬까지 모두 생산하는 1단계 공장을 2024년 상반기 양산을 목표로 지난해 3월 착공에 돌입했다. 1단계의 연 생산량은 전기차 약 60만 대를 만들 수 있는 2만 5천 톤으로 계획하고 있다. 포스코홀딩스는 최종적으로 2030년까지 리튬 생산 연 30 만톤 체제를 완성한다는 목표로 이차전지 공급망 주도권 확보에 박차를 가하고 있다. 이를 통해 포스코케미칼을 비롯해 국내 양극재 생산 업체에도 리튬 공급을 늘릴 수 있어 핵심 광물 확보 경쟁이 치열해지는 글로벌 공급망 위기 속 국내 원료수급 안정화에도 도움을 줄 것으로 기대된다.

포스코홀딩스는 2030년까지 광석리튬으로 15만 톤, 염수리튬으로 12만 톤, 3만 톤은 폐배터리 재활용으로 ‘리튬 30만톤 생산 목표’ 달성을 이루고자 한다. 염호는 아르헨티나에서 직접 채취해 생산에 나서는 한편, 2018년 호주 광산업체 필바라미네랄스로부터 리튬 정광을 장기 공급받는 광석리튬의 안정적인 수급체계를 구축했다. 이에 더해 호주 광물개발업체 ‘진달리리소스’와 업무협약을 맺고 광석과 염수에 이어 미국에서 점토 리튬 사업을 추진하기로 했다. 이번 협약을 통해 진달리리소스는 미국 현지에서 탐사 중인 광구에서 점토 리튬을 시추해 제공하고, 포스코홀딩스는 이를 활용해 RIST와 공동으로 최적 리튬추출공정 기술을 개발하고 사업성 검토를 진행할 예정이라고 한다.

포스코홀딩스는 리튬 이외에도 △호주의 니켈 제련 회사 레이븐소프의 지분 인수 △탄자니아 흑연 광권 확보 △폐배터리 리사이클링 사업 진출 등 원료 밸류체인 강화에 속도를 높이고 있다. 이로써 포스코그룹은 세계에서 유일하게 리튬·니켈·흑연 등 2차전지 원료부터 전구체 및 양·음극재 및 차세대 소재까지 생산·공급하는 밸류체인을 구축하고 있다.

포스코홀딩스는 10년 이상 연구개발 끝에 친환경 리튬 추출 기술을 확보했으며, 전고체 전지용 황화리튬과 리튬메탈 등의 고부가가치 제품 개발도 진행해 미래 성장의 발판을 계속해서 마련하고 있다. 기존 철강 중심의 사업 구조에서 벗어나 친환경 미래소재 대표기업으로 도약하기 위해 선제적으로 확보한 공급체계 구축으로 글로벌 생산능력을 확보해 나갈 것으로 기대된다.