왜 전기차는 추위를 많이 탈까?
전기차에 탑재되는 리튬이온 배터리는 특성상 온도 민감도가 높아 저온 환경에서 성능 저하의 문제가 발생한다. 배터리 구성요소 중 하나인 전해질은 이차전지의 충·방전 과정에서 리튬이온이 양극을 오가는 통로 역할을 한다. 겨울철 기온이 떨어지면 액체로 이루어진 전해질이 굳으면서 내부 저항이 증가해 배터리 효율이 낮아지는 것이다.

따라서, 배터리를 어떻게 관리하냐에 따라 성능이 크게 달라져 올바른 관리가 중요하다. 전기차 관리법을 미리 파악하고 준비해 더욱 효율적인 겨울철 전기차 라이프를 누려보자.

배터리 과냉각 주의, 겨울철 실내 주차하기!

위에서 언급했듯 날씨가 추운 겨울, 외부에 오래 주차하게 되면 배터리가 과냉각되기 때문에 주행거리가 줄어들 뿐 아니라 자연스럽게 배터리 효율도 떨어져 방전되기 쉽다. 배터리 소모 방지를 위해서는 반드시 적정한 온도 유지가 가능한 실내 및 지하 주차장을 이용하는 게 좋다. 실내 주차를 할 경우 배터리 과냉각을 예방할 뿐 아니라 내부 온도 유지도 가능해 과도한 히터 사용을 막을 수 있고, 불필요한 배터리 소모도 줄일 수 있다.

주기적인 차량 하부 세차는 필수

겨울철 낮은 기온은 기체를 수축하기 때문에 타이어 속 같은 양의 공기가 들어있어도 공기압이 줄어들 수 있다. 타이어 공기압이 부족하면 제 역할을 하지 못해 방향을 바꿀 때나 속도를 줄일 때 미끄러질 위험이 커지며 자칫 사고로 이어질 수 있다. 주기적인 공기압 체크와 접지력이 높은 윈터 타이어 교체를 권장한다.

또한 눈이 많이 쌓인 날이라면 차량 하부를 깔끔하게 세차해 염화칼슘을 제거해 주는 것이 중요하다. 겨울철 제설 작업으로 인해 도로에 뿌려지는 염화칼슘이 도로의 모래, 먼지 등과 섞여 차량에 붙게 되면, 철과 반응해 염화철을 만들어 차량을 부식시키는데 일조하기 때문이다. 특히 전기차의 경우 차량 하부에 배터리가 탑재되어 있기 때문에 부식에 더욱 신경을 써야 한다.

배터리 급속 충전 말고 완속 충전!

전기차 사용자의 대부분은 급속 충전에 대한 선호도가 높은 편이다. 특히 가정용 완속 충전기가 없는 환경이라면 급속 충전 시설 의존도가 상당히 높다. 급속 충전은 완속 충전 대비 충전 속도가 매우 빨라 편리하지만, 배터리 셀에 부담을 줄 뿐 아니라 배터리 수명이 빠르게 단축될 수 있다. 따라서 겨울철 배터리 최적의 상태를 위해 월 1회 이상은 배터리 20% 이하일 때, 100%까지 완속 충전하는 것이 좋다. 완속 충전을 통해 배터리 팩 안에 있는 많은 셀들의 밸런스가 맞춰지기 때문에 배터리 효율을 오랫동안 유지할 수 있다.

전력 소모 높은 히터 사용은 자제!

전기차 실내 난방 시, 히트펌프* 사용을 추천한다. 엔진에서 버려지는 열에너지를 난방에 활용하는 내연기관차와는 달리 전기차는 히터를 작동시킬 만큼 폐열이 발생하지 않아 배터리 전력으로 히터를 작동하기 때문이다. 이에 전기차 내 모터 등의 부품에서 발생하는 폐열을 방출하지 않고, 전기차 실내 난방에 활용하는 히트펌프 시스템을 사용하면 보다 효율적인 배터리 관리가 가능하다. 또한 전력 소모량을 줄일 수 있어 주행거리 증가 효과도 볼 수 있다. 그 외에도 배터리 히팅 시스템, 열선 시트, 열선 핸들 등을 적극적으로 활용하는 것이 좋다.
*히트펌프 : 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치

지금까지 전기차 에너지 효율과 배터리 수명, 안전 운전을 위한 겨울철 전기차 관리법에 대해 알아보았다. 조금만 신경 써도 배터리의 컨디션을 오랜 기간 동안 균일하게 유지하고 전기차를 오래 탈 수 있다. 난감한 상황이 발생하기 전, 차량과 배터리 상태를 미리 체크해 슬기롭고 안전한 겨울철 전기차 라이프를 즐기길 바란다.

미래 산업의 변화는 전동화(Electrification)와 무선화(Cordless)가 핵심이다. 에너지저장장치, 전기차, 무선가전, 드론, 로봇 등이 이차전지로 움직이는 시대가 개막했다. 특히, 이차전지는 ‘탈(脫)탄소화’라는 글로벌 트렌드 속에서 신재생에너지 보급 및 전기차 확산 등 정책의 핵심으로 자리매김해 급속한 성장을 이루고 있다. 세계 각국이 탄소중립 선언과 함께 전기자동차 수요 확대를 목표로 제시하고 있다.

전기차의 수요는 코로나19 확산의 영향으로 잠시 주춤하였으나, 2020년 하반기부터 성장세를 회복해 2021년 전기차 판매량은 660만 대로 580만 대였던 기존 전망치를 크게 상회하였다. 신에너지분야 리서치 기업인 SNE리서치에 따르면, 이차전지 시장 규모는 전기차 보급 확대에 힘입어 2020년 461억 달러에서 2030년 3517억 달러로 향후 10년간 약 8배 증가할 것으로 전망된다.

현재 세계 이차전지 시장은 자동차 및 전자산업이 발달한 일본, 한국, 유럽 등이 주도하는 가운데, 한국·중국·일본 3개국이 전 세계 이차전지 소비의 95%를 점유하고 있다. 특히, 배터리 시장조사 업체 B3에 따르면 우리나라는 2020년 기준 이차전지 글로벌 시장 점유율에서 IT기기용 45%, 전기차용 39.8%, 에너지저장장치용 70.5%로 소형부터 중대형 이차전지까지 모두 세계 1위를 기록하고 있다.

다만, 우리나라는 이차전지 제조에 필요한 소재 및 부품에서 해외의존도가 높은 편이다. 2019년 기준 이차전지의 주요 소재 중 양극재 47%, 음극재 80.8%, 분리막 69.5%, 전해액 66.2%가 해외에 의존하고 있다. 또한 이차전지 소재의 원재료인 리튬, 코발트, 니켈 등도 사실상 전량 수입에 의존하고 있다. 이차전지 산업의 지속적인 성장을 위해서는 원료의 안정적 조달 및 소재 생산능력 강화가 필수적이다. 이를 위해 우리나라는 2021년 7월 관계부처 합동으로 공표된 ‘2030 이차전지 산업(K-battery) 발전전략’을 통해 소재산업 육성과 전략적 원료 수급체계 구축을 추진해 이차전지 사업의 경쟁력을 확보해나갈 예정이다.

이차전지 양극재의 핵심 원재료는 리튬이다. 칠레구리위원회(Cochilco)에 따르면, 리튬이 전기차에 사용되는 비율은 2016년 18%, 2019년 32%에 이어 2030년에는 79%가 될 것으로 추정할 정도로(2021), 전기차 시장의 성장은 리튬 수요 확대에 큰 영향을 미치고 있다. 실제로 2016년 204천 톤(LCE)이었던 리튬시장은 2019년 323천 톤(LCE)으로 증가해 연평균 16% 성장을 기록했다. 리튬 소비의 중심은 중국으로 배터리용 리튬시장의 50%를 차지하고 있으며, 21세기 초부터 연평균 10% 수준으로 증가하고 있다.

이러한 수요 증가에 대응하기 위해 공급도 증가하였다. 리튬 생산량은 2016년 209천 톤(LCE)에서 2019년 381천 톤(LCE)으로 연평균 22% 증가하였다. 이는 주요 생산국인 호주와 칠레에서의 생산량 증가에 기인한 것으로, 양국은 2019년 기준으로 전 세계 생산량의 48%와 29%를 차지하고 있다.

현재 리튬시장에서는 광석이나 염호에서 직접 추출하는 1차 자원뿐만 아니라 폐배터리를 재활용한 리튬 공급도 상당한 기반을 갖춰 나가고 있다. 재생리튬 공급량은 2018년 10천 톤(LCE) 미만에서 2028년까지 100천 톤(LCE) 이상으로까지 증가해, 총 수요의 7% 이상을 차지할 것으로 예상되고 있다. 원자재 관련 연구기관 로스킬(Roskill)에 따르면, 2018년 기준 리튬이온배터리 재활용 업체는 전 세계 총 52개사로, 그 중 24개사는 중국 업체이다. 현재 유럽과 미국 대부분의 리튬이온배터리 재활용 업체가 개별 사업의 형태인 반면, 중국은 배터리 제조업체 및 전기차 제조업체와 제휴하고 있다.(2019)

l 이차전지 소재 패러다임의 변화

지금까지는 탄산리튬이 리튬이온전지(LiB)제조에 가장 중요한 소재였으나, 전기차 주행거리 확보를 위해 하이니켈 양극재의 수요가 늘고 있는 추세다. 배터리의 니켈 비중이 높아질수록 에너지 밀도가 높아지고, 전기차 1회 충전 시 주행거리가 늘어나기 때문이다. 니켈은 높은 온도에서는 리튬과 합성이 잘 되지 않는데, 이런 이유에서 탄산리튬보다 녹는 온도가 낮은 수산화리튬이 니켈과의 합성에 유리하여 수산화리튬이 하이니켈 양극재의 원재료로 각광받고 있다. 즉, 수산화리튬시장이 점차 커진다는 얘기다. 실제로 2019년의 탄산리튬 생산량은 수산화리튬의 3배였지만, 2030년경은 수산화리튬의 생산량이 리튬 전체의 49%가 될 것으로 예상된다(Cochilco, 2021).

이에 SQM사 등은 탄산리튬을 수산화리튬으로 변환하는 기술에 대해 투자하고 있으며, 신규 리튬 광석 프로젝트에 직접 투자하기도 한다. 우리나라도 포스코에서 포스코리튬솔루션을 설립하고 7600억 원을 투자해 2021년 5월 연산 4만 3천 톤 규모의 수산화리튬 공장을 착공했으며 2023년 준공을 목표로 하고 있다. 해당 생산량은 전기차 100만 대 생산이 가능한 규모로, 리튬 소재의 국산화를 통한 국내 이차전지 산업의 경쟁력 확보에 크게 기여할 것으로 기대된다.

l 이차전지 소재별 수요 규모 및 공급 불안 요인

양극재의 또 다른 주요 원료인 니켈의 소비 비중은 지금까지 스테인리스강용 80%, 이차전지용 7% 이었지만, 전기차 시장의 폭발적인 성장에 따라 이차전지용의 수요가 점차 증가하고 있다. 전기차 주행거리 확보를 위해 니켈 함량이 높은 하이니켈 배터리가 차세대 배터리로 부각되면서 배터리용 니켈 수요가 급속히 확대된 것이다. 하지만 전 세계 니켈의 20%를 보유하고 있는 인도네시아가 2020년 자국 제조업 보호를 위해 광석 수출 금지를 발표해 공급의 난항이 예상되고 있다.

게다가 배터리용 니켈은 순도 99% 이상인 Class 1만 사용되는데, 그동안은 황화광 정·제련을 통한 Class 1 니켈 생산이 주를 이루었다. 하지만 지난 10년 동안 황화광 광산 개발에 대한 투자가 부진하여, 현재 황화광 생산량이 전 세계 니켈광 생산량의 30% 수준에 불과하다. 또한 고순도 니켈 생산과정에서 발생하는 환경오염 문제 대응에 대한 목소리가 커지자 니켈 개발 규제가 더욱 엄격해지고 있다.

삼원계 양극재의 핵심요소인 코발트 공급 부족도 이차전지시장 성장의 또 다른 복병이다. 최근 배터리 음극재에 니켈 함량을 늘리고 코발트 함량을 줄이는 목표가 발표되고 있지만, 다양한 에너지저장시설용 배터리에 코발트 사용이 확대되어 그 수요가 지속적으로 성장할 것으로 전망된다. 국제에너지기구 IEA(2021)에 따르면, 코발트의 전 세계 소비량은 2020년 144천 톤에서 2030년 420천 톤, 2040년 660천 톤에 이를 것으로 전망되고 있다.

코발트 광산은 DR콩고*에 집중되어 있으며, 이는 전 세계 코발트 원광생산의 70%에 달한다. 게다가 정·제련의 70%는 중국에서 이루어지고 있다. 즉, 코발트 공급이 DR콩고와 중국 내 정치적 불안정성과 자원민족주의 색채가 강한 양국가의 교역경로나 정책 변화에 따라 큰 영향을 받을 가능성이 높다.
*DR콩고 : 콩고 민주 공화국

l 이차전지 산업에 대한 사회적 요구 및 변화

미국과 중국 사이의 정치적 긴장은 코로나19의 확산으로 더욱 높아지고 있으며, 모든 분야의 공급망에 영향을 미치고 있다. 특히, 중국은 리튬이온전지(LiB) 밸류체인(Value Chain)의 중추적인 역할을 하고 있어 미국이나 유럽 등 주요국에서 공급망 각축전을 벌이고 있다.

지금까지 미국은 전기차밸류체인을 해외에 아웃소싱하는 한편, 유럽은 보조금 지원과 충전시설 등의 인프라 정비에 집중하였다. 중국이 배터리 공급망을 국유화하려고 하자, 미국은 바이든 정부 출범 이후 역내 이차전지 공급망 재편에 나섰다. 미국은 지리적으로 인접하고 광물자원과 재생에너지가 풍족한 라틴아메리카를 중국의 대안시장으로 보고 투자를 모색하고 있어 향후 자원시장에서의 라틴아메리카의 위상은 더 커질 것으로 보인다. 유럽도 2020년 200여 개 정부와 기업이 주축이 되어 ‘배터리 얼라이언스(Battery Alliance)’를 출범시킨 이후, 정책자금 지원 등을 통해 EU 역내 배터리 공급망 구축을 본격화했다.

코로나19로 인한 록다운(lockdown)으로 물류난을 겪었던 기업들은 비용절감을 위해 추진했던 오프쇼어링(off-shoring) 정책에서 벗어나 안정적인 공급체계 구축을 위한 리쇼어링(re-shoring) 정책으로 진행하고 있다. 미래에 닥칠 위기에 신속하고 효율적으로 대응할 수 있는 예방 물류 체제를 마련해 원료 생산부터 소재부품 제조까지 수직통합하려는 노력도 보이고 있다. 인근 국가에서 원재료 및 부품소재를 조달하는 경우, 아웃소싱에 비해 세금, 노동, 에너지 비용 면에서 경쟁력이 떨어지겠지만 운송비용, 납기일 준수, 제품의 품질 유지 등 유리한 측면도 많다. 미국, 유럽 등은 한·중·일에 의존하던 기존 체제에서 벗어나, 지리적으로 인접한 라틴아메리카와 원재료 공급 확보를 위한 산업클러스터 형성을 고려하고 있다. 이러한 공급망의 로컬화는 경제적인 관점보다는 국가 안보적인 관점에서 더 강조되고 있다.

또한, EU는 환경 및 사회적 이슈를 이용한 비관세적 규제를 통해 EU 기업에 유리한 방향을 조정하고 있다. EU위원회는 2020년 12월 발표한 신배터리규제(Proposal for Regulation EU No 2019/1020)을 통해 탄소배출이 많은 배터리 사용을 규제하는 등 이차전지 생산에서 폐기까지 전 주기에 걸친 탄소 배출 관리를 통해, 배터리 공급망 전반에 걸쳐 탄소배출량, 윤리적 원자재 수급, 재활용 원자재 사용 등 기준에 부합하는 제품만 EU 내 유통을 허가할 계획을 발표하였다. EU정부는 2024년 7월부터 전기차 및 산업용 배터리의 탄소발자국 공개를 의무화하고 2027년 7월부터 배터리 탄소발자국의 상한선을 제시할 계획이며, 2030년부턴 재활용 원자재 의무 사용 비율을 적용할 계획이다.

코로나19 확산에 의한 불확실성 속에서도 사회 전반에 걸쳐 ‘지속 가능한 사회와 경제의 구축’에 대한 요구는 확대되고 있다. 탄소중립에 대한 세계 각국의 선언, 분쟁광물(Conflict minerals) 사용규제와 같은 공급망에서 사회적 책임 요구*와 더불어 자연재해, 코로나19 유행으로 인한 제약 등 다양한 리스크를 관리해야 하는 한편, 반대로 리스크 간 상관관계를 파악해 전략적으로 활용한다면 새로운 기회를 잡을 수도 있을 것이다.
* 런던금속거래소 LME는 ‘책임있는 공급체계(Responsible Sourcing)’ 실천을 강화해 거래하는 모든 광종(연, 아연, 주석, 니켈, 알루미늄, 코발트, 몰리브덴)을 OECD의 공급망 관리 지침에 따라 분류하고 관리할 예정이다. 특히, 코발트와 주석의 경우 공급망 관리에서 높은 위험 등급으로 분류되어 관리가 엄격해 질 것으로 전망된다

l 지속가능한 성장을 위한 이차전지 소재 산업이 나아가야 할 방향

코로나19로 인한 록다운으로 물류의 문제점, 일본 및 중국의 자원 무기화, 이차전지원료광물에 대한 자원 독점화 심화, 원료광물의 높은 가격 변동성 등을 고려할 때 우리나라도 이차전지 소재산업 육성, 안정적 공급망 확보와 더불어 더 나아가 이차전지 산업의 수직통합을 추구할 필요가 있다.

수직통합을 위해서는 ▲자원개발 및 재활용으로 원료광물 개발 ▲원료광물 정·제련으로 원재료 생산 ▲원재료 활용한 소재 부품 생산에 이르기까지 일련의 공급 사슬이 연계되어야 한다. 따라서 수직통합은 각 사업별(자원개발, 정·제련, 소재산업) 역량과 기능이 모두 갖추어 질 때 가능해지므로 단기적 접근으로는 어렵다.

포스코그룹은 자원개발과 해외사업 경험과 네트워크를 이용하여 리튬(아르헨티나), 니켈(호주, 인도네시아), 흑연(탄자니아) 등 이차전지 소재 원료에 대한 해외자원개발(포스코인터내셔널)부터 양극재, 음극재 등 소재부품 생산(포스코케미칼)에서 최종제품에 필요한 철강 소재(포스코) 공급까지 수직통합된 밸류체인을 갖추고 있다. 이와 더불어 유럽의 신배터리규제 등에 대응하고 공급원 다양화를 위한 폐전지 스크랩을 재활용(포스코HY클린메탈)하여 니켈, 리튬, 코발트, 망간 등을 회수하는 체계까지 갖추고 있다.

이러한 사업 연계로 포스코그룹은 원료광물의 직접투자 및 재활용을 통해 2030년까지 리튬 30만 톤, 니켈 22만 톤을 자체 공급하여 양극재 61만 톤, 음극재 33만 톤을 생산하는 것을 목표로 하고 있다. 우리나라에서 최초로 이루어지는 이차전지산업의 수직통합으로 이차전지 소재의 해외 의존도를 낮추고 자체공급망을 형성하여 이차전지 산업의 지속적인 성장을 뒷받침 할 수 있기를 기대한다.

또한, 가격 및 품질 경쟁력과 더불어 이차전지 생산과정의 이산화탄소배출량, 재활용 원료 사용, 윤리적 생산 등 다양한 요인이 이차전지의 경쟁력을 좌우하게 될 것이다. 따라서, 재활용, 재생에너지 사용 확대, 원료 및 생산의 사회적 책임 강화 등의 전략이 필요할 것이다.

EU 신배터리 규제와 BMW 등 배터리 수요업체의 재생에너지를 사용한 배터리 요구 등 배터리 소재산업에서도 재생에너지 사용은 선택이 아닌 필수가 되고 있으며, 이러한 추세는 더욱 강화될 전망이다. 그러나 우리나라는 재생에너지를 사용하기 위해서는 한국전력의 녹색프리미엄 제도를 이용해야 하는데, 녹색프리미엄 전기가격은 일반 산업용 전기보다 평균 13% 비싸다. 따라서 포스코는 이차전지 소재의 전 주기 차원에서 재생에너지 사용 확대를 고민하는 동시에 그 시점과 최적의 실천방법을 모색해야 할 것이다.

마지막으로 대규모 예산이 필요한 투자와 사회 및 환경적 책임에 대응하기 위해서는 단독 대응보다는 공동 대응이 효과적이다. 유럽의 ‘배터리 얼라이언스’ 모델처럼 원료 확보와 환경 및 사회적 책임을 위한 활동을 할 수 있는 ‘한국형 이차전지 얼라이언스’를 구축하는 것이 필요하다. 해당 얼라이언스는 단순한 이해관계자들의 거버넌스나 협의체 수준이 아닌 실질적 공동 투자활동과 사회적책임 강화 활동을 위한 기금 마련 및 공동대응이 주요 활동이 되어야 할 것이다. 특히, 원료개발부터 소재부품산업까지 전반에 걸쳐 사업 영역과 역량을 갖춘 포스코가 주도하여 얼라이언스의 실질적인 활동을 선도하여 사회적 역할을 다하는 것을 기대한다.

포스코그룹이 현대차•기아의 차세대 전기SUV에 구동모터코아를 공급한다.

철강가공 전문회사인 포스코SPS는 현대차•기아가 2023년부터 양산할 전기 SUV의 구동모터코아 공급권을 최근 수주했다고 27일 밝혔다.

현대차•기아가 개발 중인 전기 SUV는 항속거리를 혁신적으로 개선한 차세대 전기차다. 모터코아는 모터에서 전기를 발생시키는 핵심적인 부품으로, 포스코SPS와 현대모비스가 각각 구동모터코아와 구동모터를 생산해 차량에 장착하는 방식으로 협업기로 했다.

▲ 포스코SPS의 구동모터코아

이번 프로젝트에서 포스코SPS는 포스코의 친환경차 통합브랜드 ‘e Autopos(이 오토포스)’ 솔루션인 셀프본딩(self-bonding) 기술을 활용한 적층 방식을 적용해 모터코아를 생산할 예정이다. 셀프본딩은 전기강판에 본드를 닷트(dot) 방식으로 도포해 적층하는 기존의 방법이 아닌, 전기강판 전면에 본드가 도포된 상태에서 가열∙가압 적층함으로써 소음과 효율을 혁신적으로 개선할 수 있는 신기술로 포스코가 2016년 개발했다.

포스코SPS는 기존 본딩접착 방식으로 생산한 구동모터코아를 현재 현대차•기아에 공급하고 있다. 이번 e Autopos 셀프본딩 기술을 접목한 구동모터코아 공급권까지 수주하며 글로벌 1등 친환경차 부품사로 도약할 수 있는 전기를 마련했다.

포스코SPS 김학용 사장은 “이번 프로젝트는 포스코의 소재기술과 포스코SPS의 금형•가공 기술, 그리고 현대차기아의 설계기술의 콜라보가 만들어낸 최상의 결과물이다. 포스코SPS는 앞으로도 차별화된 선진 양산 체계를 구축해 미래 친환경차 구동모터코아 솔루션 프로바이더(provider)로서의 입지를 갖추겠다”고 말했다.

한편, 포스코는 e Autopos 주요 솔루션으로 차체•섀시용 고장력 강판, 배터리팩 전용 강재, 구동모터용 에너지 고효율 강판, 수소전기차용 금속분리판, 이차전지소재용 양극재와 음극재 등을 자동차사에 공급하고 있다. 포스코SPS는 포스코와의 협력을 통해 2025년 국내 구동모터코아 200만 대 생산을 목표로 천안•포항공장에 생산 인프라를 구축하고 생산 설비를 확대해 나가고 있다.

전 세계적 과제인 탄소중립! 세계 각국은 2050년까지 탄소중립 달성을 위한 여러 노력을 이어가고 있다. 우리나라도 2030년 온실가스, 2017년 대비 24% 감축 및 2050년 ‘완전 탄소중립’이라는 목표를 내걸었다.

앞선 [슬기로운 탄소중립 생활 1편]에서 언급했듯이, 지구의 기후변화와 지구온난화 문제를 해결하기 위해선지구의 온도 상승을 산업화 이전 대비 1.5도씨 이내로 유지해야 하고, 이를 위해선 반드시 탄소 배출량을 줄여야 한다. 하지만 현재 세계의 에너지 시스템은 화석연료에 의존 중이며, 화석연료는 탄소 배출의 가장 큰 원인으로 꼽힌다. 즉, 탄소중립을 위해서는 화석연료가 아닌, 신재생 에너지를 생산하여 대체할 수 있어야 한다.

탄소중립은 국가와 기업들만의 과제일까? 탄소중립은 국가 차원의 정책과 노력도 중요하지만 개인의 노력도 매우 중요하다. 그렇다면 ‘탄소중립 습관화’를 위한 일상 속 작은 실천들은 어떤 것이 있을지 알아보자.

1. 따르릉~ 자전거가 나갑니다!

우리나라는 대중교통이 편리하게 잘 갖춰진 대표적인 나라이다. 또한, 서울시는 공유 자전거 대여소를 시내 곳곳에 설치해 시민들이 언제든 자전거를 이용해 편리하게 원하는 목적지까지 이동할 수 있도록 지원하고 있다.

공유 자전거 이용방법은 간단하다. 홈페이지에 접속하여 본인의 위치를 연동시키면 현재 자신의 위치와 인근 자전거 대여소가 동그란 점으로 표시되어 보인다. 혹시 공유 자전거를 처음 이용한다면 비회원으로 진행, 이용권을 구매한 후 휴대폰으로 전송된 대여번호를 자전거 단말기에 입력해서 사용하면 된다.

이제 가까운 거리는 건강과 환경을 생각하는 마음으로 자전거를 이용해 보자! 일주일 중 하루만 자동차를 타지 않아도 연간 약 445kg의 이산화탄소를 감소시킬 수 있다고 한다. 내가 살짝 불편한 것이 우리의 환경을 위하는 길이라는 점, 메모 또 메모!

2. 환경오염은 이제 그만! 이제 전기차로 환승하세요

작년 정부는 2050년 탄소중립 추진전략을 발표했다. 버스와 택시, 화물차 등 상용차를 중심으로 친환경차 전환을 지원하고 2,000만 세대에 전기자동차 충전기 보급 및 수소충전소 2,000여 곳을 구축한다고 밝혔다.

▲서울시의 하늘색 전기택시 (출처:서울시 홈페이지)

이러한 노력 덕분인지, 요즘 거리를 거닐 때면 전기차 택시를 어렵지 않게 볼 수 있다. 예전이라면 “와~ 저게 전기차 택시구나!” 하고 신기했겠지만, 이젠 더 이상 낯선 풍경이 아니다.

서울시는 지난 상반기 1만 1,779대의 전기자동차를 보급한 데 이어 올 하반기에는 1만 1,201대를 추가로 보급할 예정이다. 친환경 택시는 일반 승용차에 비해 온실가스 감축 효과가 크기 때문에 대기 환경 개선에 큰 도움이 된다. 소음과 진동이 적어 장시간 차를 운전하는 택시 운전기사는 물론, 시민들의 스트레스도 완화할 수 있어 일석이조의 효과를 얻을 수 있다.

현재 시민들의 높은 관심과 인기로 전기 승용차 및 전기 화물차의 상반기 보조금은 100% 접수가 완료됐다. 하반기 보조금은 지난 7월 28일부터 접수를 시작하였다. 친환경 전기 택시 또한 3차 보급을 시작하였다고 하니, 관심이 있다면 아래 홈페이지에서 정보를 확인해보는 것을 추천한다.

▲환경부 저공해차 통합누리집 홈페이지(ev.or.kr)

이 외에도 일반 시민들의 경우 전기자동차를 구매 시 구매보조금을 지원하는 정책도 시행 중이다. 저렴한 연료비는 물론, 탄소 배출 저감효과까지 있는 전기차로 환승해보는 건 어떨까?

3. 그린모빌리티 시대, ‘e Autopos’ 와 함께!

자동차 산업에도 역시 친환경 이슈가 대두되고 있다. 포스코는 지난 1월 친환경차 시장을 선도하겠다는 목표에 따라 친환경차 •솔루션 통합 브랜드인 ‘e Autopos’ 를 론칭했다.

e Autopos는 포스코의 친환경차 제품 솔루션 통합 브랜드로 쉽게 설명하자면, 전기차와 수소차에 쓰이는 포스코의 철강 및 이차전지소재 제품과 이를 활용하는 고객 맞춤형 솔루션 패키지를 말한다. 친환경(eco-friendly), 전동화(electrified)를 뜻하는 ‘e’, 포스코의 솔루션을 뜻하는 ‘AUTOMOTIVE SOLUTION OF POSCO’를 합쳐 ‘e Autopos’라 이름 붙였다.

e Autopos 솔루션은 친환경차의 차체와 섀시부터 구동모터, 배터리팩, 수소연료전지에 이르기까지 다양하다.

환경을 지키기 위해서는 자동차를 가볍게 만들어야 한다. 이유는 자동차가 무거울수록 에너지 소모량이 늘어나고 이에 따라 온실가스 배출도 증가하기 때문이다.

포스코는 ‘기가스틸’을 사용한 포스코 고유 전기차 차체 솔루션인 PBC-EV(Posco Body Concept for Electric Vehicle)을 개발하였고, 이를 통해 기존 동일 크기의 내연기관 차량대비 약 30%의 경량화를 달성하기도 했다.

이 외에도 e Autopos 차체 솔루션에는 포스코의 첨단 강종이 다수 포함되어 있어 안전성 확보는 기본이고 가볍고 튼튼한 차체와 섀시는 에너지 소모량을 줄여 깨끗한 환경을 만드는데 도움이 된다.

고객들의 안전은 물론, 환경까지 생각하는 포스코의 노력! 앞으로 다가올 그린모빌리티 시장에서의 포스코의 활약을 기대해도 좋을 것 같다.

“일상의 편리함만 추구하지 않고, 조금의 불편함을 감수하는 것이 바로 자연을 위하는 길이다.”라는 말처럼 탄소중립의 실천의 핵심은 자발적인 참여에 있다. 사소하다고 생각하는 일상 속 노력이 환경보호를 위한 시작임을 가슴에 새겨보자. 그럼 슬기로운 탄소중립 생활 3탄에서는 환경을 생각하는 저탄소 친환경 제품에 대해 알아보도록 하겠다.

딩~동! 단잠을 깨우는 소리에 벌떡 일어나 현관문을 열었다. “이게 웬 박스지?” 문 앞에 전기차가 그려진 커다란 박스와 카드 한 장이 놓여 있다. 박스에는 포스코와 e Autopos 두 단어가 쓰여 있고, 카드에는 “e Autopos 언박싱”이라고 적혀있다. 지금부터 포스코의 친환경차 제품 솔루션 통합브랜드 ‘e Autopos’ 언박싱을 시작한다.

l 미션 접수! 언박싱 전에 박스부터 살펴볼게요

박스를 본격적으로 열기 전에 겉부터 꼼꼼히 살펴보겠다. 전기차 그림 위에 적힌 e Autopos는 포스코의 친환경차 제품 솔루션 통합 브랜드다. 풀어서 설명하자면 전기차와 수소차에 쓰이는 포스코의 철강 및 이차전지소재 제품과 이를 활용하는 고객 맞춤형 솔루션 패키지를 말한다. 친환경(eco-friendly), 전동화(electrified)를 뜻하는 e, 포스코의 솔루션을 뜻하는 (AUTOmotive Solution of POSco)를 합쳐 e Autopos라 이름 붙였다.

e Autopos 솔루션은 친환경차의 차체와 섀시부터 구동모터, 배터리팩, 수소연료전지에 이르기까지 다양하다. 오늘은 차체와 섀시에 사용된 솔루션을 소개한다. (나머지는 차차 소개할 테니 기대해 주시길!) 돋보기를 들고 박스 위에 적힌 표를 들여다보니 차체와 섀시 옆에 ‘기가스틸, 1500MART, 980XF, 1180TRIP’ 암호 같은 게 적혀 있다. 이게 뭐지?

l 본격 언박싱! e Autopos 차체 굉장히 멋지죠?

박스를 열자 가장 먼저 눈에 들어오는 건 은은한 빛과 함께 탄탄함이 느껴지는 차체다.

e Autopos 제품이 적용된 차체는 가벼우면서도 강하다. 환경을 지키기 위해선 자동차를 가볍게 만들어야 한다. 자동차가 무거울수록 에너지 소모량이 늘어나고 이에 따라 온실가스 배출도 증가하기 때문. 전기차는 배터리팩 무게로 인해 내연기관 차량 대비 200kg 가량 더 무겁기 때문에 전기차에 있어 ‘경량화’는 필수 과제다. 하지만 무턱대고 차체를 가볍게만 만들 수도 없는 일. 탑승자의 안전을 위해 가벼우면서도 튼튼한 차체를 개발하는 게 중요하다. 차체는 차량 사고 시 충격을 흡수, 분산하여 탑승자의 안전을 지켜주고 전기차의 경우 배터리 파손을 방지하는 역할을 하기 때문이다.

이에 포스코는 ‘기가스틸’을 사용한 포스코 고유 전기차 차체 솔루션인 PBC-EV(Posco Body Concept for Electric Vehicle)를 개발했다. PBC-EV는 기가스틸을 45% 이상 적용하여 기존 동일 크기의 내연기관 차량 대비 약 30%의 경량화를 달성했다. 기가스틸은 최근 자동차 차체 적용이 증가하고 있는 알루미늄보다 3배 이상 강하며, 1mm² 면적 당 100kg 이상의 무게를 견딜 수 있다.

e Autopos 차체 솔루션에는 포스코의 첨단 강종이 다수 포함되어 있다. 외부 충격 시 승객 및 배터리 공간은 변형이 되지 않도록 설계되어야 하고, 전방의 구동모터 공간, 후방의 트렁크 공간, 측면 공간 또한 충분한 충돌 에너지를 흡수하도록 설계되어야 하기 때문이다.

차량 전방의 충격을 흡수하는 프론트 사이드 멤버(Front Side Member)에는 기가스틸급 인장강도^*와 우수한 연신율^**을 가진 980XF를, 전방보다 공간이 좁은 측면에서 충격을 흡수해야 하는 사이드 실 이너 레인프(Side Sill Inner Reinf)에는 강도와 연신율이 좀 더 높은 1180TRIP강을 적용했다.

충돌 시 전·후방 및 측면에서 흡수되고 남은 에너지는 차량 내부의 승객과 배터리 공간으로 전달되는데, 이를 막아주는 역할을 수행하는 강재의 선정도 중요하다. 기본적으로 충돌 부위에 사용되는 강재보다 강도가 높아야 한다.

즉, 프론트 사이드 멤버에서 흡수되고 남은 에너지는 익스텐션 멤버 프론트 사이드 아우터 리어(Extension Member Front Side Outer Rear)로 전달되고 이 부품은 변형이 되지 않고 버텨줘야 한다. 이에 상대적으로 형상이 복잡하므로 900℃ 정도의 고온에서 강판을 가열 후 금형에서 냉각하면서 성형하는 1.5GPa급의 1500HPF를 적용해 성형성과 충돌 내충돌성을 동시에 확보하였다.

차량의 충돌 시 차체의 변형을 억제해 탑승자를 보호하는 대쉬 크로스 멤버 아우터(Dash Outer Cross Member Outer)와 시트 크로스 멤버(Seat Cross Member)에는 1500MPa의 높은 인장강도를 갖는 1500MART를 적용해 차체 변형을 최대한 방지했다.

l 친환경차 섀시도 e Autopos가 책임집니다

▲ 전기자동차 섀시 구조

이번엔 자동차의 기본인 주행기능을 담당하는 ‘섀시’ 부분을 꼼꼼히 들여다볼 차례! 차체의 바닥부에 연결된 섀시의 역할은 크게 주행과 충격 흡수 두 가지다. 섀시는 차량이 달리는 데 필요한 최소한의 기계 장치인 현가장치(Suspension), 허브베어링(Hub Bearing) 그리고 노면의 충격을 흡수하는 현가스프링(Suspension Spring), 쇼크업소버(Shock Absorber) 등으로 구성된다.

e Autopos 차체 솔루션에서 소개한 기가스틸은 현가장치에도 동일하게 적용된다. 포스코는 기가스틸을 적용해 더 가볍고, 더 오래 사용할 수 있는 현가장치를 개발했다. 자동차 휠에 장착되어 바퀴가 회전하도록 도와주는 허브 베어링에는 포스코의 베어링강이 쓰인다. 포스코 베어링강은 탑승자의 안전과 직결되는 바퀴에 사용되는 부품이기 때문에 가장 엄격하게 품질이 관리되며 마모, 균열, 변형에 강하다는 특징이 있다.

e Autopos의 솔루션이 적용된 타이어는 웬만해선 펑크가 나지 않는다. 포스코 타이어코드 선재가 적용되어 있기 때문! 타이어코드는 차량의 무게를 지탱하고 타이어 모양을 유지할 뿐 아니라 타이어 수명을 늘여주는 강선으로 포스코의 타이어코드 선재는 고강도탄소로 가공성이 우수하고 강도가 높아 경량화 및 주행 안정성이 탁월하다.

노면에서 전달되는 충격이나 떨림을 최소화해 편안한 승차감을 책임지는 현가스프링에는 포스코의 스프링강이, 쇼크업소버에는 포스코의 기계구조용 탄소강이 적용된다. 특히 포스코 스프링강은 일반적인 스프링강보다 강도가 200MPa 이상 높으면서도, 스프링 강선이 감긴 횟수가 적어 15%가량 가벼워 경량화에 제격이다. 친환경차 섀시 구석구석에도 e Autopos의 솔루션이 적용되어 있군!

오늘의 언박싱은 여기까지! 포스코의 e Autopos 솔루션이 적용된 가볍고 튼튼한 차체와 섀시는 에너지 소모량을 최소화해 깨끗한 지구를 만드는 데 도움이 된다는 사실. 탑승자의 안전을 더 확실하게 확보해 주는 것은 물론이다. 50여 년 갈고닦은 기술력과 노하우를 토대로 전 세계 Top 자동차사에 자동차 강판을 공급하는 ‘글로벌 Top 자동차 소재 제조사’ 포스코의 활약을 기대하시라.

다음 편에는 내연기관차의 엔진에 해당하는 구동모터에 적용된 e Autopos 솔루션을 열어보도록 하겠다!

인류 최고의 발명품으로 손꼽히는 자동차. 최근 세계적으로 환경규제가 강화되면서 자동차 산업에서도 친환경 바람이 불고 있다.

유럽에 이어 중국, 일본 등 내연기관차 퇴출 움직임이 가속화되면서, 전문가들은 전기차, 수소차 등 전 세계 친환경차의 한해 생산량이 2020년 600만대에서 2030년 3,900만대로 증가할 것으로 전망하고 있다.

다가올 그린모빌리티 전성시대를 대비해 자동차사들의 대안은 잘 알다시피 전기차 또는 수소연료전지차 개발. 그럼 자동차 시장 패러다임 변화 흐름에 발맞춰 포스코는? 물론, 다 계획이 있다. 그린모빌리티 통합브랜드 ‘e Autopos’로 대응한다!

l 포스코는 계획이 다 있구나!

그린모빌리티는 자동차 업계만의 고민이 아니다. 철강업계 또한 엔진이 아닌 이차전지 또는 수소연료전지를 동력으로 움직이는 친환경차 특성에 맞는 소재를 개발해야 한다.

50여 년 국내뿐만 아니라 아시아, 미주, 유럽 등 전 세계 Top 자동차사에 자동차 강판을 공급하는 ‘글로벌 Top 자동차 소재 제조사’ 포스코는 과연 친환경차용 소재와 어떤 인연을 맺고 있을까?

포스코는 차체, 섀시와 배터리팩을 위한 초고강도 철강제품인 기가스틸을, 전기차의 핵심부품인 구동모터는 고효율 Hyper NO 전기강판을, 그리고 전기전도성이 높으면서 내식성과 내구성이 강해야 하는 수소차 연료전지 금속분리판에는 Poss470FC 스테인리스강판 등 이미 다양한 솔루션을 개발해 공급하고 있다.

이뿐만이 아니다. 포스코는 포스코케미칼과 함께 국내 유일하게 리튬, 니켈, 흑연 등 원료부터 양극재와 음극재까지 전기차 심장인 이차전지의 소재를 일괄 공급할 수 있는 체제를 갖추고 있다.

자동차용 소재를 공급한다는 것은 자동차를 그만큼 잘 알지 못하면 할 수 없는 일. 50여 년 동안 기술력과 노하우를 축적하고 글로벌 파트너십을 강건하게 구축하고 있는 포스코야말로 그린모빌리티 시대의 준비된 플레이어다. ‘e Autopos’는 이 같은 포스코의 역량을 증명하는 브랜드가 될 것이다.

l 포스코만의 그린모빌리티 브랜드 ‘e Autopos’

포스코가 27일 본격 성장하는 친환경차 시장을 선점하기 위해 친환경차 제품 솔루션 통합브랜드 ‘e Autopos’를 선보였다.

‘e Autopos’는 친환경의 eco-friendly, 전동화 솔루션의 electrified AUTOmotive Solution of POSco을 결합한 합성어로, 친환경성, 협업 시너지, 미래 지향을 담은 혁신을 통해 친환경차 시장을 선도하겠다는 의미가 담겨있다.

앞서 얘기했듯이, 주요 솔루션으로 차체·섀시용 고장력 강판, 배터리팩 전용 강재, 구동모터용 에너지 고효율 강판, 수소전기차용 금속분리판, 이차전지소재용 양극재와 음극재 등이 있으며, 포스코그룹에서는 포스코, 포스코케미칼, 포스코인터내셔널, 포스코SPS 등이 함께하고 있다. 포스코그룹은 그룹 차원에서 역량을 결집해 친환경차용 철강 및 이차전지소재 제품과 이를 활용하는 고객 맞춤형 이용 솔루션까지 함께 패키지로 제공할 방침이다.

포스코는 ‘e Autopos’ 론칭과 함께 “Drive Green Future, Together”란 슬로건을 내걸고 성장 가속이 예상되는 미래 친환경차 시장을 파트너사와 함께 개척해 나갈 계획이며, 글로벌 친환경차 고객에게 효과적으로 제품과 솔루션을 공급하고 만족도를 높이기 위해 판매 인프라 또한 체계적으로 구축할 계획이다.

뉴스룸에서는 포스코의 기술력으로 만들어진 차체/섀시 강판, 구동모터용 에너지 고효율 강판, 배터리팩 강재 및 배터리용 소재, 수소연료전지 분리판 등 그린모빌리티를 선도할 ‘e Autopos’ 솔루션을 차례로 소개할 예정이다.

국내 한 증권사 보고서에 따르면, EU의 ‘20년 2분기 전기차 판매량은 전년 동기 대비 33% 늘어난 것으로 나타났으며, 우리나라의 경우도 ‘20년 상반기 전기차 판매대수가 2만 2267대로 집계되어 작년 대비 판매량이 23% 증가했다.

코로나 팬데믹으로 지역별 락다운 조치가 취해지는 상황에서도 글로벌 전기차 산업은 완성차 기업들까지 본격적으로 뛰어들면서 더욱 폭발적으로 성장할 것이라는 게 중론이다. 시장조사기관인 SNE리서치에 따르면 ‘23년 배터리수요는 916GWh로 공급량 776GWh를 뛰어넘는다고 예상하고 있다.

l 포스코케미칼, 양극재·음극재 토털 솔루션을 제공하는 한국 유일의 2차전지 소재기업

이러한 자동차의 전동화(electrification)라는 흐름에 발맞춰 포스코그룹은 일찌감치 2차전지 소재사업에 뛰어들어 기술 리더십을 위해 매진하고 있다. 전기차 배터리를 구성하는 4대 주요 소재 중 양극재와 음극재를 동시에 생산중인 한국내 유일한 기업으로, 우수한 기술역량을 바탕으로 양극재·음극재 토탈 솔루션을 제공하고 있는 포스코케미칼이 그 선두에 있다.

전기차 성능 중 소비자가 가장 중요하게 생각하는 부분은 ‘주행거리’와 ‘충전시간’이다. 2차전지 핵심소재인 양극재의 경우 전기차 배터리 성능(용량)에 영향을 미치는 반면, 음극재는 배터리 수명과 충전시간에 영향을 미친다. 이에 따라, 포스코 그룹은 1회 충전시 주행거리 600km달성을 위해 에너지 밀도를 높이면서도 원가를 낮춰 경제성을 확보할 수 있는 High니켈 기반의 양극재 개발과 동시에 ‘10분 급속충전’을 위해 구조안정성이 높고 팽창성이 낮은 인조흑연 음극재 등 차세대 제품개발에 박차를 가하고 있다.

또한 타이트한 시장 수급상황에 대응해 포스코케미칼은 2차전지 소재 생산능력 확장에도 박차를 가하고 있다. 포스코케미칼은 2018년 8월부터 광양 율촌산업단지에 대규모의 High니켈 양극재 생산단지를 조성 중으로, 차세대 배터리 소재인 NCMA(니켈-코발트-망간-알루미늄) 양극재 투자 확대를 통해 新Mobility시대를 준비하고 있다.

l 이차전지 소재의 핵심인 양극재 생산라인 확장에 박차

양극재는 음극재, 분리막, 전해액 등과 함께 배터리의 4대 소재로 꼽히는데 이중 핵심은 양극재다. 전체 배터리 생산원가에서 양극재가 차지하는 비중만 30~40% 수준이다. 올 초 유럽의 경우 영국의 재규어, 독일의 아우디 등이 양극재 부족으로 배터리 공급을 받지 못해 전기차 생산을 일시 중단하기도 했다.

포스코케미칼은 지난 5월 2단계 2만 5천톤 규모 양극재 생산라인 확장 준공에 이어 3개월만에 차세대 양극재인 NCMA 생산라인 투자를 발표했다.  2,895억 원을 투자해 광양공장에 연산 3만 톤 규모의 NCMA 양극재 생산라인 증설예정. 지난 8월 31일 착공식을 통해 오는 2022년 가동을 목표로 하고 있다. 증설이 완료되면 포스코케미칼의 양극재 생산능력은 現 4.4만t에서 7.4만t으로 늘어날 전망이다. 이는 60킬로와트시(kWh) 용량 전기차배터리 약 84만대에 탑재 가능한 규모다.

High니켈 양극재는 3원계 소재(NCM, NCA)로 니켈 함량을 높이면서 값비싼 코발트는 상대적으로줄이는 연구가 진행되어 왔다. 최근에는 니켈 함량이 80%를 넘어가면서 안전성, 출력 특성 확보를 위해 4원계소재 NCMA가 개발되고 있다. 포스코의 NCMA양극재는 용량과 수명이 우수한 NCM(니켈-코발트-망간)과 출력이 우수한 NCA(니켈-코발트-알루미늄)의 특성을 모두 가지고 있는 차세대 소재다.

▲ NCM은 배터리 용량과 수명이 우수한 반면, NCA는 출력이 우수하다. 니켈 함량이 80%를 넘어가면서 충•방전시 결정구조가 불안정하여 수명이 저하되기 쉽다. 이에 포스코는 NCM에 Al을 첨가하여 수명 및 출력 특성을 개선 중이다.

NCM에 알루미늄(AI)을 첨가하여, 니켈이 가지고 있는 불안정성을 줄이며, 배터리 수명을 증가시켰다. NCMA 양극재는 1회 충전 시 600킬로미터(km) 이상 주행 가능한 3세대 전기차 배터리에 활용될 전망이다.

l 이차전지소재연구센터 구축과 원료투자

또한, 포스코-포스코케미칼-RIST 3사는 R&D 역량 및 인프라 결집을 통해, 지난해 6월 이차전지소재연구센터를 개관하였다. 이곳에서는 차세대 양극재, 음극재 제품개발과 포스코그룹의 2차전지 소재 원가경쟁력을 높일 수 있는 신공정을 연구하고 있다. 또한, 배터리 전문기업과 동일한 수준의 2차전지 성능평가 인프라를 구축하여, 자체 생산한 양극재·음극재로 구성된 전지를 만든 뒤, 고객들의 요구에 맞춰 다양한 평가를 수행할 수 있게 되었다.

▲ 지난 6월 포스코-포스코케미칼-RIST 3사의 R&D 역량 및 인프라 결집을 통해 개관한 이차전지소재연구센터

한편, 포스코그룹은 양·음극재 원료의 안정적인 수급을 통한 사업성 제고를 위해, 원료투자에도 적극적으로 나서고 있다. 향후 2차전지 소재 원료 광물의 가격상승이 예상되는 가운데, 우리나라는 전량 수입에 의존하고 있어 안정적인 원료 확보가 필수적이다.

그동안 철광석, 석탄, 니켈 등 제철 공정에 필요한 수많은 원료와 부원료를 다뤄본 경험을 바탕으로, 해외자원개발과 투자를 통해, 양극재 원료인 리튬 외에도 양·음극재 value chain상의 여러 원료 투자를 계획 중이다. 포스코그룹은 이를 바탕으로 2차전지 소재사업을 2030년까지 세계 시장점유율 20%, 매출액 22조원 규모의 그룹 대표사업으로 육성할 계획이다.

▲ 포스코케미칼 양극재 공장 전경

※ 아래는 RIST(포항산업과학연구원)에서 양극재 제품 개발 총괄을 맡고 있는 남상철 양극재 연구그룹 수석연구원을 만나 나눈 포스코그룹 양극재에 대한 이야기

1. 포스코가 왜 양극재 시장을 빨리 선점해야 되는지?

→ 양극재는 리튬 2차전지의 소재들 중에서 그 시장 규모가 전체 소재 시장의 40% 가량을 차지할 뿐만 아니라 기술적 파급력 면에서 다른 그 어떤 소재보다도 높은 중요도를 가지고 있습니다. 또한 포스코가 강점을 지니고 있는 리튬, 니켈 등의 금속들이 벨류체인 상 핵심 원료이기 때문에 포스코가 다른 경쟁사들보다도 빠르게 선진사 수준에 도달할 수 있는 기회를 가질 수 있습니다.

2. 연구하는데 어려운점은?

→ 일반 commodity 제품은 KS규격과 같은 특정표준에 맞는 제품을 개발하면 다수의 고객사들에게 제품을 공급할 수 있지만, 양극재는 전지社들마다 고유의 기술노하우를 반영하여 전지를 설계하기 때문에 고객별로 요구하는 양극재 스펙이 상이합니다. 한정된 기간 내에 다양한 고객사별 맞춤형 제품을 개발해야 한다는 점이 있습니다. 전지社들과 소재 개발 초기 단계에서부터 더 밀착하여 협업을 추진해 나갈 계획입니다.

3. 포스코만의 기술적 우위(경쟁사 대비)나 목표가 있다면?

→ 고성능 양극재라 부르는 하이니켈 NCM 및 NCMA 기술에 있어서는 업계 선도 수준에 있다고 자부합니다. 양극재 기술역량을 계속 강화하여 모든 사람들이 양극재하면 포스코를 떠올릴 수 있도록 만드는 것이 목표입니다.

4. NCMA 양극재 개발 동향과 향후 계획은?

→ 전기차 주행거리를 향상시키기 위해 배터리 용량을 높여야 하는데, 이를 위해 양극재는 니켈 함량을 높여야 합니다. 그러나, 니켈 함량이 일정 수준이상으로 높아지면 소재의 안정성이 저하되기 때문에 최근에는 NCM양극재에 Al(알루미늄)을 첨가한 NCMA 양극재를 개발하여 고용량과 고안전성을 동시에 구현하고 있습니다. 포스코는 니켈 함량 80%이상 NCMA 양극재 기술을 이미 확보하였고, NCMA소재가 향후 고성능 전기차용 양극재로 자리매김할 것에 대비하여 지속적인 성능 개선 연구를 진행할 계획입니다.

‘제2의 반도체’라고 불리며 대한민국의 미래 먹거리로 각광받고 있는 전기차 배터리산업! 그 핵심소재인 양극재 시장의 주도권을 잡기 위해 포스코그룹은 오늘도 빠르게 움직이고 있다.

2차전지, 배터리 관련 문의가 들어오는 이곳은 포스코 이차전지 소재사업실… 전기차 공급용 2차전지 관련 관심이 엄청난 요즘, 포스코 뉴스룸이 담당자를 직접 찾아가 설명을 들어보았다.

포스코케미칼이 전기차 배터리 핵심소재인 인조흑연 음극재 공장을 착공했다고 들었는데요, 이게 어떤 건지 또 포스코그룹에게 어떤 의미를 가지는지 설명 부탁드립니다!

l 인조흑연 음극재 공장 착공

네, 포스코케미칼은 7월 2일 포항시 동해면에서 인조흑연 음극재 생산공장 착공식을 가졌어요.

인조흑연 음극재 공장은 포항시 블루밸리국가산업단지 내 서울 상암 축구장의 약 11배 규모인 78,535㎡ 부지에 2,189억 원을 투자해 건립되는데요, 2023년 완공을 목표로 연산 1만 6천 톤 규모의 공장 조성할 예정이에요.

1만 6천 톤 규모가 감이 안 잡히죠? 간단하게 설명드리면, 전기차 1대 기준으로 필요한 음극재 양이 약 38kg인데요, 그렇게 본다면 음극재 1만 6천 톤은 50kWh 기준 전기차 약 36만 대에 공급할 수 있는 엄청난 양이라고 할 수 있죠.

l 인조흑연과 천연흑연의 차이

음극재는 배터리 핵심소재 중 하나인데, 원료에 따라 인조흑연계와 천연흑연계로 나뉘어요. 인조흑연 음극재는 고온의 제조 공정에서 결정성을 높일 수 있어 천연흑연 제품에 비해 내부 구조가 균일하고 안정적이기까지 하죠. 이런 특성으로 전기차 배터리에 필수적인 긴 수명과 급속충전에 장점이 있어요.

음극재의 생산과정을 보면, 먼저 포스코에서 코크스 제조 시 발생하는 콜타르를 공급해요, 그다음 포스코케미칼 자회사 피엠씨텍(PMCTECH)에서 콜타르를 가공해 인조흑연의 원료인 침상코크스로 만들어요.

그 침상코크스를 아래와 같은 흑연화 공정을 거치게 되면, 배터리의 소재인 인조흑연이 완성돼요.

침상코크스를 적정한 사이즈로 갈아낸 후, 원하는 상태로 뭉쳐내면 음극재로서의 기본 형상이 만들어집니다. 이 탄소 덩어리를 3,000℃ 이상의 고온에서 가열하면 전기차 배터리에 사용되는 인조흑연 음극재가 완성돼요.

천연흑연은 땅속에서 탄소 성분이 오랜 시간 고온/고압 상태로 층층이 쌓인 판상형 형태를 띕니다. 판상형 사이의 틈으로 리튬 이온이 이동하면서, 전류가 흐르게 되는 거예요. 하지만 천연흑연은 전류의 이동경로가 양옆 두 곳 밖에 없어서, 충·방전 효율이 떨어져요. 그리고 배터리를 계속 사용하면 층이 벌어져서 부풀게 되기도 하죠. 이게 배터리 스웰링 현상이에요.

하지만 인조흑연은 위의 그림에서 볼 수 있듯이 리튬 이온의 이동 경로가 많아서, 효율이 높아 급속충전에 유리하고, 등방형 구조의 안정적인 상태이기 때문에, 천연흑연에 비해 상대적으로 스웰링이 적고 배터리 수명을 늘릴 수 있어요.

l 음극재 인조흑연 국산화

지금까지 일본과 중국 등에서 전량 수입해왔던 인조흑연 음극재가 국산화되면서, 국내 배터리 산업의 경쟁력도 크게 높아지게 되었어요. 포스코케미칼은 인조흑연 원료인 침상코크스도 자회사 피엠씨텍을 통해 생산하면서 원료부터 공정까지 완전한 국산화를 이뤘어요. 안정적인 원료 공급이 가능할 뿐 아니라, 탄소소재 사업 밸류체인을 고도화하고 부가가치도 극대화할 수 있게 되었죠.

이번 사업 진출은 퀀텀 점프(Quantum Jump)라 불릴 만한 전기차 시장의 성장세에 적극 대응할 수 있는 기반을 구축했다는 데에도 큰 의미가 있어요. 포스코케미칼은 하이니켈 양극재, 천연흑연 음극재에 이어 인조흑연 음극재까지 포트폴리오를 확대하며 이차전지 종합 소재사로서의 시장 지위를 더욱 강화할 수 있게 됐어요.

코로나19 등으로 글로벌 경제 불확실성이 높아진 상황에서도, 포스코 그룹 차원에서 신성장 동력으로 추진해 온 이차전지 소재사업의 연구 개발과 선제적 투자로 미래 성장을 이어갈 수 있게 되었다는 평가를 받아요

포스코케미칼은 향후에도 이차전지 소재연구센터를 통해 차세대 기술 개발을 가속화해 미래 수요에 대비해 나갈 계획이예요. 뿐만 아니라, 2023년 국내 연산 기준으로 천연흑연 음극재 10만 5천 톤, 인조흑연 음극재 1만 6천 톤, 양극재 9만 톤까지 증설 투자를 지속적으로 확대해 글로벌 점유율을 높이고 성장을 지속해 나간다는 계획이에요.

미래 자동차 시장을 재편할 것으로 기대되는 전기차를 중심으로 자동차 강판부터 전기차 핵심인 2차전지 소재 공급까지 앞으로 더 성장할 포스코의 활약을 많이 많이 기대해 주세요.

STEEL Talk에서는 STEEL(철강)은 물론 Science, Technology, Energy, Environment and Life에 대한 궁금증과 호기심을 재미있는 이야기로 풀어드립니다.

우리 친구, 환경을 생각하는 마음이 너무 예쁘네요! 선생님 말씀처럼 전기차와 수소차는 대표적인 친환경 자동차에요. 가솔린이나 LPG와 같은 화석연료를 쓰는 자동차와 달리 전기차와 수소연료전지차는 전기 에너지를 동력으로 하기 때문에 차에서 대기오염 물질이 배출되지 않는답니다.

잠깐, 전기차와 수소차 모두 전기 에너지로 달린다고요? 맞아요. 다른 점이 있다면, 전기차는 전기를 외부에서 충전해 사용하고 수소차는 수소를 충전해 차 속에서 스스로 전기를 만들어 쓴다는 점이에요. 전기차와 수소차는 전기 에너지로 달리는 친환경 자동차라는 것 외에 공통점이 하나 더 있는데요. 바로, 포스코의 소재와 기술이 들어간다는 사실!

그럼 전기차가 도로 위를 쌩쌩 달리는 데 포스코가 어떤 도움을 줬는지 함께 알아볼까요?

첫째, 전기차의 구동모터에 에너지 효율이 높은 포스코의 전기강판이 쓰이고 있어요. 전기차는 전기를 충전해 → 배터리에 축적된 전기로 → 모터를 회전시켜 구동 에너지를 얻는데요. 전기차의 구동모터는 일반 차의 엔진, 사람으로 따지면 심장과 같은 역할을 합니다. 전기를 적게 쓰면서 모터를 많이 회전시킬 수 있다면 너무 좋겠죠? 포스코의 Hyper NO 전기강판이 있다면 가능해요. 포스코 Hyper NO는 전기에너지가 회전 에너지로 바뀌는 과정에서 발생하는 에너지 손실을 최소화하고, 효율성을 높일 수 있도록 개발됐어요. 0.15mm 두께까지 아주 얇게 만들 수 있어 기존 전기강판 대비 에너지 손실이 30% 이상 낮은 고효율 전기강판이랍니다.

둘째, 전기차의 가볍고 튼튼한 차체와 충격 흡수 장치, 배터리 팩에는 가볍고 튼튼한 포스코의 기가스틸이 쓰인답니다. 기가스틸은 10원짜리 동전만한 크기에 25톤의 무게를 견딜 수 있을 만큼 단단한데요. 자동차 차체로 흔히 쓰이는 알루미늄보다 3배 이상 얇고, 3배 이상 튼튼합니다. 기가스틸로 전기차를 만들면 사고 시 충격을 완화시켜 탑승자의 안전을 지킬 수 있어요. 또한 차의 무게가 가벼워져 운전 시 에너지 소모량을 최소화하여 깨끗한 지구를 만드는 데 도움이 됩니다.

셋째, 전기차 배터리에서도 포스코의 기술력을 찾을 수 있어요. 전기차 배터리는 한번 쓰고 버리는 1차 전지가 아니라, 계속 충전해서 사용할 수 있는 2차 전지인데요. 포스코그룹은 2차 전지의 핵심 소재인 양극재, 음극재를 모두 생산하고 있답니다.

다음은 수소차 차례! 수소차는 이름 그대로 수소를 연료로 하는 전기 자동차입니다. 수소차도 전기차이지만, 전기를 충전하지 않아요. 왜냐하면 수소차 속에 ‘연료전지’가 들어 있어서 이곳에서 전기를 만들어 내기 때문이죠! 그렇다면 수소차에는 포스코의 어떤 기술력이 들어있을까요?

수소차의 전기를 만들어 내는 연료전지 안에 바로 포스코의 놀라운 기술력이 숨어있어요. 수소와 산소가 만나면 물이 되는 건 다 아시죠?(2H₂+O₂=2H₂O) 연료전지는 자동차에 주입된 수소를 산소와 화학반응시켜 전기를 만들어 내는데요, 이때 연료전지 안에 있는 금속분리판이 포스코의 스테인리스 스틸로 만들어졌답니다. 포스코의 금속분리판은 전기전도성이 높으면서도 내식성과 내구성이 강해서, 습한 환경이나 외부 충격에도 잘 견딜 수 있어요. 이 금속분리판의 이름은 Poss470FC. 포스코가 13년 동안 연구해서 발명한 소재라니 정말 대단하죠?

전기차와 수소차를 만드는데 포스코 스틸이 이렇게 멋진 역할을 하고 있었다니 놀랍네요~ 친환경 모빌리티 시대에 솔루션을 주는 포스코 스틸! 스틸은 깨끗한 지구를 만드는 데 없어서는 안 될 아주 중요한 미래 소재랍니다.