“검은 모래가 리튬으로...이차전지 소재 풀밸류체인 완성” [히든 스팟]

광양 포스코HY클린메탈 공장 르포
‘폐배터리 재활용’ 탄산리튬 핵심광물 추출
年생산량 2500t, 회수율 90.4% 세계수준
포스코퓨처엠등 이차전지 밸류체인 시너지

전남 광양시 율촌국가산업단지의 포스코HY클린메탈 공장에서 제품이 생산되고 있는 모습(위쪽)과 폐배터리 리사이클링 과정을 통해 생산된 제품들 [포스코홀딩스 제공]

“블랙파우더(이차전지 스크랩과 폐배터리를 분쇄해 만든 물질)는 새까만 흙 같지만 그건 다양한 광석이 함께 섞여 있기 때문이에요. 그걸 다 분리해주면 새로운 자원이 되는거죠.”

지난 25일 전남 광양시 율촌국가산업단지. 김지훈 포스코HY클린메탈 마케팅팀장이 제품 보관창고로 기자를 안내하면서 이렇게 말했다. 김 팀장의 안내로 들어간 창고에는 형형색색의 금속들이 진열돼 있었다. 순백색의 탄산리튬, 주황빛을 띠는 황산코발트와 에메랄드 빛의 황산니켈, 핑크빛의 황산망간 등이다.

김 팀장은 “마치 하나로 섞여 검게 된 물감을 떼어내면 형형색색의 다른 색깔이 나올 수 있는 것처럼 블랙파우더를 이처럼 다른 금속으로 나눌 수 있다”고 강조했다.

포스코그룹의 ‘이차전지 소재 풀밸류체인’ 구축의 마침표를 찍는 장소 중 한 곳인 광양 포스코HY클린메탈 공장을 찾았다. 폐배터리 리사이클링을 전문으로 하는 포스코HY클린메탈은 포스코홀딩스와 GS에너지가 합작한 포스코GS에코머티리얼즈와 중국 화유코발트사가 공동투자해 탄생했다. 지난해 7월 이곳에 공장을 설립했다.

현장에서는 이차전지 재사용 배터리(폐배터리)에서 나온 블랙파우더에서 금속을 뽑아내고, 다시 원료로 활용될 수 있도록 재활용이 빠르게 이뤄지고 있었다. 포스코홀딩스가 2022년 8월 폴란드에 설립한 PLSC 등 계열회사를 포함해 복수의 경로를 통해 폐배터리 원료를 수급받는다.

이를 통해 한 해 처리하는 블랙매스(공정스크랩 및 폐배터리를 파쇄해 선별채취한 검은색 분말)는 약 1만2000t으로 폐자동차 8만5000~10만대를 재활용 할 때 나오는 수준이다.

구체적인 공정은 침출과 추출, 결정화, 전지급 탄산리튬화 등 네 단계로 이뤄진다. 우선 침출은 원료공장에 입고된 블랙파우더를 황산에 녹이는 과정이다. 이 과정에서 구리, 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등 유가금속을 황산에 노출시키고, 섞이지 않은 철과 알루미늄은 분리가 이뤄진다.

포스코는 1단계와 2단계는 상온, 3단계는 산소고압 상태에서 총 3단계에 거쳐서 침출 작업을 진행하고 있다. 이중 3단계 산소고압 침출 공정을 실시하는 곳은 국내에서는 포스코HY클린메탈이 유일하다.

침출 공정을 거친 후, 밑으로 가라앉은 철과 알루미늄을 제거한 뒤에는 추출공정으로 넘어간다. 추출공정은 추출제와 황산침출액을 혼합해 구리, 망간, 코발트, 니켈 등 금속을 각각 용액별로 분리하는 과정이다. 우선 구리가 추출되고, 망간과 코발트, 니켈 순으로 추출이 이뤄진다. 이후에는 용액을 결정화하는 과정이다. 여기서 황산망간과 황산코발트, 황산니켈의 추출이 이뤄진다. 김 팀장은 “마치 바닷물에서 소금을 정제해 내는 것처럼 수분을 증발시키면서 각 금속의 결정을 뽑아내는 과정”이라고 설명했다.

그 후 남은 금속은 황산과 섞여 ‘황산리튬’ 용액상태로 존재하고 있는 리튬인데, 마지막 전지급 탄산리튬화 과정에서는 황산리튬용액을 탄산리튬으로 제품화하는 공정이 이뤄진다.

이렇게 생산되는 금속들은 비싼 가격에 포스코그룹 계열사와 협력사들에 전지소재로 판매가 이뤄지고 있다. 이를 통해 탄생하는 부가가치는 1t당 기준으로 각각 탄산리튬은 2000만원, 황산코발트는 700~800만원, 황산니켈은 500만원, 황산망간은 100만원 수준이다. 생산량으로 봤을 때는 가장 비싼 탄산리튬 기준 연간 생산량 약 2500t, 금속 회수율은 90.4%로 세계적인 수준이다.

포스코그룹은 율촌산업단지를 포함한 광양과 포항 일대에 이차전지 소재 풀밸류 체인을 구축하고 있다. 포스코HY클린메탈에 인접한 포스코필바라리튬솔루션에서는 이차전지 소재에 들어갈 수산화리튬이 생산되고, 인근 포스코퓨처엠 양극재공장에서는 양극재 생산이 이뤄진다. 포스코필바라리튬솔루션은 지난해 11월 1단계 공정을 마치고, 2단계 공정 공사가 진행되고 있다. 각 공장은 연산 2만1500t 규모로 동일한 규모의 2공장이 준공되면 포스코그룹은 광석리튬 기반 수산화리튬 연산 4만3000t 생산 체제를 갖추게 된다.

포스코그룹과 중국 CNGR이 지난 5월 손잡고 포항 영일만 4산업단지에 건설하기 시작한 이차전지용 니켈·전구체 합작공장도 2026년 준공을 목표로 하고 있다.

포스코그룹은 글로벌 정세 급변 속에서 미국의 인플레이션감축법(IRA), 유럽연합(EU) 핵심원자재법(CRMA) 등 권역별 규제정책에 유연하게 대응해 나가겠다는 계획이다. 포스코 관계자는 “탄탄한 핵심원료 공급망을 갖추고 시장의 변화에 유연하게 대응할 수 있는 역량을 선제적으로 구축해온 만큼 시장 변화에 잘 대응할 수 있을 것”이라고 강조했다. 광양=김성우 기자

zzz@heraldcorp.com