연간 전기차 100만대분 양극재 생산..글로벌 車업체들 줄섰다

[신년기획 - 미래 선점 나선 기업들]
③배터리 - 포스코케미칼 광양 양극재 공장
연산 9만t 배터리 소재 쏟아져…단일 세계 최대 규모
전 공정 '무인화' 생산성↑…에어슈팅으로 원료 쏜다
'풀 밸류체인 클러스터' 조성…"글로벌 기지로 확대"

고금리·고물가 등에 따른 경기침체의 파고를 넘기 위해 우리 기업들은 기존 사업 포트폴리오를 벗어나 우주항공, 배티러 등 미래 산업에 역점을 두고 있다. 초격차 기술로 글로벌 우위 선점에 나선 기업들의 고군분투하는 현장을 찾아 현재와 미래를 살펴봤다. [편집자주]

■글 싣는 순서 ①우주항공 ②바이오 ③배터리 ④미래모빌리티(AAM)

[이데일리 김은경 기자] 전남 광양역에서 차로 10분 정도 달리다 보면 이순신 대교가 우뚝 선 광양만을 오른쪽에 낀 널따란 공장 부지가 눈에 들어오기 시작한다. 단일 기준 ‘세계 최대 규모’라는 수식어가 납득되는 이곳은 포스코케미칼이 지난해 11월 종합 준공한 광양 양극재 공장이다. 부지 크기만 16만5203m²(약 5만평), 둘러볼수록 피파(FIFA) 정식 규격 축구경기장(7140m²) 약 23개를 합친 크기라는 게 실감 난다.

(그래픽=이미나 기자)

포스코케미칼(003670) 광양공장에서는 매일 수십, 수백톤(t)의 양극재가 쏟아져나온다. 시커먼 색의 이 가루는 언뜻 석탄처럼 보이지만 이차전지(배터리)의 구성 요소 중 하나로 리튬이온 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하는 중요한 역할을 한다. 배터리 생산원가의 40%를 차지해 산업 내 비중이 높으며 전기차 시장이 급격히 커지면서 중요도도 덩달아 높아지고 있다. 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 글로벌 양극재 시장 규모는 2021년 28조원에서 2030년 100조~130조원까지 폭발적으로 성장할 전망이다.

포스코케미칼이 광양공장을 종합 준공하면서 몸집을 키우고 생산능력을 확대한 이유다. 광양공장의 양극재 생산능력은 이번 종합 준공으로 초기 연산 3만t에서 9만t으로 확대됐다. 9만t을 환산하면 60킬로와트시(Wh)의 배터리를 탑재한 고급 전기차 약 100만대를 생산할 수 있는 규모다. 1kWh 배터리당 필요한 양극재는 약 1.6kg, 60kWh 배터리에 필요한 양극재는 약 96kg에 해당한다.

포스코그룹 역량 총집결…‘스마트팩토리’ 변모

지난달 27일 광양공장 현장을 총괄하는 김상무 공장장은 “광양공장은 그동안 모든 면에서 단계적으로 발전했고 직원들과 함께 성장해 왔다. 배터리소재 사업의 상징과 같은 곳에서 근무한다는 자부심을 느끼면서 최선을 다하고 있다”며 달라진 공장의 모습을 소개했다. 그는 광양공장의 1단계 준공부터 최근 종합 준공까지 전 과정을 함께 했다.

김 공장장은 “연 9만t의 양극재를 생산하는 공장의 생산성과 업무 효율성, 공정 간 연계성 등을 극대화하고 최고 품질의 하이니켈 양극재를 생산하는 것은 결코 쉬운 일이 아니었다”며 “글로벌 탑티어 배터리소재 기업으로 도약하는 포스코케미칼의 업력과 끊임없는 연구개발(R&D) 투자, 임직원들의 전문성과 노력이 있었기에 가능했다”고 회고했다.

광양공장은 총 4단계에 걸쳐 종합 준공됐다. 증설 과정에서 포스코케미칼이 축적한 노하우와 기술력, 포스코그룹의 제조·건설·정보통신기술(ICT) 역량을 총집결했다. 이곳은 ‘단 1건의 안전사고도 없이 고품질의 제품을 효율적으로 생산하는 스마트팩토리’라는 모토를 내걸었다.

포스코케미칼의 전남 광양 양극재 공장 증설 과정.(자료=포스코케미칼)

실제 광양 공장에는 곳곳에 ‘사람’이 별로 보이지 않는다. 전 공정을 무인으로 운영하기 때문이다. 생산 현장에서 채취한 원료와 제품은 초당 5m 속도로 빠르게 이송할 수 있는 에어슈팅(공기 압력을 활용한 무인 이송 시스템) 기술로 바로 전달된다. 그 덕에 품질 점검과 개선 속도도 빨라졌다.

원료와 제품 창고 시스템도 모두 자동화했다. 공장 내에 상시 가동되고 있는 12대의 무인 운송 수단(AGV)은 개별 공정 간 연계성과 생산 효율성을 높이는 데 핵심 역할을 한다. 통합관제센터에서 모든 공정 프로세스가 원활히 진행되도록 종합 관리하기 때문에 공정상의 오류 등 이슈 발생 시 즉각적인 대처가 가능하다. 김 공장장은 “추가로 공장의 조업 안정성을 높이기 위해 현장 작업자 교육을 강화하고 설비 점검도 더욱 빈번하게 수행하고 있다”고 강조했다.

이처럼 공정 개선을 지속한 결과 1단계 착공 시와 비교해 라인당 생산량이 300% 증가했다. 공정 기술에서는 핵심 설비인 양극재 소성로(소재 생산을 위한 열처리 장비) 내 배열과 이송 방식을 개선해 기존 대비 생산성을 3배 높였다.

포스코케미칼의 전남 광양 양극재 공장 내 소성로에서 생산된 양극재.(사진=포스코케미칼)

‘배터리소재 순환경제 생태계’ 중점 구축

친환경 흐름에 맞게 관련 기술도 대거 도입했다. 공장 지붕과 주차장에는 약 1.3기가와트시(GWh)의 재생에너지를 생산할 수 있는 태양광 발전 설비를 설치했다. 오염물질 저감 설비를 설치하고 용수 재이용도 활성화하고 있다.

이곳에서 생산하는 양극재는 글로벌 완성차·배터리 기업들에 공급된다. 광양공장은 전기차 주행거리 증대를 위해 니켈 비중을 80% 이상 극대화한 하이니켈 양극재를 생산한다. 해당 제품은 지난해 7월 포스코케미칼과 글로벌 완성차 기업 제너럴모터스(GM) 간 체결한 13조7696억원 규모의 양극재 공급 계약에 따라 LG에너지솔루션과 GM의 배터리 합작사인 얼티엄셀즈에 공급할 예정이다.

김 공장장은 “양극재 광양공장의 종합 준공을 알리는 준공식 당일 큰 보람을 느꼈는데, 올해 광양공장에서 생산된 고성능 전기차용 하이니켈 양극재가 글로벌 고객사로 출하하는 그 순간 더욱더 큰 보람을 느낄 것 같다”고 소감을 밝혔다.

포스코케미칼의 전남 광양 양극재 공장 근무자가 에어슈팅 기술을 이용해 양극재 샘플 캡슐을 이송하고 있다.(사진=포스코케미칼)

포스코그룹은 광양공장 인근에 원료, 중간소재, 양극재까지 한 곳에서 생산할 수 있는 ‘배터리소재 풀 밸류체인 클러스터’를 조성하고 있다. 연 4만3000t의 수산화리튬을 생산하는 포스코필바라리튬솔루션, 폐배터리를 재활용해 리튬·니켈·코발트를 추출하는 포스코HY클린메탈을 건설 중이다. 중간소재 생산을 위해 연 4만5000t의 전구체 공장도 건설하는 등 그룹 차원의 원료 경쟁력을 한곳에 모으고 있다.

배터리소재 순환경제 생태계를 포스코케미칼 양극재 광양공장을 중심으로 구축한다는 구상이다. 이를 통해 안정적 원료 공급망을 바탕으로 사업 경쟁력을 강화하고 리튬·니켈 등 핵심 원료를 폐배터리 리사이클링을 통해서도 수급받을 수 있을 것으로 기대하고 있다.

전기차 고성능화, 배터리 케미스트리 다각화 흐름에 따라 광양공장에서 △하이니켈 단입자 양극재, △NCA 양극재(니켈 비중을 높인 소재) △에너지저장장치(ESS)용 양극재 등 더욱 다양한 성능의 제품을 생산해 글로벌 수요 다변화에도 대응할 방침이다.

궁극적으로 광양공장을 ‘모델 공장’ 삼아 북미·유럽·인도네시아 등에 양극재 생산기지를 구축하고 글로벌 배터리소재 시장 점유율을 확대해 나갈 계획이다. 김 공장장은 “광양공장이 이룩한 혁신과 양산 노하우 등이 앞으로 구축될 해외 생산기지에 효과적으로 이식돼 회사가 주요 전기차 권역 내 핵심 플레이어가 될 수 있도록 노력할 것”이라며 “인재 확보와 양성에도 주력해 직원들이 전 세계 각지에서 전문성을 발휘하고 꿈을 펼칠 수 있도록 돕겠다”고 말했다.

포스코케미칼의 전남 광양 양극재 공장 내 제품 자동화 창고.(사진=포스코케미칼)

김은경 (abcdek@edaily.co.kr)