[르포]포스코퓨처엠, 축구장 75개 부지에 양극재 풀밸류체인 갖췄다

[전남 광양=이데일리 하지나 기자] 세계 최대 규모 제철소인 포스코 광양제철소로부터 20km가량 떨어진 전남 광양 율촌산업단지에는 포스코그룹의 새로운 역사가 쓰여지고 있다.

축구장 약 75개 규모의 부지에는 전기차 100만대의 규모의 양극재를 생산하는 포스코퓨처엠 양극재 광양 공장과 전구체 공장, 최근 가동을 시작한 폐배터리 재활용업체 포스코HY클린메탈 리사이클링 공장, 막바지 공사가 한창인 수산화리튬을 생산하는 포스코필바라리튬솔루션 공장이 나란히 들어서 있다. 말 그대로 원료와 소재, 재활용에 이르기까지 포스코그룹내 이차전지 소재 사업의 밸류체인 경쟁력이 집약되고 응축된 곳이다.

◇단입자가 대세…NCA·NCMA 각 6000t 생산

지난 20일 포스코퓨처엠 양극재 광양 2공장(3·4단계) 내부로 들어서자마자 왼편으로 소성용 도가니가 빼곡히 쌓여 있다. 2공장에는 총 6개 라인이 쉴 새 없이 돌아가고 있다. 1개 라인당 소성로는 3개씩으로, 총 18개의 소성로가 가동 중인 셈이다.

소성로에는 3단4열로 쌓인 도가니가 줄지어 이동 중이다. 도가니에는 전구체와 리튬이 섞인 검은색 분말가루들이 시루떡처럼 담겨 있다. 소성(열처리)과정 및 분쇄, 해쇄, 분급, 탈철 등을 거쳐 제품 생산까지는 꼬박 3일이 걸린다고 한다.

포스코퓨처엠 최욱 양극재생산부장이 양극재 광양공장에서 단입자 양극재 제품을 소개하는 모습

이곳에서는 NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄), NCA(니켈·코발트·알루니늄)를 생산하고 있다. 연간 생산량만 6만톤(t)으로, NCMA는 미국 LG에너지솔루션과 제너럴모터스(GM) 합작사인 얼티엄셀즈, NCA는 삼성SDI에 보내지고 있다.

특히 포스코퓨처엠은 지난 4월부터 단입자(소입경) NCA·NCMA를 양산해 글로벌 고객사에 납품하고 있다. 기존에 흔히 생산되고 있는 양극재는 다결정(대입경) 양극재다. 니켈, 코발트 등 여러 금속들이 뭉쳐져 있는 형태이기 때문에 충·방전이 반복되면 쉽게 틈이 벌어질 수 있다. 이같은 문제를 해결한 것이 단입자 양극재다. 다만 공정은 더 까다롭다. 작고 단단해서 소성 온도가 약 100도가량 더 높고 해쇄 작업이 추가로 필요하다. 품질관리도 어렵다.

최욱 양극재생산부장은 “단입자 양극재는 크기가 작은만큼 표면적은 더 크다”면서 “그러다보니 물에 잘 반응하는 리튬 특성상 공기 접촉시 불량이 발생할 가능성이 크다”고 설명했다.

포스코퓨처엠은 최상의 제품을 생산하기 위해 공장내 2000개의 CCTV와 AI시스템, 샘플자동분석 시스템을 갖추고 있다. 최 부장은 “AI시스템을 활용해 공정 중에 문제점이 발생할 경우 CCTV모니터에서 빨간불이 들어오도록 되어 있다”면서 “또 1~4단계 생산라인 당 7개 구간에서 초당 5m 속도의 에어슈팅(공기이송)방식으로 샘플을 채취한 뒤 품질검증실에서 크기와 성분, 이물질, 수분 등을 분석하고 있다”고 말했다.

포스코퓨처엠은 하이니켈보다 단입자 양극재 품질을 높이는 것에 더 주안점을 두고 있다. 손동기 양극소재실장은 “현재 니켈 비중 90% 양극재 개발을 끝내 상용화 단계에 있고 니켈 96% 양극재도 개발 완료한 상태지만 최근에는 하이니켈보다는 미들니켈에 단입자로 가는 추세”라고 설명했다. 포스코퓨처엠은 1개 라인에서 단입자 NCA 6000t 생산하고 있으나 이를 7800t까지 늘릴 계획이다. 단입자 NCMA(6000t)도 생산량을 지속 확대할 방침이다.

◇P-필바라, 4.3만t 리튬 생산..광양 양극재 원료 내재화 충분

이날 두번째로 방문한 곳은 포스코퓨처엠 양극재 공장의 오른편에 위치한 포스코필바라리튬솔루션 공장으로 공사가 한창 진행 중이었다. 7월 현재 공정률은 54.5%로 2공장은 오는 10월, 1공장은 내년 2월 준공될 예정이다.

포스코홀딩스(82%)와 호주 리튬광산업체 필바라미네랄즈(18%)가 합작해서 만들어진 이곳에서는 리튬 광산으로부터 채굴한 리튬정광에서 수산화리튬을 생산한다.

포스코그룹이 광양시 율촌산업단지에 축구경기장 약 75개 규모로 조성한 이차전지소재 콤플렉스 전경.(사진 왼쪽부터 시계 방향으로) 포스코퓨처엠, 포스코필바라리튬솔루션, 포스코HY클린메탈

1공장은 기존 상용공정 방식을 그대로 적용한 반면, 2공장은 포스코만의 새로운 방식을 도입했다. 이복형 포스코필바라리튬솔루션 경영기획실장은 “황산리튬에 가성소다(수산화나트륨)를 넣어 수산화리튬을 만드는 것이 기존 방식이라면 포스코형은 전기투석법을 활용한 것이 차이점”이라면서 “리스크 분산 차원에서 2가지 방식 모두 도입하기로 했다”고 말했다.

마지막으로 포스코퓨처엠 양극재 공장과 포스코필바라리튬솔루션 공장 아래쪽에 폐배터리를 재활용하는 포스코HY클린메탈 공장이 있다. 지난 7일 준공한 포스코HY클린메탈은 올해 초 이미 공장 가동에 들어서 5월부터 본격 생산에 돌입했다. 연간 1만2000t의 블랙파우더(폐배터리를 파쇄한 분말)를 처리해 니켈 2500t, 코발트 800t, 탄산리튬 2500t을 뽑아낸다.

이로써 포스코그룹의 이차전지 소재 사업은 풀밸류체인을 완벽하게 구축하게 됐다. 실제로 포스코퓨처엠 양극재 광양 공장에서 9만t의 양극재를 생산하는데 필요한 리튬은 4만1000t 가량인데, 필바라리튬솔루션으로부터 생산되는 리튬(4만3000t)만으로도 충분하다.

포스코퓨처엠은 광양 이차전지 소재 콤플렉스를 통해 글로벌 경쟁력을 더욱 높이겠다는 계획이다. 핵심 원료를 국내 가공 및 생산해 중국 의존도를 낮추고, 미 인플레이션 감축법 · EU 핵심원자재법 등 공급망 이슈에도 효과적으로 대응할 수 있을 전망이다. 포스코퓨처엠 관계자는 “광양 공장 및 포스코그룹의 ‘풀 밸류체인 전략’을 바탕으로 2030년 양극재 연산능력을 100만t으로 끌어 올리겠다”고 밝혔다.