[르포] 포스코퓨처엠 광양 양극재 공장, 글로벌 양산능력 확대 '모델 공장'

이차전지 소재 콤플렉스 구축 '풀밸류체인' 경쟁력 집약

▲포스코퓨처엠 광양 양극재공장 프레스투어ⓒ포스코퓨처엠

포스코그룹이 전남 율촌1산단에 '이차전지 소재 콤플렉스'를 구축하며 미래 모빌리티와 에너지 산업의 중심이 될 이차전지 소재 사업을 강화하고 있다.

'이차전지 소재 콤플렉스'는 광양시와 순천시, 여수시의 행정경계가 맞물려 있는 율촌1산업단지에 조성돼 있다. 이곳은 포스코퓨처엠을 중심으로 원료-소재-리사이클링이 이어지는 포스코그룹의 풀밸류체인(Full Value Chain) 경쟁력이 집약된 곳으로, 부지 면적은 약 53만 2000m²로 축구경기장 75개를 합친 것과 같은 크기다.

이곳에는 양극재를 생산해 글로벌 고객사에 납품하는 포스코퓨처엠, 리튬을 생산하는 포스코필바라리튬솔루션, 리사이클링 업체인 포스코HY클린메탈이 입주해 있다.

◇광양 양극재 공장, 세계 최대 규모…이차전지 소재 사업 강화

포스코퓨처엠이 지난 10일 프레스투어를 통해 공개한 포스코퓨처엠 광양 양극재 공장은 단일공장 기준 세계 최대규모인 연산 9만 톤(1공장 3만 톤·2공장 6만 톤)의 생산능력을 갖추고 있다. 양극재 9만 톤은 60kWh의 배터리를 탑재한 고급 전기차 약 100만대를 생산할 수 있는 양이다.

광양 양극재 공장은 반도체 수준으로 외부 이물질 유입 차단에 신경을 쓰고 있었다. 공장으로 입장하기 위해서는 폭염의 날씨에도 안전모, 마스크는 물론 신발과 안전모에 별도의 커버를 써야했다. 게다가 입구에서 10초 정도 에어샤워 장비를 통과한 후 공장 내부로 들어갈 수 있다.

양극재 공장은 니켈, 코발트, 망간 등 양극재 구성 물질로 만들어진 전구체에 배터리의 핵심 물질인 리튬을 화학적으로 혼합하는 소성 공정이 핵심이다.

소성은 700도에서 900도 사이의 열을 통해 서로 다른 물질을 섞는 작업으로, 양극재 물질이 운반용기인 사가에 담겨 3단 4열씩 소성로 입구로 이동하고 있었다. 이러한 소성 공정은 22시간 동안 진행된다고 한다.

총 13개 생산라인을 갖춘 광양 양극재 공장은 원료·제품 창고 자동화 시스템을 구축하고 AGV(무인 운송 수단)를 가동해 개별 공정 간 연계성 및 생산 효율성을 높였다. 또 생산 현장에서 채취한 제품 샘플 캡슐을 초당 5m 속도로 빠르게 품질분석실로 이송시킬 수 있는 에어슈팅(공기 압력을 활용한 무인 이송 시스템) 기술을 도입해 상시 품질 점검을 하고 있다.

광양 양극재 공장은 실시간 조업정보 자동 수집 및 분석 가능한 통합관제센터를 운영해 공정상 오류에 대한 즉각 대처가 가능하다.

이 밖에도 자력 엔지니어링 역량을 바탕으로 양극재 소성로 등 핵심 공정을 혁신해 생산성을 지속 향상하고 있으며, 태양광 발전 설비(2864MWh)와 용수 재이용 설비를 설치해 탄소·폐수 배출 등 환경영향 저감을 위해서도 노력하고 있다.

▲포스코퓨처엠 광양 양극재 공장ⓒ포스코퓨처엠

광양 양극재 공장은 2019년 7월부터 2022년 11월까지 4단계에 걸쳐 종합 준공됐다. 이 공장은 △제품 포트폴리오 다각화 △그룹 원료 경쟁력 △스마트팩토리 및 공정기술을 바탕으로 포스코퓨처엠의 글로벌 양산능력 확대를 위한 '모델공장'으로 활용되고 있다.

이곳에서는 다양한 조성의 NCM, NCA, NCMA 양극재를 생산하고 있다. 지난해 3월에는 국내 최초로 하이니켈 NCMA 단결정 양극재 양산을 시작했다.

하이니켈 NCMA 단결정 양극재는 핵심원료인 니켈(N)·코발트(C)·망간(M)·알루미늄(A)을 하나의 결정 형태로 결합해, 에너지밀도를 높여 주행거리를 늘리고 열안정성과 수명도 함께 향상시키는 고부가가치 제품으로 전기차 고성능화 트렌드에 맞춰 수요가 빠르게 증가하고 있다.

포스코퓨처엠은 올해 2월 광양 양극재 공장 인근 부지에 연산 5만 2500톤 규모의 하이니켈 NCA 단결정 양극재 전용 공장도 착공해 2025년 상반기 준공 예정이다.

포스코퓨처엠은 시장요구에 따라 LFP 양극재를 비롯해 코발트프리(Co-Free)·하이망간(Hi-Mn) 양극재 개발 및 양산도 추진할 계획이다.

포스코퓨처엠 관계자는 "현재 포스코퓨처엠은 양극재의 경우 광양(9만톤), 포항(3만톤), 구미(1만톤), 중국 절강포화 합작공장(2만5000톤)을 포함, 총 연산 15만 5000톤 생산체제를 갖추고 있다"며 "향후 광양, 포항, 캐나다 등 국내외 각지에서 양극재 공장 증설을 통해 2026년에는 39만 5000톤 생산능력을 갖출 예정"이라고 밝혔다.

◇세계 유일 이차전지소재사업 Full Value Chain…포스코퓨처엠 경쟁력 원천

포스코퓨처엠이 양극재 생산에 있어 가장 많은 비중을 차지하는 원료는 리튬으로, 양극재 1톤 생산에 약 0.475톤의 리튬이 필요하다. 따라서 연간 9만 톤의 양극재를 생산하는데 필요한 리튬의 양은 약 4만 3000톤이다.

포스코필바라리튬솔루션은 올해 중 총 연산 4만 3000톤 규모의 수산화리튬 생산능력을 갖출 예정으로, 이는 포스코퓨처엠 광양 양극재공장의 연간 리튬 수요량을 모두 충족할 수 있는 양이다.

양극재공장과 리튬공장 인근에 자리한 포스코HY클린메탈은 수명이 다한 배터리 뿐만 아니라 인근 양극재 및 배터리사의 제조공정에서 나오는 모든 스크랩을 원료로 해 리튬 등 이차전지소재의 원료가 되는 유가금속 자원 회수가 가능하다.

이렇게 회수한 자원은 같은 율촌산업단지 내 인접한 포스코퓨처엠 양극재 공장에 공급할 수 있어, 그룹 내 원료조달 경쟁력 강화에 기여할 수 있다.

즉 포스코필바라리튬솔루션에서 생산한 수산화리튬을 포스코퓨처엠에 공급하고, 포스코퓨처엠이 제작한 양극재는 배터리사를 거쳐 자동차사로 공급된다.

추후 배터리의 수명이 다하거나 배터리 제작 과정에서 공정스크랩이 발생하면 원료 금속을 회수해 또다시 양극재를 만드는데 활용하는, 친환경 자원 순환체계 (Closed loop)가 완성되는 것이다.

이처럼 포스코그룹은 리튬과 니켈로 대표되는 이차전지 소재 원료 확보에 이어 양/음극재까지 사업 분야별로 생산능력을 갖춰가면서 Full Value Chain을 보다 공고히 하고 있다.

향후 포스코홀딩스는 시장규모 확대에 따라 이차전지 공급망 내 원료 분야의 부가가치가 갈수록 높아질 것으로 예측하고 고수익 원료 분야를 중심으로 투자를 가속화할 계획이다.

특히 전기차 시장의 캐즘(시장의 일시적 침체기) 및 광물 가격의 하락 시기를 기회로 활용해 리튬 염호·광산 등 우량자산을 저가에 매수해 원료 공급망을 다변화해 나갈 예정이다.

▲양극재 소성 공정ⓒ포스코퓨처엠

[지정운 기자(=광양)(zzartsosa@hanmail.net)]