전기차 배터리의 양대 핵심 소재인 양극재와 음극재. 하지만 다수의 기업들이 세계 최고 수준의 양극재를 생산하는 것과 달리 음극재는 2022년 기준 전 세계 생산량의 96%를 중국기업이 생산하고 있다. 국내에서 전기차 배터리용 흑연계 음극재를 생산하는 기업은 포스코퓨처엠이 유일하다. K-배터리 산업의 강건화를 이끌고 있는 포스코퓨처엠의 음극재 연구 성과와 기술 경쟁력 강화 계획을 알아본다.

포스코퓨처엠 에너지소재연구소 음극재연구센터
최태선 책임연구원

글로벌 탄소중립을 달성하려면 탄소배출량이 많은 모빌리티 분야의 탈탄소 전환이 무엇보다 중요하다. 이에 따라 유럽, 중국, 북미 등 핵심 권역을 중심으로 전기차 침투율이 빠르게 상승하고 있다. 그러나 전기차 산업이 대중화 단계로 진입하고, 각국이 목표로 한 전기차 보급률을 달성하려면 전기차의 주행거리 확대와 안전성 강화, 충전 시간 단축이 반드시 필요하다. 이를 위해서는 음극재의 성능 향상과 신소재 기술 개발을 위한 투자가 전제 되어야 한다.

음극재는 양극재, 전해질, 분리막과 함께 배터리를 구성하는 4대 소재 중 하나로, 배터리의 안전성과 수명, 충전 성능 등을 결정한다. 전기차의 주행거리와 출력을 좌우하는 양극재가 리튬이온 소스 역할을 하고, 음극재가 리튬이온을 저장·방출하면서 배터리의 충·방전이 이뤄지기 때문에 양극재와 음극재를 배터리의 양대 핵심 소재라고 부른다.

하지만 양극재는 국내 다수의 기업이 세계 최고 수준의 품질경쟁력을 갖춘 제품을 생산하고 있는 반면 전기차 배터리용 흑연계 음극재를 생산하는 기업은 포스코퓨처엠이 유일한 상황이다.

포스코퓨처엠은 현재 배터리의 천연·인조흑연을 비롯해 다양한 종류의 흑연계 음극재를 양산하고 있으며, 전기차 충전 성능을 혁신할 수 있는 실리콘 음극재 등의 제품 포트폴리오를 확대하기 위한 R&D 투자에 주력하고 있다. 미국 인플레이션감축법(IRA)으로 공급망이 재편되고 있는 북미 시장 공략을 위한 원료 가공 기술 내재화, 가격 경쟁력, 친환경성 강화를 위한 공정 기술 혁신도 이룩할 방침이다.

포스코퓨처엠이 국산화에 성공한 천연·인조흑연 음극재는 각각 원료와 공정 프로세스 등이 달라 소재의 에너지 저장 용량, 수명, 충전 성능 등에서 차이가 나타난다.

천연흑연 음극재는 광산에서 채굴한 인상흑연을 원료로 하며 내부 층상구조의 발달로 리튬이온을 안정적으로 저장할 수 있어 에너지 저장 용량과 가격 경쟁력이 우수하다. 한편 인조흑연 음극재는 원료인 코크스를 형상 가공한 후 고온으로 열처리해 제조하기 때문에 소재 구조의 안정성이 높고 고속 충전에 유리하다는 강점을 가진다.

전기차 배터리의 음극은 위와 같은 특성을 가진 천연흑연과 인조흑연 음극재를 혼합(blending)해 구성하는데, 전기차 배터리의 수명과 충전 성능 강화 흐름에 따라 최근에는 인조흑연 음극재에 대한 수요가 높아지고 있다.

포스코퓨처엠은 이러한 흐름에 발맞춰 인조흑연 음극재 밸류체인을 내재화하고, 독자 기술로 충전 성능이 개선된 천연흑연 음극재 제품을 개발했다. 이뿐만 아니라 일부 프리미엄 전기차용 배터리에 차세대 소재인 실리콘 음극재가 일정 비율로 사용됨에 따라 실리콘 음극재와 혼합(blending) 시 소재 성능을 극대화하고 팽창률을 저감할 수 있는 흑연계 음극재의 개발도 성공했다.

인조흑연 밸류체인·전 공정 기술 내재화

수명과 충전 성능이 우수한 인조흑연 음극재는 천연흑연 제품 대비 공정라인이 길고, 생산 과정에서 품질의 일관성을 확보하는 것이 쉽지 않다. 이에 포스코퓨처엠은 수년에 걸친 R&D 투자로 ‘분쇄 → 조립 → 흑연화 → 표면처리 → 탈철/포장’에 이르는 인조흑연 음극재 전 공정을 내재화했다.

특히 원료인 코크스를 3000℃ 이상의 고온으로 열처리하는 흑연화는 제품의 품질을 결정하는 가장 핵심 공정으로, 투입 원료의 종류와 규모 등에 따라 열처리 온도의 미세 조정 등 공정 조건을 최적화하는 기술과 노하우가 중요한데 이 또한 기술 확보에 성공하며 소재 기술력을 입증했다.

포스코퓨처엠은 공정 프로세스뿐만 아니라 Upstream 단계인 원료 확보부터 가공, 최종 소재 생산까지 전체 밸류체인도 완성해 글로벌 공급망 변화에 유연하게 대응할 수 있다.

인조흑연 음극재는 석유계·석탄계 침상코크스 등이 핵심 원료인데, 포스코퓨처엠은 포스코의 제철 과정에서 발생하는 부산물인 ‘콜타르’를 자회사(포스코MC머티리얼즈)를 통해 석탄계 침상코크스로 가공하고 이를 음극재로 제조하는 기술을 개발했다.

포스코퓨처엠은 원료-소재 생산까지의 밸류체인과 공정 기술력을 바탕으로 현재 포항에 연산 8000톤 규모의 생산기지를 구축했고, 2030년까지 생산 능력을 15.3만 톤까지 확대할 계획이다. 또 현재 활용하고 있는 에치슨 흑연화로의 설비 고도화, 연속식 흑연화로 등 차세대 공정 기술 개발을 위한 투자도 지속하고 있다.

‘고밀도 구형화’ 기술로 천연흑연의 안전성과 충전 성능 향상

포스코퓨처엠은 천연·인조흑연 음극재의 강점을 결합한 ‘저팽창 천연흑연 음극재’도 독자 개발했다. 저팽창 천연흑연 음극재는 천연흑연을 원료로 하지만 ‘고밀도 구형화’ 공정으로 소재 구조를 개선해 팽창률을 약 25% 낮추고, 급속충전 성능은 약 15% 향상시킨 것으로 인조흑연 음극재와 함께 글로벌 전기차의 안전성 강화와 충전 시간 단축에 기여하고 있다.

천연흑연 음극재의 원료이자 인편상(비닐의 조각과 같은 모양) 구조의 인상흑연은 배터리 충·방전 시 리튬이온이 이동할 수 있는 통로(edge)가 많지 않아 배터리의 출력과 충전 성능의 하락을 유발한다. 이러한 문제를 개선하기 위해 음극재 기업들은 인편상 구조의 흑연을 구형으로 만드는 ‘구형화’ 공정을 도입했다. 흑연 입자 구조를 변화시켜 리튬이온 이동 통로(edge)를 입자 표면에 골고루 배향해 리튬이온의 저장과 방출을 보다 원활히 하는 기술이다.

포스코퓨처엠이 독자 개발한 ‘고밀도 구형화’ 공정은 이러한 구형화 공정을 거친 원료의 구형화도를 더욱 높이는 기술로, 타원형·다수의 내부기공이 형성된 기존 구형흑연 보다 리튬이온 이동 통로(edge)의 균일성을 높이고 내부기공을 감소시켜 충전 성능과 안정성이 강화된 음극재를 제조할 수 있다.

실리콘과 혼합 시 성능 극대화가 가능한 ‘비코팅 천연흑연’

차세대 소재인 실리콘 음극재와 혼합(blending)해 배터리 음극 구성 시, 실리콘 음극재의 팽창 성능을 억제할 수 있는 ‘비코팅 저온소성 천연흑연 음극재’도 개발했다.

음극을 흑연계와 실리콘 음극재를 혼합해 구성하면 전기차 주행거리를 혁신적으로 늘리고 충전 시간도 단축할 수 있으나, 배터리의 충·방전이 반복되면 실리콘 팽창으로 전극 내 기계적 스트레스가 축적되어 입자 간 단락(short)이 발생해 배터리의 급격한 에너지 저장 용량 저하 현상이 일어날 수 있다.

포스코퓨처엠은 기존 천연흑연 음극재의 탄소코팅층을 제거하면 소재의 기계적 연성(ductility)^* 증대로 입자 간 완충작용이 일어나 실리콘 음극재의 팽창 특성으로 인한 구조적 불안정성을 제어할 수 있다는 점을 발견했다.

*연성 : 재료가 파괴에 이르기까지 변형을 수반하는 성질

기존 천연흑연 음극재는 원료와 전해액 계면 사이에 발생하는 부반응^*을 줄여 리튬이온의 저장과 방출의 효율성을 높이기 위해 소재 표면에 비정질 탄소코팅을 진행하는데, 탄소코팅된 흑연은 고온의 열처리 공정을 거치면서 기계적 경도(hardness)가 증가해 비코팅 대비 완충 능력이 떨어지게 된다.

*부반응 : 여러 가지 반응이 함께 일어날 때에 주된 반응 외의 다른 반응

포스코퓨처엠은 이러한 비정질 탄소코팅 공정을 제거해 실리콘 음극재와의 결합력을 높이고, 리튬이온 이동의 효율성까지 갖춘 ‘비코팅 저온소성 천연흑연 음극재’ 생산을 확대할 계획이다. 글로벌 음극재 시장 내 실리콘 음극재의 비중이 높아지고 있는 만큼 포스코퓨처엠의 비코팅 제품에 대한 수요도 늘어날 것으로 기대된다.

포스코퓨처엠은 고품질 실리콘 음극재를 양산할 수 있는 기술을 조속히 완성해 2030년 기준 약 3.5만 톤의 생산 능력을 확보할 방침이다. 또한 미국 IRA 등 권역별 공급망 강화 정책에 대응하고 ESG 경쟁력을 강화하기 위해 원료 확보와 가공 등 밸류체인 확대 기술 개발도 지속하고 있다.

태양광 부산물을 활용한 고용량·고효율 실리콘 음극재

포스코그룹은 향후 빠르게 성장할 실리콘 음극재 시장을 선점하고, 고객사의 소재 수요 변화에 유연하게 대응하고자 실리콘 산화물(SiOx)부터 실리콘 탄소 복합체(Si-C), 퓨어 실리콘(Pure-Si)까지 다양한 종류의 실리콘 음극재를 개발하고 있다.

실리콘 음극재는 에너지 저장 용량과 고속충전 성능이 우수하나 부피 팽창 우려가 있어 전기차 배터리용으로 채택 시 소재 구조를 안정화하려면 첨가제 투입 등 추가 조치가 필요하다. 포스코퓨처엠은 실리콘 음극재의 팽창을 억제할 수 있는 비코팅 저온소성 천연흑연 음극재 기술을 보유하고 있어 제품 포트폴리오를 안정적으로 확대할 수 있을 전망이다.

포스코퓨처엠은 ‘태양광 산업 부산물’을 원료로 한 실리콘 음극재 생산 기술도 개발하고 있다. 태양광 패널은 고순도 실리콘 웨이퍼를 가공해 생산하는데 이 과정에서 순도가 높은 실리콘 부산물이 발생한다. 해당 부산물을 재활용하면 품질과 가격 경쟁력을 갖춘 음극재를 생산할 수 있으며, 자원 순환을 통한 환경 영향 저감효과도 창출할 수 있다.

다만 실리콘 부산물을 바로 음극재 원료로 활용하기에는 전기전도도가 낮고 입자 형상이나 크기가 일정하지 않기 때문에 부산물의 형상 개조와 기능성 물질과의 복합화 등 부산물을 적합 원료로 가공하는 기술 개발에 주력하고 있다. 부산물을 원료화해 생산한 실리콘 음극재는 이론상 1,900 mAh/g 이상의 초기 용량을 가져 높은 에너지 저장 용량의 배터리가 필요한 프리미엄 전기차용 소재로 적합하다.

구형화·고순도화 기술 내재화로 천연흑연 음극재 밸류체인 강화

포스코퓨처엠은 천연흑연 음극재 생산을 위한 구형화·고순도화 기술을 개발해 원료 채굴부터 최종 소재 생산까지의 전체 밸류체인을 내재화할 계획이다.

천연흑연 음극재는 광산에서 채굴한 인상흑연을 ‘구형흑연’으로 가공(구형으로 형상 제어 → 순도를 99.9% 이상으로 높이는 공정)하는 공정을 거친다. 하지만 전 세계에 공급되는 ‘구형흑연’의 대부분을 중국 기업들이 생산하고 있어 미국 인플레이션감축법(IRA) 등 자국 중심 공급망 구축 흐름에 대응하려면 기술 내재화를 통한 공급망 자립화가 반드시 필요하다.

포스코퓨처엠은 중국산 원료 대비 고품질·고순도의 구형흑연을 생산할 수 있는 기술을 개발하고 공정 라인을 구축하고 있다. 이를 통해 원료 공급망을 다변화하고 IRA가 규정한 적격 광물 지위를 획득해 북미 시장에 천연흑연 음극재 공급을 확대할 방침이다.

이뿐만 아니라 구형화·고순도화 공정에서 발생하는 환경 영향을 저감할 수 있는 기술도 개발하고 있다. 중국 기업들의 경우 구형흑연 제조 시 불산을 활용하는데, 인체와 환경에 유해해 국내에서는 이를 제한하고 있다. 포스코퓨처엠은 불산 투입 없이 흑연을 가공하는 기술로 토양 등 환경오염을 방지하고 공정 폐기물 정화 시 발생하는 비용도 절감할 계획이다.

폐배터리 리사이클링을 통한 흑연 추출 기술 개발

포스코퓨처엠은 폐배터리에서 흑연을 추출해 재활용하는 기술도 개발하고 있다. 리사이클링 기술을 완성해 양극재 사업처럼 친환경 자원 순환체계(Closed loop)를 완성할 계획이다.

‘도시광산’이라고 불리는 폐배터리 리사이클링 사업은 편재성이 큰 배터리 핵심 원료들을 광산 채굴 과정 없이 확보할 수 있어 전기차 밸류체인 전반의 경제성과 친환경성을 모두 높일 수 있다.

포스코그룹도 폐배터리 리사이클링 사업회사 ‘포스코HY클린메탈’을 중심으로 폐배터리와 소재 스크랩에서 리튬, 니켈, 코발트 등 유가금속을 추출하는 사업을 전개하고 있다. 재활용된 유가금속을 포스코퓨처엠이 공급받아 고품질·환경친화적 양극재 제품으로 생산할 계획이다.

그러나 음극재 원료인 흑연을 재활용하는 기업은 아직 없다. 음극재는 양극재 대비 저가이며, 리튬 등 유가금속을 추출하고 난 폐슬러지 내 흑연 뿐만 아니라 분리막, 셀(Cell) 케이스, 구리 집전체 등 다양한 부산물들이 함께 섞여 있어 리사이클링의 기술적 장벽이 높기 때문이다.

포스코퓨처엠은 유가금속이 추출된 폐슬러지를 2차로 리사이클링해 천연흑연 음극재용 흑연을 추출해 재활용하는 기술을 개발하고 있다. 미국 지질조사국에 따르면, 흑연은 튀르키예, 브라질, 마다가스카르, 탄자니아 등에 다량 매장되어 있고, 중국이 글로벌 생산량의 대부분을 차지하고 있다. 따라서 포스코퓨처엠이 폐배터리 내 흑연을 재활용하는 기술의 상용화와 사업화에 성공한다면 원료 내재화를 통한 음극재 밸류체인 강화, IRA/CRMA 등 공급망 재편 흐름에 효과적으로 대응하고, 음극재 사업의 친환경성 또한 높일 수 있을 것이다.

포스코퓨처엠은 그룹 R&D 역량과 인프라를 결집해 글로벌 전기차 시장, ESS 시장을 선도할 수 있는 음극재 기술을 지속 개발해 나갈 계획이다. 구형화·고순도화 공정 내재화에도 성공한다면 IRA 등 권역별 공급망 강화 정책에도 전략적으로 대응할 수 있을 것으로 기대된다. 음극재 사업에 있어 지금까지 이룬 성과에 만족하지 않고, 다각도의 R&D 시도를 지속해 혁신적 소재·공정 기술 개발로 K-배터리 산업 강건화에 기여할 것이다.

포스코그룹은 안전과 탄소중립 실천에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다! 이번 편에서는 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 국산화 기술을 알아봅니다.

연필심으로 친숙한 흑연은 고온을 견뎌야 하는 전로의 내화물 등 다양한 산업적 용도를 가지고 있는데요. 전기차용 리튬이온배터리의 수명과 충전성능을 결정하는 음극재의 핵심원료이기도 합니다.

포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 이차전지 핵심소재인 양극재와 음극재를 함께 생산하는 기업입니다. 천연흑연을 원료로 만드는 천연흑연 음극재를 생산 중이었는데, 이에 더해 인조흑연 음극재 생산 기술 개발에도 성공했습니다. 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 제조 기술은 원료인 침상코크스를 3,000℃ 이상의 고온에서 가공해 음극재로 만드는 기술인데요. 국내 최초로 인조흑연 음극재 생산 기술을 개발해 국산화에 성공함으로써 국내 이차전지 산업 경쟁력을 높이고 있는 포스코퓨처엠, 왜 인조흑연 국산화 기술을 개발했으며 이 기술 개발 성공은 어떤 변화를 가져왔을까요?

포스코퓨처엠은 제철공정에서 발생하는 부산물인 콜타르를 음극재의 원료로 활용할 수 있다는 점에 주목하고 음극재 사업에 진출했는데요. 지속적인 기술개발로 2011년 국내에서 유일하게 천연흑연 음극재를 생산하는 기업으로 성장했습니다.

그동안 해외에서 음극재를 수입하던 국내 기업들의 주문이 쇄도하면서 포스코퓨처엠은 천연흑연 음극재의 생산능력을 확대하고, 인조흑연 음극재 등 제품군 확대에 나섰습니다. 인조흑연 음극재의 경우 배터리 수명과 고속충전에 유리해 시장의 선호도가 높지만, 원료가격이 높아 사업화에 어려움이 있다 보니 국내에서 생산하는 기업이 없어 수입에 의존했기 때문입니다. 2014년 6월 포스코퓨처엠이 인조흑연 음극재를 1차 개발하는데 성공한 시기, 전기차 시장의 급속한 성장과 함께 인조흑연 음극재의 사용량도 증가함에 따라 인조흑연 음극재를 생산하기에 적기라고 판단하고 시장 변화에 능동적으로 대응하기 위해 기술 개발에 박차를 가했습니다.

인조흑연은 천연흑연 제품과 비교했을 때 공정이 길고 복잡해 생산 과정에서 품질을 관리하기가 상대적으로 어려운데요. 포스코퓨처엠은 전 공정을 완전히 내재화하고 스마트팩토리 공정을 도입해 제조비용을 절감했을 뿐 아니라 실시간 품질 관리로 고객의 신뢰도 지킵니다.

인조흑연 음극재 생산 공정을 자세히 살펴볼까요? 인조흑연 음극재의 원료는 제철공정에서 부산물로 발생하는 콜타르를 가공해 만든 침상코크스입니다. 우선 침상코크스의 입자 크기를 조절하는 분쇄 과정에서 침상코크스와 피치 등을 혼합하는 공정, 생산성을 높이고자 흑연화 전에 원료를 먼저 탄화시키는 공정인 예비탄화과정을 거칩니다. 그 후 3000℃ 이상에서 열처리해 원료를 인조흑연으로 바꾸고, 인조흑연 표면을 피치로 균일하게 코팅하는 표현처리를 해줍니다. 이후 탈철 등 후처리한 최종 제품을 포장해 완성하는 과정까지가 인조흑연 음극화 국산화 기술이라고 볼 수 있습니다.

이중 특히 흑연화는 원료인 침상코크스를 3,000℃ 이상의 고온으로 열처리하는 과정으로, 음극재의 품질과 성능을 결정하는 가장 핵심적인 공정이며 가장 중요한 기술입니다. 원료의 종류와 양에 따라 공정 조건을 최적화하는 노하우가 중요한데, 포스코퓨처엠만의 흑연화 공정기술을 활용합니다.

이렇게 제조한 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재는 구조적 안정성이 높고 불순물 함량이 낮아 배터리 수명이 늘어나고 등방형 구조로 리튬이온의 이동속도가 빨라 고속충전에 유리하다는 강점이 있습니다.

흑연화공정은 혼합한 원료를 도가니에 담아 흑연화로에 넣고, 3,000℃ 이상에서 열처리해 흑연으로 만드는 공정입니다. 일반적으로 흑연화로에 도가니를 투입하고 배출할 때 사람이 직접 로(爐) 안에 들어가 크레인 연결 등 여러 가지 작업을 하는데요.

포스코퓨처엠은 조업자의 안전을 고려해 자체 기술로 자동화 설비를 설계해 흑연화공정을 자동화했습니다. 강한 공기압력이 흐르는 파이프로 원료를 이송하고, 로봇이 도가니에 원료를 충진해 흑연화로에 투입합니다. 3,000℃ 가 넘는 고온에서 열처리한 인조흑연은 로봇이 회수해 파이프로 공기 이송하고, 코팅 등 후처리 공정을 거칩니다.

인조흑연 음극재의 원료인 침상코크스는 자회사인 포스코MC머티리얼즈로부터 공급받습니다. 포스코MC머티리얼즈에서는 제철공정 중 코크스 제조 시 부산물로 발생하는 콜타르를 고온 건류해 침상코크스를 생산합니다. 따라서, 인조흑연 국산화 기술 완성으로 포스코는 제철 부산물 시장을, 포스코퓨처엠은 원료를 안정적으로 확보할 수 있게 됐습니다. 인조흑연 국산화 기술은 자원순환에 보탬이 되고, 포스코그룹의 밸류체인 시너지 효과를 선도합니다.

포스코퓨처엠은 지속적인 기술 개발과 기술 고도화로 현재 8만 2,000톤의 음극재 생산능력을 2025년 12만 4,000톤, 2030년 37만 톤까지 확대할 계획입니다. 2030년에는 천연흑연 음극재 18만 2,000톤, 인조흑연 음극재 15만 3,000톤, 실리콘 음극재 3만 5,000톤 등으로 생산능력을 고도화해 중국 외 글로벌시장에서 1위를 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다.

포스코퓨처엠은 2022년 12월 미국GM과 LG에너지솔루션의 배터리 합작사인 얼티엄셀즈와 약 9,393억원 규모로 인조흑연 음극재 공급계약을 체결했습니다. 공급기간은 2023년부터 2028년까지 총 6년인데요. 이는 국산화에 이은 인조흑연 음극재의 해외 첫 수출 사례입니다. 포스코퓨처엠은 미국 인플레이션감축법 시행에 따른 배터리 업계의 공급망 확대 등 지속적으로 증가하는 글로벌 수요에 선제적으로 대응해 인조흑연 음극재 시장에서 주도권을 확보해 나갈 계획입니다.

수명과 초고속 충전 능력에 날개를 단 포스코퓨처엠, 앞으로도 인조흑연 음극재 시장의 프론티어로서 앞서나갈 것입니다.

최근 세계 각국이 기후 위기 대응과 탄소중립 달성을 위해 전기차 보급을 핵심 과제로 삼고 있습니다. 유럽연합(EU)과 영국, 캐나다 등은 2035년부터 내연기관 신차 판매를 금지하는 제도를 도입하기 위해 규제를 정비하고 있으며, 자국 전기차 산업 육성에도 적극적으로 나서고 있습니다.

포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 양극재와 음극재를 모두 생산하며 전기차 보급 확대에 기여하고 있는데요. 최근에는 배터리 소재인 양극재와 음극재를 더 친환경적으로 제조할 수 있도록 많은 노력을 기울이고 있습니다. 재생에너지 사용, 탄소배출 저감 공정 개발 등 생산 과정에서도 ESG를 적극 실천하고 있는 포스코퓨처엠의 사례를 소개해드립니다.

지난 2월 6일 포스코퓨처엠은 포스코인터내셔널과 함께 광양 양극재 공장 지붕에 태양광 발전설비를 준공했습니다. 두 그룹사가 손잡고 추진한 이번 프로젝트에는 태양광 발전설비를 통해 생산한 재생에너지를 전 생산 공정에 십분 활용해 탄소중립을 실현해 나가겠다는 의지가 담겼는데요. 재생에너지 전환을 위해 포스코퓨처엠과 포스코인터내셔널이 함께 시너지를 만들었다는 점에서 더욱 의미가 큽니다.

그 체계를 한번 살펴볼까요? 포스코퓨처엠이 제공한 광양 양극재 공장 지붕에 포스코인터내셔널이 2.2MW 규모의 태양광 패널을 설치하면 연간 2.6GWh의 재생에너지를 생산할 수 있는 체제를 갖추게 됩니다. 이를 통해 포스코인터내셔널은 신재생에너지 공급인증서(REC)를 확보할 수 있게 되죠. 이렇게 확보된 공급인증서를 포스코퓨처엠이 구매해 RE100 실적에 활용하는 선순환 구조의 사업입니다.

포스코퓨처엠의 재생에너지 사용 확대를 위한 노력은 이번이 처음이 아닌데요. 포스코인터내셔널과 광양 양극재 공장에 태양광 발전설비를 준공하기에 앞서 2021년 8월에는 세종 음극재 공장 옥상과 주차장 등에 연간 209MWh 규모의 재생에너지를 생산할 수 있는 태양광 발전설비를 직접 설치해 자체적으로 운영해 온 바 있습니다. 그간 꾸준히 세계적인 기후변화 대응 노력에 동참하며 탄소중립에 앞장서 온 것이죠.

▲포스코퓨처엠 세종 음극재 공장 태양광 발전설비.

포스코퓨처엠은 앞으로도 태양광을 이용한 재생에너지 발전과 재생에너지 공급인증서(REC) 구매, 전력구매계약(PPA)* 등 다양한 포트폴리오를 활용해 재생에너지 사용량을 확대하고, 친환경 미래를 만들어 나가는 데 지속해서 기여할 계획입니다.

*PPA(Power Purchase Agreement) : 재생에너지 발전소와 전기 소비자 간 계약 형태로 재생에너지 발전소에서 생산된 전력을 전기 소비자가 일정기간동안 사전에 합의된 가격으로 구매하는 제도를 뜻함.

태양광 발전설비는 친환경성과 경제성을 높이는 데 있어 우수하다고 평가할 수 있습니다. 친환경성 : 화석연료를 이용하지 않고 태양에너지를 활용하기 때문에 대기오염과 온실가스 배출을 줄일 수 있으며 이는 지구온난화를 방지하고 환경을 보호하는 데 큰 도움이 됩니다. 지속가능성 : 태양광은 무한한 태양에너지를 이용하므로 에너지원의 고갈 우려가 없습니다. 이는 지속적인 전력 공급을 보장하고 에너지 안정성을 높이는 데 도움을 줍니다. 경제성 : 초기 투자 비용이 있기는 하지만, 화석연료와 같이 원료비가 별도로 발생하지 않으며 유지 보수가 비교적 간편합니다.

양·음극재가 친환경 소재로 주목받고 있는 가운데 제품 생산 과정에서도 ESG 경쟁력을 갖추기 위해 노력하고 있는 포스코퓨처엠의 다양한 사례들을 소개해 드렸는데요. 궁극적으로 포스코퓨처엠은 2035년까지 전기차 배터리의 핵심 소재인 양·음극재 생산에 활용하는 모든 전력을 재생에너지로 전환하고, 탄소 포집·활용·저장 기술 등 친환경 기술 도입을 통한 탄소중립 달성을 목표로 하고 있습니다. 친환경 미래소재로 세상에 가치를 더해 나갈 포스코퓨처엠의 도전에 많은 응원 부탁드립니다!

전기차는 운행 중 탄소를 배출하지 않지만, 배터리 원료 채굴 및 가공, 배터리·전기차 제조, 물류 등 전체 생산 밸류체인에서의 탄소 배출은 불가피합니다. 이에 따라 포스코퓨처엠은 생산공장에서 발생하는 온실가스를 세부 공정으로 구분해 산정한 뒤 체계적으로 관리하고 있으며 해당 수치가 관련 법률에 따른 할당량을 준수하는지 상시 모니터링하고 있는데요. 또한 모니터링을 통해 추출한 해당 데이터를 바탕으로 온실가스 저감 전략을 수립하고 실행해 오고 있습니다.

그 일례로 세종 음극재 공장에서는 지난해 부산물 연소 공정에서 천연가스와 산소 유입량 비율을 최적화하는 공정을 개발할 수 있었는데요. 현장 관계자를 통해 공정 개발 성공이 주는 의미와 효과에 대해 들어봅니다.

포스코퓨처엠 세종 음극재 공장은 부산물 연소 공정에서 천연가스와 산소 유입량 비율을 최적화하는 공정을 개발해 연간 622톤 CO2-eq(이산화탄소 환산 톤)의 탄소를 감축했습니다. 이는 내연기관 승용차 390대의 연간 평균 배출량에 해당하는 양입니다. 천연가스와 산소가 연소반응을 일으킬 때는 필연적으로 탄소가 배출되는데, 오랜 기간에 걸쳐 축적한 데이터들을 활용, 공정 중 반드시 필요한 양의 산소만을 투입해 탄소배출량을 줄이는 원리입니다.

세종 음극재 공장뿐만 아니라 구미 양극재 공장에서도 올해 압축공기 제조설비의 가동효율을 높여 탄소배출량을 감축할 계획입니다. 압축공기는 제품 운반 용기의 기밀시험*, 해쇄공정* 등 다양한 용도로 활용되는데요. 포스코퓨처엠은 압축공기 제조 시, 계절별 온·습도를 고려한 최적의 장비 운용 프로세스를 구축해 온실가스 배출량을 효과적으로 줄여나갈 예정입니다.

*기밀시험 : 용기의 기체가 밀폐되어 외부로 누설되는 일이 없는 것을 기밀이라 하며, 용기의 손상과 파손이 있는지 등을 검사하는 것을 통해 기밀이 완벽한가를 시험하는 것을 뜻함.
*해쇄공정 : 양극재를 원하는 크기로 분쇄하는 공정.

포스코퓨처엠은 배터리 소재 업계로는 최초로 양극재, 음극재에 대한 환경성적표지 인증을 획득하며 탄소배출량 관리 체계를 구축했습니다. 환경성적표지는 제품의 원료 채굴부터 생산, 사용, 폐기 등 전체 제품 주기에 대한 환경영향을 평가해 표시하는 환경부 주관 국가공인 인증제도인데요. 2022년 2월에는 천연흑연 음극재에 대한 환경성적표지 인증을 먼저 획득했으며 같은 해 10월에는 각각 니켈 함량 60%, 80% 이상이 함유된 PN6과 PN8 양극재 제품의 인증을 획득했습니다.

그렇다면 인증 획득을 위해서는 어떤 과정을 거쳐야 할까요? 바로 탄소 발자국, 자원 발자국, 물 발자국, 오존층 영향, 산성비, 부영양화, 광화학 스모그 등 환경영향 전반에 대한 정보를 제공해야 하는데요.

​예를 들어 포스코퓨처엠의 PN8 양극재 1kg을 생산할 때 발생하는 탄소 발자국은 25.9kgCO₂로, 60KWh 용량 전기차 1대 기준으로 환산하면 약 2020kgCO₂입니다. PN6 양극재 1kg을 생산할 때의 탄소 발자국은 22.0kgCO₂로 전기차 1대 기준 1716kgCO₂이죠. 이처럼 환경영향을 범주별로 분류해 제품 및 서비스의 환경영향을 정확하고 투명하게 공개하는 과정을 거쳐야만 환경성적표지 인증을 획득할 수 있는데요. 포스코퓨처엠은 다른 기업들보다 먼저 배터리 핵심 소재의 환경성을 투명하게 공개함으로써 기업의 친환경 비전을 입증해 오고 있습니다.

포스코퓨처엠의 도전은 여기서 멈추지 않을 예정인데요. 환경성적표지 인증을 획득한 기존 제품에 더해 니켈 함량을 90% 이상으로 높인 하이니켈 양극재를 비롯해 NCA, LFP, 코발트프리 양극재 등 더욱 다양한 제품의 환경성적표지 인증을 받을 계획입니다.

한발 더 나아가 양·음극재의 저탄소 제품 인증도 추진할 계획인데요. 저탄소 제품은 공정 개선 등을 통해 감축한 탄소 발자국 값이 환경부에서 정한 기준을 충족한 제품으로, 환경성적표지 취득 제품에만 인증이 가능합니다. 또한 공정 과정에서 발생하는 폐기물에 대한 순환자원 품질인증 취득도 추진할 계획입니다.

환경성적표지 인증은 회사가 환경경영을 위해 노력했다는 것을 결과로 인정받은 것과 마찬가지입니다. 주요 환경영향을 전 과정 관점에서 산출해 인증 받았다는 것은, 기후 위기에 대응하고자 실질적인 행동을 하며 회사의 사회적 책임을 다하는 중요한 임무를 수행했다는 것을 의미합니다. 추후에는 이차전지 업계 화두인 EU 배터리 규제에 대응하기 위해 전 제품군에 대한 탄소 발자국을 산출해 이를 확대하고 발전시켜 나가고 싶습니다. 포스코퓨처엠은 환경규제에도 불구하고 당사와 거래하는 많은 고객으로부터 신뢰를 받는 기업이 되고자 최선을 다할 것입니다. 지속 가능한 경영과 환경 보호에 기여하는 포스코퓨처엠을 만들기 위해 노력하겠습니다.

환경성적표지 인증은 회사가 환경경영을 위해 노력했다는 것을 결과로 인정받은 것과 마찬가지입니다. 주요 환경영향을 전 과정 관점에서 산출해 인증 받았다는 것은, 기후 위기에 대응하고자 실질적인 행동을 하며 회사의 사회적 책임을 다하는 중요한 임무를 수행했다는 것을 의미합니다. 추후에는 이차전지 업계 화두인 EU 배터리 규제에 대응하기 위해 전 제품군에 대한 탄소 발자국을 산출해 이를 확대하고 발전시켜 나가고 싶습니다. 포스코퓨처엠은 환경규제에도 불구하고 당사와 거래하는 많은 고객으로부터 신뢰를 받는 기업이 되고자 최선을 다할 것입니다. 지속 가능한 경영과 환경 보호에 기여하는 포스코퓨처엠을 만들기 위해 노력하겠습니다.

양극재, 음극재가 친환경 소재로 주목받는 가운데, 포스코퓨처엠은 제품 생산 과정에서도 ESG 경쟁력을 갖추고자 노력하고 있습니다. 궁극적으로는 2035년까지 전기차 배터리의 핵심 소재인 양·음극재 생산에 활용하는 모든 전력을 재생에너지로 전환하고, 탄소 포집·활용·저장 기술 등 친환경 기술 도입을 통한 탄소중립 달성을 이뤄내겠다는 목표입니다. 앞으로도 친환경 미래 소재로 세상에 가치를 더해 나갈 포스코퓨처엠의 도전에 많은 응원 부탁드립니다!

포스코는 최근 미래 수요산업 발굴에 속도를 내며 눈에 띄는 성장과 혁신으로 주목받고 있습니다. 특히 모바일 기기, 전기차, 태양광 패널, 신재생 에너지 저장 시스템 등 첨단기술의 핵심이 되고, 포스코그룹의 신성장 동력으로 손꼽히는 이차전지 분야에서 대내외로 사업 경쟁력을 확장해 나가고 있는데요. 국내에선 포스코퓨처엠이 유일하게 이차전지 성능을 결정짓는 중요한 소재인 양극재와 음극재를 모두 생산하며 고품질 이차전지 소재 주요 공급업체 중 하나로 자리매김했습니다.

오늘은 포스코경영연구원 박재범 수석연구원과 함께 배터리의 수명과 충전 속도를 좌우하는 음극재를 중심으로, 배터리의 미래를 이끌어 나갈 포스코그룹의 청사진을 만나보는 시간을 가져보도록 하겠습니다. 지금 바로 만나보시죠!

세계 각국의 탄소 절감을 위한 노력에 따라 기존 자동차 산업은 완전히 탈바꿈하고 있습니다. 내연기관을 베이스로 하던 흐름에서 벗어나 친환경 에너지를 도입한 전기차 시대로 전환해 나가고 있는 것인데요. 전기차를 생산하는 데 있어 단연 핵심 소재가 되는 것이 바로 이차전지입니다. 이차전지는 양극재, 음극재, 전해질, 분리막 등 네 가지 소재로 구성돼 있는데, 그중 에너지밀도를 높여 전기차의 주행 거리를 결정짓는 양극재와 배터리의 충전 속도, 수명에 영향을 주는 음극재가 이차전지의 성능을 좌우한다고 해도 과언이 아닙니다.

전기차에 주로 사용되는 리튬이온 배터리는 양극재와 음극재 사이를 이동하는 리튬이온의 화학적 반응을 통해 전기를 만들어 냅니다. 이때 음극재는 양극재에서 나온 리튬이온을 저장했다가 배출하는 역할을 하죠. 즉, 리튬이온을 더 많이, 빠르게 저장하고 방출할수록 에너지 밀도와 충전 속도를 높일 수 있으므로 음극재의 성능에 따라 배터리의 성능도 크게 영향을 받는다고 할 수 있습니다. 최근에는 에너지밀도와 충전 속도, 내구성의 삼박자를 갖춘 음극재 개발이 양극재 못지않게 중요한 과제로 꼽히고 있는데요.

그렇다면 음극재를 이루는 핵심 소재는 무엇일까요? 바로 우리 주변에서 쉽게 찾아볼 수 있는 연필심이나 샤프심의 일종인 흑연을 핵심 광물로 하고 있습니다. 금속도 음극재의 생산 소재로 사용되지만, 가격이 저렴하고 안정성이 높은 흑연계 음극재가 전체 음극재 생산 시장의 90%를 차지할 정도로 대체 불가능한 큰 비중을 보이고 있죠. 따라서 현재 시장에서 사용되는 음극재는 대부분 천연흑연과 인조흑연이라고 볼 수 있습니다.

천연흑연은 광산에서 흑연 광석을 채굴한 뒤 이를 잘게 부수고, 불순물을 걸러 순도를 높여 생산합니다. 이 과정을 선광이라고 부릅니다. 이렇게 만들어진 인상흑연을 갖고 또다시 여러 공정을 거쳐 동그란 형태의 구형흑연으로 만들죠. 구형흑연은 피치(pitch)로 코팅한 뒤 고온에 굽는 소성 작업을 거치는데, 이 작업은 코팅으로 겉면을 감싸 배터리가 고온에도 견딜 수 있도록 하고, 충˙방전 효율을 높여주기 위함입니다. 마지막으로 크기별로 나누는 분급과 철 성분을 걸러내는 탈철 작업까지 거치면 그제야 순도 99.9%에 가까운 천연흑연 음극재가 완성됩니다.

인조흑연은 광산에서 직접 채굴하지 않고 철강을 만드는 과정에서 나오는 부산물인 콜타르를 주원료로 만들어지는데요. 이때 콜타르의 불순물을 제거하고 고온으로 열처리하면 바늘처럼 길고 뾰족한 형태의 침상코크스가 만들어지게 됩니다. 마지막으로 이 침상코크스를 분쇄하고 고온에서 흑연화 후 코팅과 탈철 작업을 거치면 인조흑연 음극재가 완성됩니다.

이렇게 생산과정을 달리해 만들어진 천연흑연 음극재와 인조흑연 음극재는 서로 상호보완적인 관계에 있습니다. 천연흑연 음극재는 리튬이온 저장 용량이 크고 가격이 저렴하다는 장점이 있고, 인조흑연 음극재는 수명·출력·안정성 면에서 용이하죠. 이런 이유로 전기차용 이차전지에는 천연흑연과 인조흑연을 섞어서 사용하는 경우가 대다수입니다.

포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 천연흑연과 인조흑연을 모두 생산하고 있는 기업입니다. 천연흑연은 기존 공급처 외에도 포스코홀딩스와 포스코인터내셔널이 투자한 탄자니아 소재 마헨지 광산과 마다가스카르 소재 몰로 광산에서 확보할 예정이며 인조흑연은 원재료인 침상코크스를 자회사 포스코MC머티리얼즈를 통해 자체 조달하면서 국산화에 성공했죠. 그뿐만 아니라 포스코홀딩스와의 R&D를 통해 인조흑연과 천연흑연의 장점을 고루 갖춘 저팽창-장수명 천연흑연 음극재를 개발해 내기도 했습니다.

최근에는 전 세계 흑연 생산량 약 70%를 차지하고 있는 중국이 자국의 흑연 수출을 전면 통제하겠다고 발표한 바 있습니다. 전기차 시장이 확대됨에 따라 음극재 시장 또한 연평균 20% 이상의 고성장을 이어가고 있는 상황에서 이러한 중국의 수출 통제 선언은 국내외 배터리 생산 업체들에 큰 타격을 입힌 셈이었죠. 하지만 포스코그룹의 배터리 시장 경쟁력은 더욱 주목받고 있는데요. 2010년부터 이미 음극재 사업을 시작하며 소재 분야 전반에 걸쳐 자체 조달 역량을 높이고, 중국 의존도를 낮추기 위한 노력을 기울이던 포스코그룹은, 향후 음극재 분야에서 공급망 역량을 강화해 나가며 생산성 자립에 속도를 낼 전망입니다.

2030년까지 3만 5천 톤 규모의 실리콘 음극재 양산 체제 구축

포스코그룹의 배터리 성능 강화를 위한 음극재 기술 개발 전략은 계속해서 발전해 나갈 것으로 기대되는데요. 세계적인 전기차의 고성능화 요구에 따라 배터리 또한 고성능이 필요하게 되면서 다양한 소재의 음극재가 주목을 받고 있기 때문이죠. 그중 하나로 실리콘 음극재를 들 수 있습니다.

실리콘 음극재는 단위 무게당 용량이 흑연계 음극재보다 10배가량 높아 전기차 주행 거리를 혁신적으로 늘릴 수 있으며 고속 충전에 용이하다는 장점이 있습니다. 반면 흑연계 음극재보다 가격이 상당히 높고, 충전과 방전을 진행하면서 부피팽창이 일어나 구조적으로 불안정성이 심하다는 극복해야 할 기술적 단점을 지니고 있죠.

이러한 기술적 이슈 때문에 현재 실리콘 음극재는 전기차 배터리에 100% 사용되지 못하고 흑연계 음극재에 4~5%를 첨가하는 구조로 활용되고 있는데요. 그럼에도 전기차 주행거리와 충전성능을 향상하기 위해서는 실리콘 음극재가 그 해답으로 주목받고 있어, 업계 일각에서는 소재 구조의 안정성을 높이는 기술 개발을 통해 2030년까지 음극재에 실리콘을 혼합하는 비중을 5%에서 30%까지 확대해 나갈 것으로 내다보고 있습니다. 실리콘 음극재 시장 또한 연평균 34%의 성장률을 보일 전망이라고요.

이에 따라 포스코그룹은 차세대 제품인 실리콘 음극재의 생산 밸류체인을 구축하고자 그룹 내 연구 역량을 결집해 개발에 힘써 오고 있습니다. 포스코홀딩스는 자회사인 포스코실리콘솔루션을 설립했고, 포스코홀딩스 미래기술연구원과 포스코퓨처엠은 함께 힘을 모아 2030년까지 3만 5천 톤 규모의 실리콘 음극재 양산 체제를 구축해 나갈 계획입니다.

인프라의 힘으로 차세대 음극재 끝판왕인 리튬메탈 음극재 양산에 나선다

실리콘 음극재와 비슷하게 흑연 대비 10배 이상의 에너지 밀도를 자랑하지만, 그 잠재력은 훨씬 크다고 평가받는 또 다른 차세대 음극재 소재가 있습니다. 바로 리튬메탈 음극재입니다. 리튬은 지구에서 가장 가벼운 금속으로, 이런 리튬을 사용해 배터리를 만든다면 무게가 가벼워져 전기차의 연비 향상에 도움이 되기 때문에 리튬메탈 음극재는 차세대 음극재 시장의 끝판왕으로 불리고 있습니다.

포스코그룹은 순도가 높고 불순물이 적은 아르헨티나 염호를 보유하고 있어 리튬을 음극재로 쓰기 위해 필요한 순도를 높이고 불순물을 제거해 주는 데 유리합니다. 또한 세계 최고 수준의 리튬 정제 기술을 갖고 있기도 하죠. 아울러 압연, 도금 과정에서 쌓아온 독자적 기술인 Roll-to-Roll 공법을 이용해 리튬의 두께를 얇게 만들고 폭을 넓히는 초극박화 과정을 무리 없이 소화할 수 있다는 가장 큰 장점을 갖고 있습니다. 포스코그룹은 이러한 기술들을 집약하고 꾸준히 개발해 차세대 배터리에 적합하면서도 경제성 있는 리튬메탈 음극재를 양산하는 기업으로 발돋움해 나갈 것입니다.

▼ 포스코그룹의 음극재 생산 경쟁력 영상으로 확인하기 ↓

l 전기차 배터리의 핵심소재, ‘음극재’

배터리 산업의 메가 트렌드는 크게 세 가지로 말할 수 있다. 바로 배터리의 장수명화, 전기차 보급 확대를 위한 고속 충전, 주행가능거리 확대를 위한 고용량화이다. 지난 시리즈에서 다뤘던 양극재가 전기차의 주행거리와 배터리 출력을 좌우한다면, 양극재만큼이나 전기차 배터리에서 중요한 소재가 바로 음극재다. 전기차 배터리의 충전 속도와 수명을 결정하기 때문이다.

배터리 재료비 원가 비중의 약 14%를 차지하는 음극재는 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부 회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을 한다. 충전 시에는 리튬이온이 양극에서 음극으로 이동해 음극재의 소재인 흑연의 층 사이사이로 들어가면서 흑연이 팽창해 부피가 늘어나게 된다. 다시 말해, 흑연의 팽창은 시간이 지날수록 구조 변화를 일으켜 배터리의 용량이 줄어드는 원인이 된다. 최근 배터리 업계는 고용량 배터리에 대한 시대적 요구에 맞춰 차세대 음극 소재 개발을 앞다퉈 진행하고 있다.

현재 음극재는 규칙적인 층상구조로 쌓여있는 흑연을 주로 사용하고 있으며, 크게 천연흑연과 인조흑연으로 나뉜다. 천연흑연은 리튬이온을 보관할 수 있는 가장 안정적이면서 저렴한 재료였으나, 사용 중 팽창 문제로 구조적 안정성이 점차 떨어지자 이를 개선한 인조흑연의 사용 비중이 점차 높아지는 상황이다. 인조흑연은 3000℃ 이상의 고온열처리를 통해 만들어져 천연흑연에 비해 결정성이 높고 구조가 더 균일해 안정성이 높다. 다만 석유계피치나 콜타르 원료를 가공해 침상코크스를 만들고, 침상코크스를 분쇄한 뒤에 뭉쳐서 가열하는 등의 추가 제조공정으로 가격이 비싸다.

흑연은 탄소 원자 6개당 리튬이온 한 개가 저장되지만, 실리콘은 원자 4개당 리튬이온 15개가 저장되는 구조를 갖기 때문에 실리콘 기반 음극재 단위 에너지 용량이 흑연보다 약 10배가량 높다. 결국 실리콘 음극재는 흑연계 음극재보다 고용량 · 고출력의 성능을 가지고 있어 전기차 배터리의 주행거리를 혁신적으로 늘리는 차세대 소재로 주목받고 있다.

l 몸값 높아지는 실리콘 음극재

시장조사업체 SNE리서치가 19일 발표한 ‘리튬이차전지 음극재 기술동향 및 시장전망’ 보고서에 따르면 2019년 기준 전체 음극활물질 수요량은 약 19만 톤이다. 보고서는 2025년까지 전체 음극활물질 수요량이 약 136만 톤으로 연평균 39% 성장할 것으로 전망했다. 이 가운데 가장 높은 비중을 차지하는 인조흑연은 2019년 53%에서 2025년 60%로 소폭 증가할 것으로 보인다. 두 번째로 높은 비중을 차지하는 천연흑연은 43%에서 28%로 비중이 다소 감소하지만, 여전히 인조흑연에 이어 가장 많이 사용되는 음극활물질이 될 것으로 보인다.

이때 주목할 만한 점은 음극재 시장 수요 비중에서 가장 낮은 비율로 차지하는 실리콘 음극재를 오는 2025년 11% 성장으로 전망한 것이다. 높은 에너지밀도를 기반으로 전기차 주행거리를 확보하는 것이 전기차 시장이 당면한 과제로서 실리콘 음극재의 전지 내 사용 비중은 점차 높아질 것이란 얘기다.

실리콘 음극재는 기존 흑연계 음극재보다 에너지밀도가 약 10배 높아 전기차의 주행 거리는 늘리고, 급속 충전 설계가 쉬워 충전 속도를 단축할 수 있다는 장점이 있다. 게다가 실리콘은 친환경적이고 지구상에 풍부하게 존재해 경제적인 소재이기도 하다. 이 같은 장점에도 불구하고 실리콘 음극재는 배터리 충전 시 4배가량 팽창하는 문제와 팽창한 음극이 방전할 때 이전과 같은 형태로 돌아오지 않는다는 위험성이 있다. 배터리 업계는 실리콘 구조 안정화를 위한 연구 개발을 진행하고 있으며, 배터리의 부피 팽창 부작용을 어떻게 빨리 개선하느냐가 시장 주도권을 확보할 수 있는 포인트가 될 것이라 보고 있다.

l 음극소재 국산화에 나서는 포스코케미칼

전기자동차 및 에너지 저장산업 성장에 따라 음극재 수요가 계속 늘어날 것으로 전망하는 가운데, 중국이 전 세계 대부분의 흑연이 매장되어 있을 뿐 아니라 생산과 공급을 점유해 전 세계 음극재 시장 72%를 차지하는 독보적인 입지를 자랑한다. 중국의 주요 음극재 생산 기업은 베이터뤼(BTR), 즈천과기(Zichen), 산산과기(Shanshan) 등이 있다. 일본 기업으로는 히타치(Hitachi)와 미쓰비시(Mitsubishi)가 있고, 우리나라는 현재 포스코케미칼이 국내 유일하게 천연흑연 기반 음극재를 양산공급하고 있다. 배터리 제품보다 핵심 소재에서 생기는 부가가치가 더 크다는 점을 감안하면 소재 국산화가 시급한 시점이다.

이에 포스코케미칼은 흑연 공급망을 확보해 음극소재 국산화 및 대한민국 배터리 산업 경쟁력 강화에 힘쓰고 있다. 특히, 국내 최초로 인조흑연 음극재 생산체제를 구축하기 위해 블루밸리산업단지에 연산 8,000톤 규모 인조흑연 음극재 1단계 공장을 착공했다. 종합 준공될 시 포스코케미칼은 연산 1만 6,000톤 규모 인조흑연 음극재 생산 능력을 갖추게 되며, 이는 고성능 전기차 기준 약 42만 대에 공급 가능한 양이다.

이에 그치지 않고 포스코케미칼은 천연흑연과 인조흑연의 강점을 모두 살린 저팽창 음극재를 독자 개발하며 차세대 음극재 개발에도 힘을 쏟고 있다. 저팽창 음극재는 천연흑연을 활용해 제품 가격은 낮추고 팽창 방지를 위한 소재 구조를 개선해 인조흑연 수준으로 충전 시간을 단축하고 수명은 늘린 소재다.

한편, 포스코그룹(포스코홀딩스)은 지난 7월 실리콘 음극재 전문 기업 테라테크노스를 인수했다. 테라테크노스는 2017년부터 연속식 SiOx 제조 기술을 개발해온 국내업체다.

SiOx는 나노실리콘 입자 위에 산화물계 실리콘을 합성하여 실리콘의 팽창을 최소화한 음극재로, 테라테크노스는 SiOx제품의 연속제조공정 기술을 보유한 것으로 알려져 있다. 포스코홀딩스는 최근 인수한 테라테크노스의 사명을 포스코실리콘솔루션으로 바꾸고 계열사로 편입시켰다. 앞으로 포스코케미칼이 축적한 음극재 양산 노하우를 바탕으로 음극재 사업을 확장해 나갈 방침이다.

포스코실리콘솔루션은 SiOx 음극재 사업화를 위해 국내 배터리 업계와 SiOx 샘플 제품을 테스트하고 있으며, 앞으로 포스코케미칼과 협력해 제품 고도화 및 양산에 나설 예정이다. 소재 업계 관계자는 “이미 흑연 음극재를 양산하고 있는 포스코케미칼이 SiOx 음극재까지 양산한다면 음극재업체로서 종합적인 포트폴리오를 구축하게 됨으로써 경쟁력이 한층 올라갈 것”이라고 말했다.

국내에서 유일하게 음극재와 양극재를 동시 생산하는 포스코케미칼은 △인조흑연 음극재의 장수명화 △저팽창 천연흑연 음극재 생산능력 확대 △전기차 주행거리 향상을 위한 실리콘 음극재 양산 △전고체 배터리 시대를 열어갈 리튬메탈 음극재 개발까지 ‘소재의 힘’으로 글로벌 전기차 산업의 고도화를 주도해 나갈 것으로 기대된다.

포스코그룹이 2030년까지 양극재 생산을 연산 40만 톤에서 기존 목표의 152%인 61만 톤으로 상향 조정하고, 음극재에서 32만 톤, 리튬 30만 톤, 니켈 22만 톤 생산·판매체제를 각각 구축하는 등 성장목표를 대폭 높였다.

포스코홀딩스 출범에 발맞춰 친환경 미래소재 대표기업으로 지속 성장해 나가고 있는 포스코그룹은 양극재, 음극재 사업과 함께 리튬, 니켈과 흑연 등 이차전지 핵심 원료 사업으로 영역을 넓히며 이차전지소재 사업의 자체 공급망을 구축해 나가고 있다.

특히, GM 등 글로벌 완성차사와의 전략적 협력에 기반한 양극재 해외공급 등 양극재 생산능력을 확대해, 2030년 이차전지소재 글로벌 1위 기업으로 도약할 발판을 다지고 있다.

▲이차전지소재 사업 공급망은 전기차용 배터리 등에 필요한 양극재, 음극재를 생산하는 회사, 이에 필요한 리튬, 니켈, 흑연 등의 원료를 가공, 공급하는 이차전지소재 원료공급사로 구성된다.

▲아르헨티나 염수리튬 시범공장 전경. 이차전지 양극재의 핵심 소재인 리튬은 전기를 생성, 충전하는 역할을 한다.

포스코홀딩스는 지난 2010년 리튬 생산기술 개발에 착수한 후 염수와 광석 모두에서 친환경적으로 리튬을 추출하는 기술을 개발했으며, 리튬의 주원료인 리튬광산과 염호를 선제적으로 확보했다. 또한 호주 필바라미네랄스(Pilbara Minerals)사로부터 리튬 정광을 장기 공급받기로 하는 등 안정적인 원료 공급처를 마련했다.

지난해 4월 설립한 광석리튬 생산법인 ‘포스코리튬솔루션’은 올해 4월 포스코-필바라리튬솔루션(POSCO-Pilbara LITHIUM SOLUTION)으로 사명을 변경하고, 광양 율촌산업단지에 4만 3000톤 규모 수산화리튬 공장을 착공했다. 더불어 지난 3월 착공한 연산 2만 5000톤 규모 아르헨티나 염호 리튬 상용화 공장은 준공 후 2024년까지 양산규모를 5만톤으로 확대한다는 계획이다. 양극재의 원료가 되는 리튬의 안정적인 공급망 구축은 포스코그룹의 경쟁력을 한층 높일 전망이다.

이 뿐 아니라 고용량 배터리 양극재의 필수요소인 니켈을 확보하는 지분투자를 단행하고 고순도니켈 생산도 추진한다.

포스코그룹은 작년 5월 호주의 니켈 광업과 제련 전문회사 ‘레이븐소프(Ravensthorpe Nickel Operation)’ 지분 30%를 2억 4000만 달러(한화 약 2700억원)에 인수하는 계약을 체결하고 오는 2024년부터 7500톤의 니켈을 공급받을 수 있는 권리를 확보했다.

또한 SNNC는 2023년까지 연산 2만톤 규모의 이차전지용 고순도니켈 정제공장을 신설하고 자체 니켈 기술역량을 기반으로 포스코의 조업역량을 더해 친환경 고순도 니켈을 생산한다는 계획이다.

나아가 포스코그룹은 폐배터리로부터 니켈, 리튬, 코발트 등을 추출하는 재활용사업에도 진출해 친환경 배터리 자원순환에 앞장설 계획이다.

지난해 3월에는 유럽 이차전지 공장의 폐전지 스크랩을 블랙파우더(Black Powder)*로 가공하는 PLSC(Poland Legnica Sourcing Center) 법인을 폴란드에 설립했다. 이어 지난해 5월에는 광물 정련·정제에 세계적 기술을 보유한 중국 화유코발트사와 65:35 비율로 합작해 블랙파우더에서 니켈, 리튬 등을 추출하는 ‘포스코HY클린메탈’을 설립하고, 율촌산단에 이차전지 리사이클링 공장을 착공했다.
*블랙파우더(Black Powder) : 리튬이온 배터리 스크랩을 파쇄하고 선별 채취한 검은색의 분말로 니켈, 리튬, 코발트, 망간 등을 함유.

올해 하반기 준공을 목표로 한 포스코HY클린메탈 공장은 율촌산단 6만㎡ 부지에 건립되며, 연간 1만 2000톤 규모의 블랙파우더에서 니켈, 리튬, 코발트 등을 추출한다.

폐전지 스크랩에서 이차전지 소재를 추출하는 자원순환 친환경 리사이클링 시장은 전기차 성장과 함께 2040년 28조 원 규모에 이를 전망으로, 포스코그룹은 향후 시장상황에 따라 추가 증설도 계획하고 있다.

또한, 중국의 배터리사를 공략해 생산기지를 집적하고, GM과 합작해 북미에 대규모 공장을 설립하는 등 그룹의 양극재 생산능력을 2030년 61만톤까지 높이며 글로벌 입지를 다진다. 더불어 하이니켈 프리미엄제품부터 하이망간, LFP(리튬인산철) 등 보급형저가형 제품까지 포트폴리오를 다변화하고, 전고체 전지용 소재도 개발해 차세대 배터리 소재 시장을 선점한다는 계획이다.

한편, 음극재의 중국 의존도를 낮추기 위한 노력도 지속한다. 포스코그룹은 2021년 아프리카 탄자니아 흑연광산을 보유한 호주 광산업체 블랙록마이닝 지분 15%를 인수하는 등 음극재 원료인 인상흑연의 공급처를 탄자니아, 호주 등으로 다변화하고 있다.

지금까지 전량 수입에 의존하던 인조흑연 음극재 국내 생산에도 앞장선다. 포스코케미칼은 경북 포항시 블루밸리 국가산업단지 내에 2023년 완공을 목표로 연간 1만 6000톤 규모(전기차 42만대 공급량)의 공장을 단계적으로 조성 중이다. 지난해 인조흑연 8000톤을 생산할 수 있는 수준으로 공장을 준공했으며, 2030년에는 15만 톤까지 생산능력을 확장할 계획이다.

유럽 완성차사와도 미래 전기차 충전용으로 주목받는 실리콘계 음극재 생산설비 구축을 목표로 제품 개발에 협력하고 있다.

포스코홀딩스는 프리미엄, 보급형, 차세대 배터리용 양·음극재 제품 전체에 이르는 라인업을 구축해 이차전지소재사업을 그룹의 핵심사업으로 성장시키는 한편, 리튬·니켈·흑연·전구체 등의 원료와 리사이클링까지 공급망 전반을 갖춰 이차전지소재 사업 부문 매출 목표 41조원을 달성하는 등 경쟁력을 높여나갈 방침이다.

포스코는 2030년까지 리튬 22만톤, 니켈 10만톤을 자체 공급해, 2030년까지 양극재 40만톤, 음극재 26만톤 생산체제를 구축함으로써 이차전지소재 부문에서 글로벌 시장 점유율 20%, 매출액 연 23조원을 달성할 계획이다.

그럼 지금부터 포스코그룹의 이차전지소재사업 밸류체인을 자세히 살펴볼 수 있는 <포스코그룹 이차전지 소재 사업 밸류체인 한 눈에 보기>를 살펴보자.

원료확보부터 원료가공, 양•음극재 생산, 폐배터리 재활용까지 어떤 단계로 밸류체인이 진행되는지 궁금하다면?
아래 인포그래픽을 확인해보자.

포스코그룹의 이차전지 소재 사업 밸류체인을 인포그래픽을 통해 자세히 살펴봤다. 포스코는 전기차 시대를 대비해 이차전지소재 사업을 그룹 차원의 새로운 성장동력으로 선정하고 선제적인 투자와 기술혁신을 이뤄 나가고 있다.

포스코케미칼은 2030년까지 양극재 40만톤, 음극재 26만톤의 생산 체제를 구축하여 에너지소재 분야 23조원의 매출과 글로벌 시장 점유율20%를 달성을 목표로 하고 있다는데…기술과 설비 모두가 전무한 상황에서 K-배터리 주역으로 성장한 포스코케미칼! 그 중에서 가장 주요한 부분인 ‘음극재’와 ‘양극재’에 대한 이야기들을 전문가를 통해서 들어보았다.

l 이차전지에서 양극재와 음극재는 어떤 역할을 하나요?

이차전지는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질로 구성됩니다. 양극재와 음극재는 배터리의 용량, 수명, 충전속도를 결정하는 가장 핵심이 되는 소재입니다. 양극재는 리튬이온 소스로 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하고, 음극재는 충전속도와 수명을 결정하는데, 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을 합니다.

l 포스코케미칼의 음극재, 양극재 사업은 어떻게 시작했나요?

음극재 사업은 2010년 LS엠트론으로부터 음극재 사업조직인 카보닉스를 인수하면서 시작됐습니다. 당시에는 국내 음극재 생산이 전무했지만 포스코그룹의 소재사업 경험, 특유의 사업 추진력, 제철 부산물에서 나오는 흑연 원료인 코크스를 잘 활용한다면 음극재에도 가능성이 있겠다고 생각했습니다.

양극재 사업은 2012년 포스코ESM이 출범과 함께 시작했습니다. 사업 출발 당시에는 휘닉스소재와 합자회사로 출발하게 되었고, 2016년 포스코가 경영권을 확보하게 됐습니다. 1세대 전기자동차에 양극재로 사용되는 LMO 양극재를 상용화하면서부터 사업이 본격적으로 시작됐고, 이후 하이니켈 양극재를 중심으로 전기차 배터리 소재를 중점으로 개발하고 있습니다.

l 음극재, 양극재 모두 시장 진입이 늦었는데, 후발주자임에도 성공적으로 성장할 수 있었던 이유는 무엇인가요?

비슷한 시기에 음극재 사업을 시작한 경쟁사들은 출력에 중점을 둔 소프트카본과 하드카본 계열의 제품을 중점적으로 개발했습니다. 반면, 포스코케미칼은 전기차 배터리에 초점을 두고 저장 용량에 강점이 있는 흑연계 음극재 연구에 집중했고, 시간이 지나며 전기차의 주행거리 성능에 적합한 흑연계 음극재가 메인스트림으로 성장 하였습니다. 결과적으로 우리의 선택이 적중한 것 이지요. 덕분에 국내 유일의 흑연계 음극재 생산회사로 기반을 다지며 10년만에 국내 1위, 세계시장 11%를 점유할 수 있었다고 생각합니다.

포스코케미칼은 사업 초기부터 니켈 함량이 80%가 넘는 하이니켈 NCM(니켈•코발트•망간) 양극재에 도전했습니다. 전기차 시장 개화시기에 맞춰 관련 연구와 투자를 진행하게 된 것인데, 특히 양극재 사업에서 중요한 것은 투자 여력입니다. 양극재가 양산설비에는 막대한 투자비가 소요됩니다.

올해 초 유상증자로 목표 1조원 대비 27% 많은 1조 2700억원을 마련하였는데요. 이는 최대 주주인 포스코가 일찌감치 주주 배정분 100% 참여를 발표하며 이차전지소재 사업을 그룹의 핵심사업으로 육성하겠다는 성장 비전을 제시했고, 투자자들이 이 점을 높게 평가했기 때문에 가능한 것 이었습니다.

l 앞으로의 연구방향이나 중점을 두어 추진하고 있는 방향은 무엇인가요?

포스코케미칼은 차세대 소재인 실리콘 음극재 개발을 추진하고 있습니다. 실리콘 소재의 장점은 리튬이온을 많이 담을 수 있는 고용량(이론적으로 흑연의 10배)이어서 전기차 주행거리를 늘릴 수 있다는 것입니다. 또한, 음극재 극판을 얇게 만드는데 도움이 되어 배터리 출력을 높일 수도 있습니다. 기술적인 난제는 충방전에 따른 부피 팽창(기존 소재 대비 약 10배)이 커서 장기적인 사용에 한계가 있고 전해액과의 반응성에 따라 배터리 안전성에도 영향을 미친다는 것입니다.

현재 배터리 업체는 흑연계를 중심으로 실리콘을 일부 첨가(3~5%)하여 사용하고 있으며, 배터리 용량 증대를 위해 실리콘계 함량을 높여 나갈 계획입니다. 우리회사도 그룹 차원에서 설립한 이차전지소재연구센터를 중심으로 차세대 제품인 실리콘 음극재의 성능 개선을 위해 노력하고 있으며, 양산을 위한 투자에도 나설 계획을 갖추고 있습니다. 또한 전고체 배터리와 함께 주목을 받고 있는 리튬메탈 음극재의 선행 개발도 함께 추진하고 있습니다.

현재 가장 중점을 두고 있는 연구 방향은 하이니켈 NCM 및 NCMA(니켈•코발트•망간•알루미늄) 양극재의 고용량화, 장수명화, 고안전화입니다. 고용량, 장수명, 고안전은 서로 상충되는 성질이 있어서 하나의 제품으로 이 모든 것을 만족시키기는 매우 어렵기 때문에 시장 및 고객 각각의 요구에 맞춘 제품을 적기에 공급할 수 있도록 다품종을 동시 개발하고 있습니다.

또 다른 중점 연구 방향은 공정기술 및 엔지니어링 등 양산기술입니다. 자동차를 비롯한 전지의 대형화 및 시장의 급성장에 따라 지금까지의 제조기술은 수요를 감당하기 어려운 면이 있는데, 그래서 포스코케미칼은 생산능력을 크게 끌어올리기 위한 혁신 공정 및 엔지니어링 기술 개발에 박차를 가하고 있습니다.

또한 2030년까지 리튬 22만톤, 니켈 10만톤의 양극재 원료를 생산할 예정이며, 폐배터리 리사이클링을 통한 니켈과 코발트 원료 공급도 추진할 계획입니다. 아프리카 탄자니아 흑연광산권을 보유한 호주 BRM사의 지분을 인수하여, 음극재 원료 공급안정성 또한 강화해 나아가는 중입니다.

l 포스코그룹 차원에서 어떤 시너지 효과가 있나요?

첫째로, 포스코그룹의 자원개발, 해외사업 경험과 네트워크는 다른 소재사들이 가지지 못한 장점입니다. 향후 이차전지 소재사업에서 안정적인 원료 조달 능력이 중요한데, 이런 사업 경험은 핵심 경쟁력이 될 수 있습니다. 특히 자동차, 가전 등 배터리가 사용되는 최종 제품에는 대부분 철강 소재도 함께 사용하고 있는데, 이차전지소재 원료 수급, 소재 개발뿐만 아니라, 최종 제품에 필요한 철강 소재까지 공급할 수 있다는 것은 종합 소재기업으로서 자부할 만 한 점이라고 생각합니다.

둘째로, 그룹 내 훌륭한 연구 인력과 인프라가 있다는 것도 꼽을 수 있겠습니다. 국내 최초로 이차전지소재연구센터를 설립해 포항산업과학연구원(RIST)을 비롯한 그룹 내 연구 인력을 활용하고 있습니다. 이런 연구기관과 협업이 가능해 제조 시뮬레이션을 정확하게 할 수 있고, 덕분에 개발 기간을 단축할 수 있는 것도 큰 강점입니다.

셋째로, 그룹내 건설, ICT, 제조기술 역량 등을 결집해 생산 품질을 안정적으로 확보할 수 있다는 점도 있겠습니다. 배터리는 품질 안정성과 원가절감이 핵심 요소인 만큼, 오랜 기간 그룹 내 축적해온 생산공정 구축과 관리 노하우를 적극 활용할 계획입니다.

포스코하면 떠오르는 것들이 다양하죠? 커다란 제철소, 포스코가 만드는 다양한 스틸 제품과 솔루션들, 포스코 그룹사인 포스코건설이 짓는 더샵 아파트도 있고요.

음 그런데 이건 어때요? 이제 “포스코는 배.철.수!”

갑자기 웬 DJ 배철수 이야기냐고요? 아니면 배를 철수하냐고요? 〣(ºΔº)〣 말장난이 아니예요. 잘 뜯어보면 친환경 시대 포스코가 앞으로 주력할 사업들을 가장 간단하게 설명하는 말이랍니다. 바로, 배터리(이차전지)소재, 철강, 수소 사업이예요.

l 배터리 소재

요즘 초록창에 포스코를 검색하면 연관검색어로 ‘리튬’, ‘케미칼’이 뜹니다. 스틸을 다루는 포스코가 배터리 소재 사업도 한다? 더이상 낯선 이야기가 아니죠. 포스코그룹에서 배터리 소재, 즉 이차전지소재 사업은 확고한 ‘신성장 동력’ 이니까요.

전기자동차를 중심으로 한 친환경 모빌리티 시대에서 이차전지가 갖는 의미는 길게 설명할 필요도 없죠. (깊게 알고 싶은 분들은 이 아티클을 추천해요. ☞ 포스코가 선택한 미래 먹거리, 2차전지 소재)

이차전지는 크게 양극재와 음극재로 나눌 수 있고, 양극재의 핵심 원료는 리튬과 니켈, 음극재의 경우 흑연이에요. 이차전지를 만드는 제조회사들은 이 원료들을 안정적으로 공급받는 것이 중요한데요. 전 세계에서 유일하게 리튬, 니켈, 흑연 등 원료부터 양극재와 음극재까지 이차전지소재 일괄공급체제를 갖춘 곳이 바로 포스코그룹이랍니다!

포스코는 저 멀리 아르헨티나에 리튬이 나오는 소금 호수(염호)도 갖고 있어요. 지난해 11월 이 호수의 리튬 매장량을 평가해보니, 전기차를 약 3억 7천만 대 생산할 수 있는 1,350만 톤의 고농도 리튬이 있는 걸로 파악됐다고 해요. 대단한 양이죠?

니켈의 경우에는 채굴해서 고순도로 제련하는 것이 중요한데, ‘제련’하면 철강 기술 50년의 포스코 전문 아니겠어요? 포스코는 철강 생산 공정에서 갈고 닦은 쇳물 생산과 불순물 제거 기술 역량을 기반으로 친환경 고순도 니켈 제련 공정을 개발하는데 투자를 확대해 나갈 계획이에요. 흑연은 수급 다변화를 위해 아프리카, 호주 등에 새로운 흑연광산을 확보할 예정이고요.

이렇게 해서 2030년에는 이차전지소재 부문에서 글로벌 시장 점유율 20%, 매출액 연 23조원을 달성할 계획이랍니다!

l 철강

철강은 두말하면 입 아픈 포스코의 경쟁력이죠. 세계적인 철강전문 분석기관 WSD(World Steel Dynamics) 선정하는 ‘세계에서 가장 경쟁력 있는 철강사’에 11년 연속으로 1위를 차지할만큼요.

이렇게 철강사업에서 부동의 1위 지위를 유지하는 이유가 뭔지 아세요? 답은 포스코가 만들어내는 제품과 기술 솔루션의 끊임없는 진화에 있습니다. 언뜻 보면 과거의 철강과 오늘의 철강이 같은 것처럼 보이지만, 실제는 그렇지 않죠. 수많은 실험과 복잡한 제조공정을 통해 외형은 비슷해보여도 속은 수많은 변수가 조합되어 제품이 만들어지는 것이거든요.

앞으로 포스코의 철강 비즈니스 진화 방향은 크게 세 가지 방향으로 정리할 수 있어요. 전기자동차 부상에 따른 고강도 경량 모빌리티 제품, INNOVILT로 대표되는 프리미엄 강건재, 그리고 LNG 추진 선박, 풍력발전, 수소 보관·이송용 소재에 집중할 계획이랍니다. 공통적으로 ‘친환경’이라는 코드가 보일 거예요. 물론 높은 기술수준을 보유해야 가능한 일이기도 하구요.

그리고 이 모든 것을 세계경제포럼(World Economic Forum)이 인정한 대한민국 유일의 ‘등대공장’인 포스코 제철소에서 스마트하게 만들 것이라는 것도 덧붙입니다.

한편, 철강은 친환경 시대와는 어울리지 않는 사업이 아니냐고 생각하시는 분이 있을 수도 있어요. 현재 생산 공정상 CO₂를 배출할 수밖에 없으니까요.

그래서 포스코는 그런 태생적인 한계를 극복하고, 앞으로는 탄소 포집·활용·저장(CCUS, Carbon Capture, Utilization and Storage) 기술이나 수소환원제철과 같은 혁신적인 기술 개발로 ‘그린스틸’을 생산하는 제철소로 탈바꿈할 계획이예요.

탄소 포집·활용·저장 활동이란, 제철 공정 중 배출되는 이산화탄소를 회수, 저장해서 재사용한다는 걸 뜻해요. 또 강철의 원료인 철광석들은 산소와 결합된 산화물 형태라, 용광로에서 환원과정을 거쳐야 하는데요. 이때 환원제로 기존 석탄 대신 수소를 사용하면, 철광석에 있는 산소가 수소와 반응해 물이 되기 때문에 CO₂를 발생시키지 않고 쇳물 제조가 가능해져요. 그게 바로 수소환원제철이죠. 그래서 미래 친환경 철강사업을 위해 포스코한테 수소는 ‘운명’이랍니다.

l 수소

차세대 청정에너지원으로 각광받고 있는 수소! 친환경 철강사업을 위해 수소는 ‘운명’이기에 다가오는 수소사회에서도 포스코는 그 중심에 있을 예정입니다. 포스코는 2050년까지 수소 생산 500만톤 체제를 구축해 수소사업에서 매출 30조 원을 달성하겠다는 미래 청사진을 그리고 있어요.

현재 포스코는 철강 제조 공정에서 발생하는 부생가스(Cokes Oven Gas) 등을 이용해서 1년에 7천 톤의 수소를 생산할 수 있어요. 현재는 연간 3,500톤의 부생 수소를 생산해 철강 생산공정에서 온도조절과 산화방지 등을 위해 사용하고 있죠.

뿐만 아니라, 세계 최초로 수소연료전지 분리판용 스테인리스 소재를 개발해 국내에서 생산되는 ‘넥쏘’ 수소차에 공급하고 있고, 전기차 구동모터에 사용되는 포스코의 고성능 전기강판은 수소차에도 그대로 적용된답니다.

기가스틸로 대표되는 고강도 경량화 차체 소재 제조기술은 기본! 이미 수소 비즈니스에 관한 역량을 상당수준 갖추고 있는데요, 포스코는 축적해온 역량을 기반으로 수소 저장·수송을 가능하게 할 극저온 소재 솔루션도 개발할 예정입니다.

나아가, 물을 전기 분해해 수소를 생산하는 기술 등 그린수소의 생산에서 공급까지 역량을 키워나갈 거예요. 수소 사업을 그룹 성장 사업의 한 축으로 육성해서 미래 수소시장에서 주도권을 확보한다는 계획이죠!

지난 2월 16일 포항에서 포스코그룹과 현대차그룹이 수소사업 협력을 위한 협약을 체결한 사실이 보도됐는데요(☞ 현대차그룹-포스코그룹, 수소 사업 협력 추진), 이번 협약을 계기로 수소 사업에서 더 속도감 있는 사업 추진을 기대하고 있습니다.

철강에서 시작해 배터리소재와 수소 사업까지, 이제 포스코는 “배.철.수” 합니다^^