세계는 지금 원료와 에너지 확보에 사활을 걸고 있습니다. ‘어떤 것을 만드느냐’보다 ‘무엇으로 만들 것인가’가 더 중요해지면서 원료와 에너지가 곧 모든 경쟁력의 출발점이 되었습니다. 세계가 글로벌 공급망 확보를 위한 보이지 않는 전쟁을 치르는 가운데 미래 산업을 지키기 위해 포스코그룹이 새로운 시대를 열고 있습니다. 경제 전문 유튜브 채널 ‘삼프로TV’의 김프로와 함께 자세한 내용을 알아보겠습니다.

지난해 10월 경주에서 아시아 태평양 정상들과 기업인들이 한자리에 모이는 에이펙(APEC) 행사가 열렸습니다. 대통령은 서밋 특별 연설에서 공급망의 지속 가능성을 핵심 의제로 삼고 ‘글로벌 공급망 협력’을 강조했는데요. 몇 시간 후 같은 장소에서 한국, 호주, 일본을 대표하는 소재기업 CEO들이 모여 공급망을 주제로 토론하기도 했습니다.

*공급망: 원재료에서부터 완제품까지 이루어지는 연결망

미중 갈등 장기화와 고율 관세 등으로 글로벌 공급망 재편이 가속화되면서 ‘어떤 것을 만드느냐’보다 ‘무엇으로 만들 것인가’가 더 중요한 시대가 도래했습니다. 테슬라 CEO 일론 머스크는 “전술은 전투를 이기게 하지만, 공급망은 전쟁을 이기게 한다.”라고 강조했는데요. 이에 포스코그룹은 철강을 넘어 지속 가능한 성장 동력을 찾기 위해 끊임없는 변신을 하고 있습니다.

공급망을 수직 통합한 기업은 변동성을 내재할 수 있고, 일부 손해나는 영역이 있더라도 다른 가치사슬에서 그 손해를 메꾸는 구조를 확보할 수 있습니다. 가장 근원적인 출발점이자 모든 공급망의 시작은 바로 ‘원료’인데요. 포스코그룹은 전기차 배터리 수요에 대응하기 위해 이차전지 핵심 소재인 리튬 확보에 나서고 있습니다.

포스코그룹은 국내 최초로 광석 리튬에서 이차전지소재인 수산화리튬을 뽑아내는 상업 생산 공장을 준공하고, 호주의 대표적인 광산 기업인 미네랄 리소스(Mineral Resources)의 워지나(Wodgina) 광산과 마운트 마리온(Mt. Marion) 광산에 투자하며 리튬 자원 추가 확보에도 나섰습니다.

전 세계에서 최고품으로 분류되는 광산 중 하나인 서호주 워지나 광산은 리튬 함량이 높고 매장량이 풍부한 것으로 평가받고 있는데요. 이 광산은 현재 3개의 생산 라인을 가동 중이며, 연간 약 80만 톤의 리튬 정광을 생산하고 있습니다.

포스코그룹이 광물 자원에 막대한 투자를 한 이유는 뭘까요? 예전에는 자원 확보가 어떤 시기에, 얼마나 저렴하게 살 수 있느냐의 문제였지만 이제는 자원을 안정적으로 확보하고, 믿음직한 파트너를 만들고, 동맹 관계를 구축하는 것이 중요해졌습니다.

이에 포스코그룹은 국내 기업 최초로 원료 생산 현지에서 자원 연구를 수행하고 있습니다. 포스코그룹의 호주 핵심자원 연구소는 호주에서 최고 자원 전문가들을 찾아 공동 협력 프로젝트를 진행하고 있는데요. 경쟁력 있는 광산을 선제적으로 확보하는 것뿐만 아니라 광석 판매를 통한 투자로 즉각적으로 수익을 창출할 수 있기 때문에 포스코그룹의 미래와 현재의 경쟁력, 두 마리 토끼를 다 잡는 투자라고 할 수 있습니다.

사실 포스코그룹은 세계적인 자원 부국인 호주와 오랜 시간 깊은 신뢰 관계를 쌓아왔습니다. 1971년 포항제철 시절 서호주에 있는 하머슬리(Hamersley) 철광석 광산과 장기 구매 공급 계약을 맺은 것을 시작으로 호주 참전 용사들의 헌신을 기리기 위해 서호주 퍼스의 킹스파크(Kings Park)에 한국전 참전용사 추모공연장을 건립하기도 했습니다.

지난해 10월 경주 에이펙 기간에는 앤서니 앨버니지 호주 총리가 대통령 양자 회담에 앞서 포항제철소를 방문하기도 했는데요. 국가 차원에서도 한국과 호주는 산업과 공급망, 안보에서 긴밀한 관계를 유지하고 있습니다.

포스코의 글로벌 리튬 확보 현장은 호주 말고 또 있습니다. 바로 지구 반대편 아르헨티나 살타주에 위치한 옴브레 무에르토(Hombre Muerto) 염호입니다. 포스코그룹은 약 2만 5000ha 규모의 염호 광권을 활용해 리튬 제련 투자를 진행하고 있는데, 이 염호에서 전기차 약 60만 대 분량인 연간 약 2만 5000톤의 리튬을 확보할 수 있을 것이라고 예상합니다.

포스코그룹은 이렇게 해외에서 확보한 원료가 국가 소재 산업의 경쟁력으로 완성될 수 있도록 이차전지 핵심 소재를 생산하는 설비들도 차례대로 구축하고 있습니다. 포스코그룹이 호주에서 확보한 리튬 광석은 전남에 위치한 율촌산업단지로 옮겨져 별도의 추출 공정을 거친 후, 고성능 배터리에 쓰이는 수산화리튬으로 바뀝니다. 이 수산화리튬은 전기차 배터리를 구성하는 핵심 소재인 양극재에 사용되죠.

포스코그룹은 배터리의 또 다른 핵심 소재인 음극재 생산에도 주력하고 있습니다. 음극재와 양극재를 동시에 생산하는 포스코퓨처엠은 국내 유일하게 천연 흑연 음극재와 인조 흑연 음극재를 생산하고 있습니다. 음극재의 핵심 원료는 바로 흑연인데요. 흑연 공급의 80~90%를 차지하는 중국으로부터 자립하고자 탄자니아 마헨게(Mahenge) 흑연 광산 개발에 참여해 전략적으로 원료를 확보하고 있습니다. 이로써 해외에서 확보한 리튬은 양극재로, 흑연은 음극재로 탄생시키며 독자적인 이차전지소재 밸류체인을 완성할 수 있었죠.

포스코그룹의 공급망 확장은 이차전지 핵심 원료를 넘어 산업의 혈액이라 불리는 에너지에서도 계속됩니다. 가스를 생산해 LNG 운송선으로 운반한 후 터미널에 저장하고, 발전소에서 전력을 만들어내는 LNG 밸류체인을 구축하는 데 성공한 건데요. 포스코인터내셔널은 2005년 민간기업 최초로 LNG 터미널 사업을 시작한 후 2013년 미얀마 가스전 개발, 2022년 호주 세넥스 가스전 인수 등 지속적으로 LNG 사업을 확장하고 있습니다. 최근에는 미국의 알래스카 LNG 개발 프로젝트에도 참여하기로 했습니다. 이것이 성공한다면 한미 조선업 동맹의 상징인 마스가(MASGA)*와 함께 초대형 에너지 프로젝트가 될 것으로 보입니다.

*마스가(MASGA) 프로젝트(Make American Shipbuilding Great Again): 한국과 미국이 협력하여 미국 조선업의 부흥을 목표로 하는 전략적 프로젝트

자원은 유한, 창의는 무한으로 출발한 포스코그룹은 이제 미래를 여는 소재로 국가 산업 발전에 든든한 동반자로서 새로운 시대의 중심에서 있습니다. 철에서 시작해 소재로 확장되고 미래 산업으로 이어지는 힘. 글로벌 공급망의 수호자, 포스코그룹의 내일이 더 기대되는 이유입니다.

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포스코그룹은 안전과 탄소저감에 기여하는 기술을 개발하고자 최선을 다하고 있습니다. 더 나은 사회를 만들어가는 포스코그룹의 우수한 신기술을 소개합니다. 포스코그룹 신기술에 대한 수다를 계속 이어가는 기술+잇+수다, 지금 시작합니다! 이번 편에서는 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 국산화 기술을 알아봅니다.

연필심으로 친숙한 흑연은 고온을 견뎌야 하는 전로의 내화물 등 다양한 산업적 용도를 가지고 있는데요. 전기차용 리튬이온배터리의 수명과 충전성능을 결정하는 음극재의 핵심원료이기도 합니다.

포스코퓨처엠은 국내에서 유일하게 이차전지 핵심소재인 양극재와 음극재를 함께 생산하는 기업입니다. 천연흑연을 원료로 만드는 천연흑연 음극재를 생산 중이었는데, 이에 더해 인조흑연 음극재 생산 기술 개발에도 성공했습니다. 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재 제조 기술은 원료인 침상코크스를 3,000℃ 이상의 고온에서 가공해 음극재로 만드는 기술인데요. 국내 최초로 인조흑연 음극재 생산 기술을 개발해 국산화에 성공함으로써 국내 이차전지 산업 경쟁력을 높이고 있는 포스코퓨처엠, 왜 인조흑연 국산화 기술을 개발했으며 이 기술 개발 성공은 어떤 변화를 가져왔을까요?

포스코퓨처엠은 제철공정에서 발생하는 부산물인 콜타르를 음극재의 원료로 활용할 수 있다는 점에 주목하고 음극재 사업에 진출했는데요. 지속적인 기술개발로 2011년 국내에서 유일하게 천연흑연 음극재를 생산하는 기업으로 성장했습니다.

그동안 해외에서 음극재를 수입하던 국내 기업들의 주문이 쇄도하면서 포스코퓨처엠은 천연흑연 음극재의 생산능력을 확대하고, 인조흑연 음극재 등 제품군 확대에 나섰습니다. 인조흑연 음극재의 경우 배터리 수명과 고속충전에 유리해 시장의 선호도가 높지만, 원료가격이 높아 사업화에 어려움이 있다 보니 국내에서 생산하는 기업이 없어 수입에 의존했기 때문입니다. 2014년 6월 포스코퓨처엠이 인조흑연 음극재를 1차 개발하는데 성공한 시기, 전기차 시장의 급속한 성장과 함께 인조흑연 음극재의 사용량도 증가함에 따라 인조흑연 음극재를 생산하기에 적기라고 판단하고 시장 변화에 능동적으로 대응하기 위해 기술 개발에 박차를 가했습니다.

인조흑연은 천연흑연 제품과 비교했을 때 공정이 길고 복잡해 생산 과정에서 품질을 관리하기가 상대적으로 어려운데요. 포스코퓨처엠은 전 공정을 완전히 내재화하고 스마트팩토리 공정을 도입해 제조비용을 절감했을 뿐 아니라 실시간 품질 관리로 고객의 신뢰도 지킵니다.

인조흑연 음극재 생산 공정을 자세히 살펴볼까요? 인조흑연 음극재의 원료는 제철공정에서 부산물로 발생하는 콜타르를 가공해 만든 침상코크스입니다. 우선 침상코크스의 입자 크기를 조절하는 분쇄 과정에서 침상코크스와 피치 등을 혼합하는 공정, 생산성을 높이고자 흑연화 전에 원료를 먼저 탄화시키는 공정인 예비탄화과정을 거칩니다. 그 후 3000℃ 이상에서 열처리해 원료를 인조흑연으로 바꾸고, 인조흑연 표면을 피치로 균일하게 코팅하는 표현처리를 해줍니다. 이후 탈철 등 후처리한 최종 제품을 포장해 완성하는 과정까지가 인조흑연 음극화 국산화 기술이라고 볼 수 있습니다.

이중 특히 흑연화는 원료인 침상코크스를 3,000℃ 이상의 고온으로 열처리하는 과정으로, 음극재의 품질과 성능을 결정하는 가장 핵심적인 공정이며 가장 중요한 기술입니다. 원료의 종류와 양에 따라 공정 조건을 최적화하는 노하우가 중요한데, 포스코퓨처엠만의 흑연화 공정기술을 활용합니다.

이렇게 제조한 포스코퓨처엠의 인조흑연 음극재는 구조적 안정성이 높고 불순물 함량이 낮아 배터리 수명이 늘어나고 등방형 구조로 리튬이온의 이동속도가 빨라 고속충전에 유리하다는 강점이 있습니다.

흑연화공정은 혼합한 원료를 도가니에 담아 흑연화로에 넣고, 3,000℃ 이상에서 열처리해 흑연으로 만드는 공정입니다. 일반적으로 흑연화로에 도가니를 투입하고 배출할 때 사람이 직접 로(爐) 안에 들어가 크레인 연결 등 여러 가지 작업을 하는데요.

포스코퓨처엠은 조업자의 안전을 고려해 자체 기술로 자동화 설비를 설계해 흑연화공정을 자동화했습니다. 강한 공기압력이 흐르는 파이프로 원료를 이송하고, 로봇이 도가니에 원료를 충진해 흑연화로에 투입합니다. 3,000℃ 가 넘는 고온에서 열처리한 인조흑연은 로봇이 회수해 파이프로 공기 이송하고, 코팅 등 후처리 공정을 거칩니다.

인조흑연 음극재의 원료인 침상코크스는 자회사인 포스코MC머티리얼즈로부터 공급받습니다. 포스코MC머티리얼즈에서는 제철공정 중 코크스 제조 시 부산물로 발생하는 콜타르를 고온 건류해 침상코크스를 생산합니다. 따라서, 인조흑연 국산화 기술 완성으로 포스코는 제철 부산물 시장을, 포스코퓨처엠은 원료를 안정적으로 확보할 수 있게 됐습니다. 인조흑연 국산화 기술은 자원순환에 보탬이 되고, 포스코그룹의 밸류체인 시너지 효과를 선도합니다.

포스코퓨처엠은 지속적인 기술 개발과 기술 고도화로 현재 8만 2,000톤의 음극재 생산능력을 2025년 12만 4,000톤, 2030년 37만 톤까지 확대할 계획입니다. 2030년에는 천연흑연 음극재 18만 2,000톤, 인조흑연 음극재 15만 3,000톤, 실리콘 음극재 3만 5,000톤 등으로 생산능력을 고도화해 중국 외 글로벌시장에서 1위를 유지하는 것을 목표로 하고 있습니다.

포스코퓨처엠은 2022년 12월 미국GM과 LG에너지솔루션의 배터리 합작사인 얼티엄셀즈와 약 9,393억원 규모로 인조흑연 음극재 공급계약을 체결했습니다. 공급기간은 2023년부터 2028년까지 총 6년인데요. 이는 국산화에 이은 인조흑연 음극재의 해외 첫 수출 사례입니다. 포스코퓨처엠은 미국 인플레이션감축법 시행에 따른 배터리 업계의 공급망 확대 등 지속적으로 증가하는 글로벌 수요에 선제적으로 대응해 인조흑연 음극재 시장에서 주도권을 확보해 나갈 계획입니다.

수명과 초고속 충전 능력에 날개를 단 포스코퓨처엠, 앞으로도 인조흑연 음극재 시장의 프론티어로서 앞서나갈 것입니다.

최근 가장 주목받고 있는 이차전지소재 핵심광물은 ‘리튬’과 ‘코발트’입니다. 리튬은 이차전지 제조에 반드시 필요한 핵심광물로 배터리의 에너지 밀도를 결정짓는 역할을 합니다. 배터리 출력을 높이는 역할을 하는 코발트는 고용량 이차전지에 없어서는 안 될 필수 요소로, 생산지역이 콩고민주공화국(D.R.콩고)을 비롯한 아프리카에 집중되어 있습니다. 특히 코발트는 이차전지소재 핵심광물 중 톤 당 가격이 가장 비쌉니다.

이에 따라 최근에는 코발트를 대체하기 위한 연구들이 증가하고 있는데요. 중국 업체들이 주도하고 있는 리튬인산철(LFP) 배터리가 대표적입니다. 리튬인산철 배터리는 코발트를 사용하지 않아 주행 거리가 짧은 대신 가격이 낮다는 장점을 가지고 있습니다. 이 외에도 코발트 가격의 30분의 1 수준인 망간을 활용한 배터리 개발도 활발하게 진행되고 있습니다.

한편 이차전지와 함께 재생에너지, 수소 기술과 관련한 핵심광물의 확보도 탄소저감을 위한 에너지 전환에는 매우 중요합니다. 한국지질자원연구원은 2022년 탄소저감 실현과 에너지 전환 대비를 위한 6대 핵심광물로 리튬, 니켈, 코발트, 흑연, 희토류, 백금족을 지정했습니다.

특히 백금족은 자동차, 화학, 전기·전자 산업 외에도 연료전지 및 전해조 방식의 수소 생산에서 필수적으로 사용되는 핵심 금속입니다. 세계적으로 수소경제가 탄소저감의 한 축으로 확대 추진되면서 향후 연료전지용 백금족 금속에 대한 수요도 늘어날 것으로 전망됩니다.

이 밖에 풍력 터빈의 영구자석에 필요한 희토류는 2040년까지 3배 이상 증가할 것으로 예상됩니다. 희토류 영구자석은 풍력 등 재생에너지뿐만 아니라 스마트폰, 전기차, 수소차, 플라잉카, 드론택시 등 미래 모빌리티 기술에도 필수적인 원자재입니다.

포스코그룹은 국내에서 유일하게 양극재와 음극재를 동시에 생산하고 있습니다. 양극재는 니켈, 코발트, 리튬, 망간 등으로 구성되고, 음극재는 흑연이 필수 원료입니다. 현재 포스코그룹은 양극재를 구성하는 핵심광물의 80% 이상, 음극재의 경우 90% 이상을 중국에서 공급받고 있습니다.

그러나 최근 미-중 갈등 격화로 중국산 핵심광물에 대한 미국, 유럽 등의 제재가 강화되고 있어 공급망 다변화의 필요성이 높아졌습니다. 이에 포스코그룹은 아르헨티나, 호주, 인도네시아, 아프리카 등으로 공급망 다변화를 시도하고 있습니다. 구체적으로 아르헨티나와 호주에서는 리튬을, 인도네시아에서는 니켈, 아프리카에서는 흑연을 확보해 소재화할 예정입니다.

아프리카는 전 세계 1/3의 광물을 보유하고 있는 풍부한 광물 지역입니다. 특히 핵심광물 중 코발트는 전 세계 생산량의 70% 이상, 백금족의 경우에는 80% 이상이 아프리카에서 생산됩니다.

최근에는 짐바브웨와 나미비아, 모로코 등에서 리튬 개발도 활발히 이루어지고 있습니다. 이에 따라 기존에 남미와 호주 중심으로 이루어지던 리튬 개발이 아프리카에서도 활기를 띠고 있습니다. 이 밖에도 모잠비크에서는 연간 20만 톤 이상의 천연흑연을 생산하고 있고, 천연흑연 매장이 풍부한 탄자니아와 마다가스카르에서도 개발 프로젝트들이 진행되고 있습니다.

중국은 일찍부터 아프리카 핵심광물 확보에 나섰습니다. 그 결과 아프리카 코발트의 약 70%를 중국 기업들이 확보했으며, 최근에는 리튬 확보를 위해 짐바브웨, 나미비아 등에 대규모 투자를 하고 있습니다.

한편 유럽과 미국은 중국의 아프리카 핵심광물 독점을 막기 위해 아프리카 광물부국들에 자금 및 기술 등을 지원하며 협력을 강화하고 있습니다. 특히 미국은 2022년에 「핵심광물 안보 파트너십(MSP)」을 만들어 유럽과 일본, 한국 등과 협력을 추진하고 있습니다.

한국 기업들의 아프리카 핵심광물 계약은 아직 미미한 실정입니다. 가장 큰 규모의 투자가 진행되고 있는 곳은 마다가스카르의 암바토비 니켈 광산 및 제련 부문으로 이 프로젝트에는 한국광물자원공사와 포스코인터내셔널 등이 참여하고 있습니다. 이 밖에 포스코그룹이 탄자니아와 마다가스카르에 천연흑연 확보를 위한 지분을 투자했으며, LG화학도 모로코에서 중국의 화유그룹과 리튬 양산을 위한 공장 설립에 나섰습니다.

포스코그룹은 천연흑연 확보를 위해 포스코인터내셔널이 마다가스카르, 탄자니아와 ‘흑연 공급망 구축 업무 협약’ 체결했고, 포스코홀딩스는 탄자니아 흑연 광산을 보유 중인 블랙록마이닝의 지분 15%를 인수했습니다.

앞에서도 언급했듯이 포스코그룹의 이차전지소재 핵심광물 수입은 중국 비중이 높습니다. 지금까지는 중국으로부터 안정적으로 공급받아 양극재와 음극재를 생산하고 있지만 미중 갈등의 고조, 중국의 핵심광물 수출 통제 등에 따른 공급망의 리스크 대비가 필요합니다. 따라서 포스코그룹은 이차전지소재 관련 안정적인 공급망 확보를 위해 광물이 풍부한 국가에서 글로벌 기업들과 협력을 통해 핵심광물을 확보하고자 합니다. 아프리카에서의 천연흑연 확보도 그 일환이라고 할 수 있습니다.

포스코그룹은 1996년 크롬 확보를 위해 남아프리카공화국 현지 업체와 생산 합작 법인을 만들어 진출한 경험이 있고, 2006년에는 포스코인터내셔널이 마다가스카르 암바토비 니켈 광산에 투자를 했습니다. 그러나 이후에는 아프리카 광물 투자가 주춤해졌고, 최근에야 이차전지소재 핵심광물 확보가 중요해지면서 탄자니아와 마다가스카르에 천연흑연 확보를 위한 지분 투자를 시작했습니다.

다만 현재도 흑연 이외의 핵심광물에 대한 투자는 본격적으로 이루어지지 않고 있습니다. 이는 아프리카의 높은 정치적 리스크와 열악한 인프라 등으로 초기 자본투자 비용이 크기 때문입니다. 그러나 과도한 중국 의존에서 벗어나기 위해서는 한국 정부의 지원과 미국의 핵심광물 안보 파트너십 등을 바탕으로 유럽, 일본 기업 등 글로벌 기업과의 협력을 통해 향후 아프리카 핵심광물 투자는 반드시 필요한 부분으로 여겨집니다.