포스코그룹은 글로벌 경기 침체를 돌파하기 위해 초격차 기술 경쟁력과 미래를 여는 소재, 초일류를 향한 혁신의 비전으로 한 걸음씩 나아가고 있다.

전 세계적으로 전기차 시장 성장이 일시적으로 둔화되는 ‘캐즘’ 상황이 지속되고 있는 가운데 포스코그룹은 에너지소재 사업 경쟁력을 확보하기 위한 차별화된 혁신 기술 개발에 주목하고 있다. 국내에서 유일하게 전기차 배터리의 핵심 소재인 양·음극재를 동시에 생산하는 포스코퓨처엠이 그 중심에 있다.

이번 특집 기획에서는 포스코그룹의 양·음극재 기술 개발 로드맵과 원료-소재-리사이클링에 이르는 공급망 구축 성과를 통해 에너지소재 사업의 경쟁력 강화 전략을 알아본다.

미래 모빌리티의 중심은 기존의 내연기관에서 전기 모터로 옮겨가고 있다. 전기차로의 대 전환은 에너지를 담는 부품인 배터리의 혁신과 맞닿아 있다. 그리고 배터리의 세대교체는 핵심 소재인 양극재와 음극재의 발전이 이끌고 있다. 포스코퓨처엠은 더 멀리 이동하고, 더 빠르게 충전하고, 더 경제적인 전기차를 만들기 위한 핵심 소재, 차세대 양극재와 음극재 개발에 매진하고 있다.

▲포스코퓨처엠이 인터배터리2025에서 전기차 캐즘을 넘어서기 위한 양·음극재 기술 로드맵과 그룹 차원의 공급망 구축 성과를 알렸다. 포스코퓨처엠 부스에서 관람객들이 다양한 양·음극재 제품을 살펴보고 있다.

포스코퓨처엠은 더 멀리 이동하는 전기차를 만들 수 있도록 니켈 함량을 95% 이상으로 높여 에너지 밀도를 극대화한 울트라 하이니켈(Ultra Hi-Ni) 단결정 양극재 기술 개발을 추진 중이다. 단결정 양극재는 원료를 하나의 입자(single-crystal)로 결합해 배터리의 열안정성과 수명을 높이는 제품으로 주행거리 증대가 필요한 프리미엄급 전기차에 적용된다. 포스코퓨처엠은 2026년까지 이 제품의 양산기술을 확보할 계획이다. 또한 흑연계 음극재 대비 저장용량을 약 5배 높일 수 있는 실리콘음극재(Si-C)는 지난해 5월부터 데모플랜트를 가동했고 2027년 양산에 나설 계획이다.

포스코퓨처엠은 충전 속도를 높여 전기차 이용자들의 편의를 증대시키는 저팽창 천연흑연 음극재도 개발하고 있다. 포스코퓨처엠이 자체개발해 글로벌 자동차사에 공급하고 있는 이 제품은 소재구조를 판상형에서 등방형으로 개선해 리튬이온의 이동 속도를 높이고 부피팽창을 줄인 것으로, 성능개선을 위한 지속적인 연구개발을 통해 충전 시간을 기존 대비 30% 단축할 수 있는 제품을 2027년부터 양산할 계획이다.

▲원료, 양극재, 원통형 배터리 사진(왼쪽부터 리튬, 원통형 배터리, 니켈, 양극재, 코발트)

전기차 가격을 낮춰 대중화를 이끌 더 저렴한 소재로는 LFP(리튬인산철)외에도 LMR(리튬망간리치), LMFP(리튬망간인산철), 고전압 미드니켈 단결정 양극재 등의 개발도 추진 중이다. 특히 LMR 양극재는 니켈과 코발트의 비중은 낮추고 망간을 높여 가격 경쟁력과 성능을 높인 제품으로, 리사이클링 고려시 LFP와 가격은 유사한 수준이지만 에너지 밀도는 최대 30% 높일 수 있기 때문에 시장성이 있다. 퓨처엠은 올해 LMR양극재 양산기술을 확보한다는 목표다.

아울러 니켈 함량을 약 60%로 낮췄지만 고전압을 적용해 에너지 밀도를 높여 스탠다드급 전기차에 활용할 수 있는 고전압 미드니켈(Mid-Ni) 단결정 양극재도 함께 개발 중이다.

포스코그룹은 포스코홀딩스 미래기술연구원, 포항산업과학연구원(RIST), 포스텍 등 그룹 내 연구 인력과 인프라를 결집해 차세대 소재와 공정기술 개발도 추진하고 있다. 전고체전지의 핵심 소재로 전해액 누액에 따른 화재, 폭발 위험을 차단하는 고체전해질이 대표적이다. 포스코그룹은 전고체전지용 고체전해질 사업 경쟁력을 선점하고자 2022년 2월 디스플레이 소재·부품 전문 기업인 ㈜정관에 지분 40%를 투자해 포스코JK솔리드솔루션을 합작 설립하고, 연간 24톤의 황화물계 고체전해질을 생산할 수 있는 공장을 준공했다. 해외에서는 2006년 대만에서 설립된 전고체전지 제조 기업인 프롤로지움에 지분을 투자, 공동연구 협약을 맺고 고체전해질 및 고용량양극재, 실리콘음극재 등 차세대 소재 기술 개발을 확장해 나가고 있다.

추가적으로 황화물계 고체전해질 원가의 40% 이상을 차지하는 원료인 황화리튬 제조기술을 내재화하여 ’28년 상용화할 예정이다. 경쟁사의 고가 무수수산화리튬 및 고순도 황화수소를 사용하는 공정대비 리튬생산공정 중간물인 저가 황산리튬과 포스코퓨처엠의 폐미분을 원료로 사용해 높은 원가 경쟁력을 보유하고 있어, 고객사의 높은 관심을 받고 있다.

포스코그룹은 도심항공교통(UAM) 등 미래 모빌리티 소재로 주목받고 있는 리튬메탈 음극 기술 개발에도 나서고 있다. 리튬메탈 음극은 부피당, 무게당 에너지 밀도가 높아 배터리가 사용하는 공간을 줄일 수 있고, 경량화를 통해 전기차의 전비를 향상할 수 있다는 장점이 있어 차세대 음극재로 주목받는 소재다.

포스코홀딩스는 폭 600mm 이상의 대면적 제품을 제조할 수 있는 리튬메탈 음극 생산 파일럿 플랜트 설계를 마친 상태로 2025년 상반기 내 공정 구축을 완료할 계획이다. 또한 포스코의 독자적인 기술력인 롤 투 롤(Roll to Roll) 공법을 적용한 리튬메탈 음극재 제조 기술을 기반으로 리튬메탈 음극재의 상용화를 계획하고 있다.

순도가 높고 불순물이 적은 아르헨티나 염호를 보유하고 있는 포스코그룹은 리튬 정제 기술력도 갖추고 있다. 포스코홀딩스는 염수에 용해된 리튬을 선택적으로 추출해 에너지 소비량을 줄이고 환경영향을 최소화한 직접리튬추출법(DLE, Direct Lithium Extraction)과 순도 99.9% 이상의 이차전지용 고순도 니켈을 만드는 니켈 新습식정제 공정 기술, 폐기물 발생과 탄소 배출을 줄인 POS-Pyrocycle(건식 리사이클링 기술) 등 개발을 추진 중이다.

포스코퓨처엠은 예측하기 어려운 사업환경 속에서도 향후 전기차 시장의 성장에 차질없이 대응해 국내·외 투자를 지속하고 있다. 양극재의 경우 포스코퓨처엠이 광양(9만톤), 포항(6만톤), 중국 절강포화 합작공장(2.5만톤)을 포함해, 총 연산 17만 5천 톤 생산체제를 갖추고 있다.

포스코퓨처엠과 GM은 2022년 5월 캐나다 합작사인 얼티엄캠을 설립하고 퀘벡주에서 연산 3만t 규모의 양극재 공장 건설을 진행해왔고, 올해 포항에 연산 4만 6000톤 규모의 양극재 공장과 광양에 연산 5만 2500톤 규모로 NCA 양극재 전용공장을 준공하는 등 2026년에는 39만 5천톤의 양극재 생산능력을 갖출 계획이다.

포스코퓨처엠은 국내 유일의 흑연계 음극재 생산기업으로, 세종 천연흑연 음극재 공장에서 글로벌 고객사에 제품을 공급하고 있으며, 지난해 포항에서 인조흑연 음극재 양산도 시작했다. 포스코퓨처엠은 2026년까지 11만 4천톤의 생산능력을 갖출 계획이다. 최근 중국에 대한 음극재 공급망 의존도가 높은 상황에서 포스코퓨처엠은 국내 유일의 흑연계 음극재 생산 기업으로 국내 배터리 산업의 공급망 안정화에 기여할 것으로 기대된다.

또한 포스코퓨처엠은 FEOC(해외우려기관)*가 아닌 공급망을 통해 수산화리튬을 그룹내에서 안정적으로 조달하여 미국시장에서의 경쟁력을 더욱 높일 수 있게 됐다. 미국의 인플레이션감축법(IRA)에 따라 2025년부터 중국 등 미국이 FEOC로 지정한 곳에서 채굴하거나 가공한 광물을 활용하면 세액공제를 받을 수 없어, 미국시장에 판매하는 전기차 배터리의 경우 FEOC 외 공급망 구축이 필수적이다.

*FEOC(Foreign Entity of Concern) : 해외 기관 중 해외 우려국 정부의 관할에 속하거나 해외 우려국 정부에 의해 소유, 통제, 지시를 받는 기관. 미국의 인플레이션감축법(IRA)에 따른 친환경차 세액공제 조항에서는 2014년 12월 31일 이후 해외우려기관에서 추출·가공·재활용한 광물, 제조·조립한 부품이 들어간 배터리를 탑재한 친환경차는 세액공제 혜택에서 제외된다. 

▲포스코그룹 광양 에너지소재 콤플렉스 전경.

천연흑연 음극재는 포스코인터내셔널과 포스코퓨처엠이 공급망을 더욱 강화하고 있다. 포스코인터내셔널은 2023년 5월과 2024년 9월, 호주 광업기업 블랙록마이닝(Black Rock Mining)의 자회사 탄자니아 파루 그라파이트(FARU Graphite)와 천연흑연 25년 장기 공급 계약을 체결한바 있다. 포스코퓨처엠도 2024년 3월 호주 광산업체 시라 리소스(Syrah Resources)와 아프리카 모잠비크 광산에서 채굴한 흑연을 연간 최대 6만톤까지 공급받는 계약을 체결해 흑연 공급망을 다변화했다. 리사이클링의 경우, 포스코그룹은 폴란드PLSC에서 배터리 스크랩과 폐배터리를 수거·분쇄해 가루형태의 중간 가공품(블랙매스)을 생산하고 전남 광양에 위치한 포스코HY클린메탈에서 리튬•니켈•코발트를 추출하고 있다.

▲포스코그룹 에너지소재 밸류체인 영상

포스코그룹은 아르헨티나 리튬염호와 호주 리튬광산, 인도네시아 니켈제련 사업, 아프리카 흑연 광산 개발 등의 투자로 우량 자원을 적극적으로 확보함으로써 안정적인 자원 공급망을 구축하고 사업 역량을 확대하고 있다. 포스코그룹은 앞으로도 전기차 캐즘 시기를 경쟁력 제고의 기회로 활용해 우량 자원을 선제적으로 확보함으로써 에너지소재 사업 경쟁력을 강화해 나갈 방침이다.

포스코그룹이 글로벌 철강공급과잉과 경제블록화에 따른 글로벌 경기침체를 돌파하기 위해 초격차 기술 경쟁력을 바탕으로 그룹 시너지를 통한 <미래를 여는 소재, 초일류를 향한 혁신>의 비전으로 한 걸음씩 나아가고 있다.

이번 특집기획의 첫 번째 시리즈로 포스코그룹이 글로벌 철강 기술 경쟁력을 바탕으로 그룹 시너지를 활용한 에너지 인프라시장에 승부수를 던지고 있는 모습을 소개한다. 포스코그룹은 글로벌 에너지 정책과 연계해 절대적 기술 우위와 그룹 시너지로 미래시장 변화를 주도하기 위해 포스코가 세계 최초 개발한 고망간강과 포스코인터내셔널의 글로벌 LNG 밸류체인을 강화하고 있다.

2편에서는 광양 LNG 터미널을 중심으로 한 포스코인터내셔널의 에너지 밸류체인에 대해 소개하면서 1편에서 소개한 포스코 고망간강을 적용해 설계와 시공을 맡은 포스코이앤씨의 활약상도 덧붙인다.

▲광양 LNG 터미널 전경.

포스코그룹은 LNG 생산, 운송·저장, 활용에 이르는 LNG 전 밸류체인을 갖춰, 다가올 LNG시장의 본격적인 개화를 앞두고 수익을 극대화할 수 있는 인프라와 노하우를 강화해 나가고 있다.

포스코인터내셔널은 2023년 에너지 전문회사인 포스코에너지를 합병하며 LNG 밸류체인을 성공적으로 구축했다. 미얀마, 인도네시아, 말레이시아, 호주 등에서 추진하고 있는 육·해상가스전 개발 사업과 북미산 LNG도입 사업에 더해, LNG를 저장할 수 있는 터미널과 LNG를 사용해 전력을 생산하는 발전소를 안정적으로 운영하며 에너지 사업 시너지 창출에 집중하고 있다.

포스코인터내셔널은 2000년 미얀마 해상에서 가스전 탐사에 나서 쉐(shwe), 쉐퓨(ShwePhyu), 미야(Mya) 3개 가스전을 발견하고 2013년 6월부터 천연가스를 상업생산 중이다. 하루 생산량은 약 5억 입방피트이며, 이는 국내 민간 에너지기업이 진행한 최초, 최대의 심해 탐사 및 개발 사업이다. 또한 2022년에는 호주 천연가스 개발 회사인 세넥스에너지를 인수했으며, 말레이시아, 인도네시아에서도 유망성 평가 및 탐사를 진행 중이다.

포스코인터내셔널은 북미산 LNG 도입에도 속도를 내며 트럼프 2.0행정부의 보호무역주의와 무역수지 압박에 전략적으로 대응할 수 있는 중요한 전환점을 마련했다. 2024년 8월 멕시코 퍼시픽(Mexico Pacific)과 연간 70만 톤 규모의 북미산 LNG 장기 도입 계약을 체결했고, 앞선 2022년에는 세니에르(Cheniere)와 연간 40만 톤 LNG 공급 계약도 성공적으로 이끌어내며 20년간 매년 110만톤의 북미산 LNG를 안정적으로 확보하는 기반을 확보했다.

또한 포스코인터내셔널은 운송선박 선정부터 저장과 공급까지 전 과정을 직접 관리하고, 제3자 거래도 가능해 에너지사업의 수익성 제고도 기대하고 있다. 2026년 상반기부터 LNG 운반선 1척을 활용해 세니에르와 계약한 북미산 LNG를 국내로 반입할 예정이다.

▲광양 제2 LNG 터미널 건설현장.

포스코인터내셔널은 전남 광양에 20년간 총 1조 450억 원을 투자해 93만㎘ 저장용량을 갖춘 제1 LNG 터미널 인프라를 구축하고 국가 기간산업을 위해 발전용과 공정용 천연가스를 공급하고 있다. 특히 5, 6호기 저장탱크부터는 포스코가 세계 최초로 개발한 극저온용 고망간강을 적용해 건설했다. 극저온용 고망간강은 LNG를 액체상태로 유지하기 위한 온도인 -162℃ 이하의 극한의 환경에서 충격인성과 강도가 우수하다.

이에 더해 포스코인터내셔널은 총 9500억 원을 투자해 20만㎘급 LNG 탱크 2기를 증설하는 광양 제2 LNG 터미널 사업도 추진 중이다. 광양 제2 LNG 터미널이 완공되는 2026년에는 총 133만㎘의 LNG 저장 용량을 확보할 수 있다. 이는 전 국민이 40일 동안 사용 가능한 난방용 가스 저장 용량에 해당한다.

또한 포스코인터내셔널은 LNG 터미널을 통해 글로벌 에너지 공급망 위기 속 안정적인 LNG공급으로 에너지안보에 기여하는 한편, 선박 시운전 사업과 벙커링 사업 등 LNG 터미널 연계 사업도 시행하고 있다.

포스코인터내셔널은 2020년 8월 5일 도시가스사업법 개정안 시행에 맞춰 민간기업 1호로 LNG(액화천연가스) 선박 시운전 자격을 취득하고 국내 조선사들을 대상으로 선박시운전 사업을 시작했다. LNG 선박 시운전 사업은 조선사가 선주에게 LNG선을 인도하기 전 LNG가 안정적으로 저장되고 주요 설비가 정상 작동되는지를 검사해 주는 서비스를 말한다.

최근 지속적으로 강화되는 국제해사기구(IMO, International Maritime Organization)의 황산화물 배출규제에 따른 친환경 선박 발주가 꾸준히 확대되고 있다. 해마다 평균 30~50여 척의 LNG선박이 국내 조선소에서 신규 건조되고 있어 조선업계를 통한 LNG 선박 시운전 사업의 수요는 매년 지속적으로 발생하고 있다.

이 밖에도 포스코인터내셔널은 선박용 저탄소 연료인 LNG를 공급하는 LNG 벙커링 전용 인프라를 구축해, 국내 LNG벙커링 시장을 활성화하고 국제 환경정책에 발맞춰 나가고 있다.

포스코인터내셔널은 인천에 총 7기의 LNG복합발전기를 운영하면서 LNG의 최종 수요자로서 밸류체인을 완성했다. 포스코인터내셔널의 LNG복합발전기 설비용량은 총 3,412MW이다. 천연가스를 이용해 가스터빈과 스팀터빈을 가동하는 방식으로 발전 효율이 높고 신속한 기동 및 출력조정이 가능해 전력수요에 유연하게 대응이 가능하다.

포스코인터내셔널 LNG풀밸류체인의 가장 큰 강점은 밸류체인 간 시너지를 활용해 LNG공급과 수요를 안정화하고 외부 변동성에 대응이 가능하다는 것이다.

글로벌 경제블록화, 분쟁 등의 경제적/지정학적 리스크로 에너지 공급불안과 이에 따른 국제 에너지 가격 및 물동량의 변동성이 커지는 상황에서도 포스코인터내셔널은 직접 개발 가스전 및 도입계약 확보로 업스트림 단계에서 공급망을 다변화할 수 있다. 또한 LNG 터미널 등을 통한 물동량 조절과 트레이딩, 스왑 등을 통해 다운스트림에 안정적인 공급을 할 수 있어 업-미드-다운스트림 전 단계에 걸쳐 시장상황에 따라 공급 안정성과 운영 유연성을 확보하며 전략적 대응이 가능하다.

▲LNG터미널 부두 작업 중인 모습.

포스코그룹은 포스코이앤씨의 독자 설계 및 시공 기술력을 바탕으로 그룹 LNG 밸류체인을 한층 강화하고 사업 확대를 위한 기반을 다지고 있다. 포스코이앤씨는 LNG수입 터미널 건설을 선도하고 그룹사 LNG 밸류체인 구축에 힘을 보태고자 2010년부터 전담 조직을 꾸렸다.

2015년에는 LNG누출과 연약지반, 내진규격 강화에 대응하는 특화기술과 강재 월 라이너(Wall Liner) 거푸집 활용 공법* 및 외조 베이스 슬래브(Base Slab) 긴장재 제거 시공** 등 공기 단축 방안까지 고려한 LNG 탱크 자력 설계 기술을 갖춤으로써 EPC 수행능력을 확보하게 됐다.
*강재 월 라이너(Wall Liner) 거푸집 활용 공법 : 목재 거푸집 대신 강철(강재)로 만들어진 라이너(벽체 안쪽에 덧대는 판)를 사용하는 방식으로 내구성, 정확성, 시공속도, 표면품질 등에 우수한 장점이 있음
**외조 베이스 슬래브(Base Slab) 긴장재 제거 시공: 콘크리트 구조물에 인위적인 압축력을 도입해 사용 중 구조물이 받게 될 인장력을 상쇄하거나 저항하게 만드는 기술인 프리스트레스트 콘크리트(Prestressed Concrete) 공법을 이용해 긴장재를 제거하는 방법

▲포스코인터내셔널의 광양 LNG 터미널 5호기 탱크는 포스코가 독자개발한 고망간강을 적용해 포스코이앤씨가 설계 및 시공했다.

이후 포스코이앤씨는 순수 자력 설계 기술과 포스코가 2013년 세계 최초로 양산기술에 성공한 신소재인 고망간강을 이용해 세계 최초 고망간강 LNG탱크인 ‘광양 LNG 터미널 탱크 5호기’를 2019년에 준공했다.

또, 광양 LNG 터미널 탱크 5호기와 동일한 규모의 6호기 건설에 나서며, 고망간강 특성에 맞춰 용접 개선각을 변경해 시간 단축과 품질 안정 등 작업의 효율을 개선하고 탱크 시공 과정에서 핵심으로 여겨지는 지붕상량 공법 대신 내부에 공기를 주입해 압력으로 지붕을 들어 올리는 방식의 신공법을 적용해 공사 기간을 40일 이상 단축하는 등 한층 발전된 역량으로 2024년 준공에 성공했다.

포스코이앤씨는 최대 민간 LNG 터미널인 광양 제1 LNG 터미널 건설을 마무리 짓고, 2022년부터 제2 LNG 터미널에 각 20만㎘가 저장 가능한 탱크인 ‘광양 LNG 터미널 탱크 7, 8호기’ 증설공사에 참여해 2026년 준공을 목표로 그룹의 LNG 사업 경쟁력과 국가 에너지 안보 강화에 힘쓰고 있다.

▲포스코인터내셔널 광양 LNG 터미널 전경 영상(재생버튼 클릭)

포스코그룹은 글로벌 철강 시장의 도전 과제를 극복하고자 에너지 인프라 시장에서의 경쟁력을 강화하고 있다. LNG 밸류체인은 이러한 전략의 핵심으로, 그룹의 기술력과 시너지를 바탕으로 안정적인 에너지 공급망을 구축하고자 한다. 앞으로도 포스코그룹은 지속적인 기술 개발과 인프라 확장을 통해 글로벌 에너지 시장에서의 리더십을 강화할 것이다. 초격차 기술경쟁력으로 미래 에너지 시장의 변화를 주도할 포스코그룹의 행보가 기대된다.

포스코그룹이 글로벌 철강공급과잉과 경제블록화에 따른 글로벌 경기침체를 돌파하기 위해 초격차 기술 경쟁력을 바탕으로 그룹 시너지를 통한 <미래를 여는 소재, 초일류를 향한 혁신>의 비전으로 한 걸음씩 나아가고 있다.

이번 특집기획의 첫 번째 시리즈로 포스코그룹이 글로벌 철강 기술 경쟁력을 바탕으로 그룹 시너지를 활용한 에너지 인프라시장에 승부수를 던지고 있는 모습을 소개한다. 포스코그룹은 글로벌 에너지 정책과 연계해 절대적 기술 우위와 그룹 시너지로 미래시장 변화를 주도하기 위해 포스코가 세계 최초 개발한 고망간강과 포스코인터내셔널의 글로벌 LNG 밸류체인을 강화하고 있다.

1편에서는 글로벌 철강 경쟁력 1위 포스코가 세계 최초 개발한 신소재 고망간강에 대해 소개한다.

최근 글로벌 에너지 시장은 장기적으로 재생에너지나 수소로 에너지를 전환하는 과정에 있다. 하지만 아직까지 기술과 경제성이 확보되지 않은 상황에서 기존 석탄 등 화석연료를 대체할 수 있는 대안인 ‘브릿지 에너지’로 각광 받고 있는 것이 LNG(액화천연가스 : Liquefied Natural Gas)다.

특히 최근 미국 트럼프 행정부가 액화천연가스(LNG) 수출 제한 조치를 완화하고, 관세와 연계해 통상 협상 카드로 활발히 활용함에 따라 LNG생산, 저장 및 운송, 활용 등 밸류체인 전반에 걸친 시장의 확대가 기대되고 있다.

이에 포스코그룹은 그룹 내 시너지를 모아 LNG 관련 생산-운송-저장/판매-건설에 이르는 글로벌 밸류체인 확장에 힘쓰고 있다. 특히 LNG 시장에서 포스코가 세계 최초로 개발한 신소재인 LNG 저장탱크용 극저온 고망간강과 이 소재를 세계 최초로 적용해 포스코이앤씨가 건설한 포스코인터내셔널의 LNG 터미널이 대표 사례다.

포스코그룹 장인화 회장은 올해 신년사에서 “그룹 경쟁력 핵심은 기술의 절대적 우위 확보이며, 이를 통해 미래시장 변화를 주도해야 할 것이다. 글로벌 에너지 정책 기조 변화에 발맞추어 밸류체인 간 연계 강화를 통해 수익성 제고의 기회를 찾기 위해 그룹 차원의 시너지를 극대화해야 한다”고 강조한 바 있다.

▲고망간강 후판 생산공정.

LNG는 천연가스에서 암모니아, 황화수소, 이산화탄소 등 불순물을 제거하고 대량수송을 위해 -163℃에서 약 1/600로 압축 및 액화해 선박으로 운반할 수 있게 만든 것이다. 이에 LNG를 대량운반 및 저장하기 위한 인프라는 극저온성과 함께 고강도와 내마모성 등 특별한 물질적 특성이 요구된다.

우선, 매우 낮은 온도에서 액체 상태를 유지해야 하므로 극저온인성(매우 낮은 온도에서도 충격이나 하중에 견디는 능력)이 필수적이다. 또한, 저장 탱크나 운반 중 강한 압력과 외부 충격을 견딜 수 있어야 하므로 고강도(높은 인장 강도와 탄성)와 내마모성(마모와 부식에 대한 저항성)을 갖춘 재료가 사용되어야 한다.

기존 LNG 탱크용으로는 주로 고가 원료인 니켈·알루미늄 등의 합금소재가 사용되고 있었으나 니켈은 일부 국가에서만 생산되어 공급이 불안정하고, 수급 상황에 따라 가격 변동성이 큰 문제가 있다. 이 외에도 까다로운 작업공정, 낮은 강도 등의 단점을 지녔다.

포스코는 2008년 국제 환경규제 강화에 따라 LNG 수요가 지속적으로 증가할 것으로 예상하고, LNG 저장 및 운송을 위한 소재시장에서 경쟁력 확보를 위해 신소재 개발의 필요성을 느껴 망간 합금강을 주목하며 고망간강 개발에 착수했다.

당시 망간 합금 시장에서 고망간강은 기술력 측면에서 구현이 어려운 제품이었다. 강철에 망간을 첨가하면 내마모성과 강도가 높아지지만, 소재 특성상 밀도가 높아 단단하나 부서지기 쉽다. 하지만 포스코는 수십 년간 철강분야에서 축적한 기술 노하우의 산물인 제어압연과 냉각기술로 망간을 포함하면서도 강도가 우수한 제품을 구현하는 데 성공했다.

▲고망간강 후판공장 제품 적치.

포스코가 독자 개발한 고망간강은 철에 다량의 망간(Mn, 22.5~25.5%)을 첨가해 -196℃의 극저온에서도 우수한 기계적 특성을 나타낼 뿐만 아니라 고강도, 내마모성, 비자성(非磁性, 철의 전자기적 성질을 최소화할 수 있는 성질) 등 다양한 성능을 특화한 철강소재다.

포스코의 고망간강은 LNG 운송, 저장용 소재로서 모든 조건을 만족할 뿐만 아니라 기존 적용하던 소재보다 비교우위의 장점을 지니고 있다. 포스코의 고망간강은 소재 성질과 가공성에서는 강도가 높으면서 연신율(강재가 끊어지지 않고 늘어나는 비율) 또한 우수하다. 특히 고망간강에 첨가하는 망간은 전 세계적으로 매장량이 풍부하고 상대적으로 가격이 저렴해 기존 소재로 쓰이던 9%니켈강 대비 약 30% 저렴하다.

신소재인 고망간강은 물질적 장점이 다양하고 원가 경쟁력도 뛰어나지만 기존 소재가 장악하고 있는 시장을 뚫고 진입하거나, 새로운 시장을 개척하려면 소재의 안전과 기능성을 입증해야 하는 과제가 있었다. 이에 포스코는 고망간강의 개발과 상업생산 프로세스 개선은 물론 용도별 국제 규격과 표준기술 등록에도 적극적이었다.

LNG용 소재 관련 국제 기술표준은 크게 미국재료시험협회, 국제해사기구, 미국석유협회 등에서 관리하고 있는데, 포스코는 지난 2015년부터 해양수산부, 한국선급, 한화오션 등 학계·전문기관과 협업하여 극저온용 고망간강의 국제 기술표준 등재를 위해 노력해 왔다.

2017년에는 금속·비금속 등 모든 재료의 시험 연구 및 규격 입안·제정을 관장하는 기구인 미국재료시험협회(ASTM, American Society for Testing and Materials International) 표준 기술로 등재됐다. ASTM에 등재된 기술들은 미국뿐 아니라 전 세계에서 기술자들의 표준 규정으로 사용되고 있어, 포스코의 극저온용 고망간강이 세계적으로 믿고 사용할 수 있는 소재로 인정받았다는 것을 의미한다.

2018년에는 국제해사기구(IMO)*로부터 선박 LNG 탱크용 극저온용 고망간강 적용에 관한 국제 기술표준을 임시승인 받는 성과가 있었다. 당시, 포스코가 개발한 극저온용 고망간강이 선박의 LNG탱크의 소재로 사용되기 위해서는 국제 기술표준 등재가 필요한 상황이었으며 이를 통해 선박의 기국(선박의 등록 국가)이 승인하는 조건 하에 LNG탱크 등으로 고망간강을 사용할 수 있게 됐다.
*국제해사기구(International Maritime Organization): 선박안전, 보안 및 해양오염 방지 등에 관한 60여 개 국제협약의 제‧개정과 관련 결의서 1,950여 종을 관장하는 UN 산하 전문기구

이어 2022년에는 고망간강의 적용에 관한 국제 기술표준이 정식으로 채택되어 기국의 승인 없이도 선박의 극저온 화물이나 연료탱크 등으로 활용될 수 있게 되었다. 2024년에는 LNG뿐만 아니라 암모니아에 공통으로 활용할 수 있는 화물 및 연료탱크 소재로 정식 규격 등록됐다. 암모니아는 수소의 저장 운송 매체로도 활용될 수 있다.

2023년에는 미국석유협회(API, American Petroleum Institute)로부터 육상 저장탱크 국제코드인 API 620 등록을 승인받았다. 국내 독자 개발 소재가 API 620코드에 등재된 것은 고망간강이 최초이며 이로써 글로벌 LNG 터미널 프로젝트에 포스코가 개발한 고망간강을 적용할 수 있게 됐다.

▲광양 제2 LNG 터미널 7호기 탱크 내부.

포스코의 고망간강은 10년간 다양한 글로벌 인증기관에서 제품의 신뢰성을 입증하며 표준 인증을 받았다. 이 과정에서 LNG인프라 등 실제 산업 분야에서도 꾸준히 트랙 레코드를 달성하며 시장의 주목을 받고 있다.

석유와 LNG를 포함하는 천연가스를 통칭하는 유가스 밸류체인은 일반적으로 탐사와 생산 분야인 업스트림(Upstream)과 운송과 저장 분야인 미드스트림(Midstream), 발전소와 충전소 등 LNG를 소비하는 다운스트림(Downstream)으로 분류된다. 포스코의 고망간강은 탐사/생산을 제외한 미드스트림과 다운스트림 전 과정에서 업계의 주목을 받고 있다.

고망간강이 저장과 운송 분야에서 활용된 대표적인 사례로 포스코인터내셔널이 보유한 광양 LNG 터미널 5, 6호기를 들 수 있다. 이는 현재 공사 중인 7, 8호기에도 적용하고 있다. 고망간강은 LNG 터미널 내조 탱크(Inner Tank)에 적용되는데 이는 영하 163℃의 LNG를 직접 담아두는 곳이다.

포스코는 산업통상자원부 및 한국가스안전공사와의 협력을 통해 극저온 저장탱크로서의 안정성 검증을 위해 고망간강 실증탱크를 제작하여 약 1천 회 이상의 LNG 채움 및 비움 시험을 비롯한 다양한 성능 시험을 시행했고, 이를 바탕으로 광양 LNG 터미널 내 20만㎥ 규모의 5호기 저장 탱크 내조에 고망간강을 적용함으로써 안정성을 재입증했다. 이 외에도 LNG운송차량의 저장탱크나 파이프라인에도 사용될 수 있다.

다운스트림 분야에서는 포스코가 2017년 세계 최초로 LNG추진선 ‘그린아이리스’호(재화중량톤수 5만 톤급 벌크선) 연료탱크에 고망간강을 적용하는 데 성공한 바 있다. 이어 지난 2022년에는 양산화와 가공성 검증을 마친 끝에 세계 최초로 LNG연료탱크를 한화오션의 초대형 원유운반선에 탑재시켰으며, 2024년에는 컨테이너선에도 LNG연료탱크에 고망간강을 적용했다.

한편 국제해사기구(IMO)가 2020년부터 선박의 황산화물 배출량을 3.5%에서 0.5% 낮추는 규제를 시행한 이후 선사들은 황산화물 배출이 거의 없는 LNG추진선을 속속 도입하고 있어, LNG 연료탱크의 수요가 지속적으로 증가할 것으로 전망된다.

▲진공흡착식 크레인으로 이송되고 있는 고망간강.

LNG 밸류체인 외에도 포스코는 고망간강의 내마모성, 비자성 특성 등을 적극 활용해 신시장을 개척하고 있다. 2016년에는 세계 최초로 개발한 슬러리파이프용 고망간강을 엑손모빌의 컬 오일샌드 프로젝트*에 성공적으로 공급해 2017년 북미 지적재산협회 연례총회에서 화학·에너지·환경·소재 분야 ‘올해의 우수계약상’을 수상한 바 있다. 슬러리파이프는 원유를 함유한 모래인 오일샌드 이송에 특화된 강관으로, 고망간강을 적용하면 기존 소재 대비 내마모성이 좋아지고, 설비 수명과 파이프 교환 주기를 획기적으로 늘릴 수 있어 플랜트 가동 효율이 높아진다.
*컬 오일샌드 프로젝트(Kearl Oil Sand Project) : 포스코가 고망간강 및 용접기술로 약 1.2㎞ 길이의 슬러리파이프를 제작하여 엑손모빌의 캐나다 컬 오일샌드 프로젝트에 약 1년간 시범 설치했는데, 실제 가동 조건에서 성능을 시험한 결과 마모 성능이 기존 파이프 대비 우수함을 확인했다.

또한 심한 변형 후에도 비자성 특성이 저하되지 않아 잠수함, 함정, 군수용 전차에 적용할 경우 스텔스(은폐) 성능도 향상시킬 수 있어 방위산업 소재로도 수요확대가 가능하다.

포스코가 독자 개발한 고망간강으로 소재시장에서 경쟁력을 확보하고 더 나아가 그룹 차원의 시너지를 극대화 하고 있는 포스코그룹. 2편에서는 광양 LNG 터미널을 중심으로 한 포스코인터내셔널의 에너지 밸류체인에 대해 알아본다.