탄소중립을 위한 친환경 기술 혁신 중 친환경 배터리

미국과 중국, 그리고 전 세계는 전기차 배터리와 에너지저장장치(ESS)에 초점을 맞추고 있습니다. 특히 전기차 배터리, 특히 리튬이온 배터리는 미국 IRA 법률과 중국 정책 'Made in China 2025'에서 다루는 주요 영역입니다. 즉, 각국이 배터리 분야에서 기술적 우위를 점하기 위해 경쟁하는 분야를 정의한다면, 그것은 화학성분 측면에서 전기차와 리튬이온 배터리를 위한 산업용 배터리입니다. 따라서 본 보고서는 배터리 산업 전반에 걸친 패권 경쟁에 대한 논의로 시작하지만, 배터리 가치의 연쇄와 배터리 생태계에 사용되는 리튬이온 배터리로 제한됩니다.

 

배터리는 전기차 외에도 에너지저장장치(ESS), 스마트폰, 위성 및 태양전지 등 충전 및 방전이 필요한 다양한 영역에서 사용됩니다. 배터리의 광범위한 사용과 높은 시장 성장은 배터리 산업이 미래에 창출할 막대한 부가가치를 의미합니다. 기후 위기는 단기적으로 해결되지 않은 문제이기 때문에 온실가스 배출을 줄이기 위한 에너지원으로 전기를 사용하는 경향이 증가하고 있습니다.

원자재 확보 

리튬 제련 시장은 광물에 초점을 맞추고 있으며 광물 추출에서 광물 추출에 이르기까지 수직적으로 통합된 기업과 용해 기술 분야에서 전문화된 기업과 경쟁하고 있습니다. 탄산리튬과 수산화리튬 생산자를 살펴보면 리튬은 호수나 광산에서 추출돼 업스트림에서 중거리까지 밸류체인이 연결돼 있음을 알 수 있습니다. 예를 들어 간평리튬은 장시성 낭도에 리튬 광산을 보유하고 있을 뿐만 아니라 호주와 아일랜드에 리튬 광산을 운영하고 있으며 아르헨티나에 염호와 멕시코에 점토 광산을 가지고 있습니다. 동시에 중국, 호주, 아일랜드에서 리튬을 생산하는 4개의 공장을 운영하고 있습니다. 미국 알버 말도에는 탄산리튬과 수산화리튬 제조시설과 리튬광산과 염호도 있습니다. 2019년 생산능력은 탄산리튬 4.5만 톤, 수산화리튬 4만 톤으로 총 8.5만 톤(탄산리튬 등가)으로 25%의 시장점유율을 보였습니다.

 

구리나 니켈과 같은 광물 추출 부산물로 주로 생산되는 코발트는 매우 광범위한 지역 자원을 가지고 있습니다. 세계 코발트 매장량의 절반이 DRC에 저장돼 있지만 세계 생산량의 3분의 2가 DRC에서 생산되기 때문에 생산도 이뤄지는 것.

그런데 코발트 용해 시장을 살펴보면 가장 큰 역할은 콩고민주공화국이 아니라 중국입니다. 에너지 경제 연구소에 따르면 중국은 세계 제련용 코발트 시장의 약 64%를 차지하고 있습니다. 즉, 코발트는 콩고민주공화국에서 중국으로 수입되어 코발트 용융을 전문으로 하는 중국 회사가 배터리용 코발트로 가공했습니다. 2021년 기업별 코발트 생산량 전망에 따르면 중국의 코발트 생산량은 유미코아(중국 생산 제외), JRV(Jervois Mining), 글렌코어보다 훨씬 높은 것으로 나타났습니다. 하지만 중국의 경우 기업별 데이터가 공개되지 않아 국가 차원에서 산출됐습니다.

 

니켈 용해 시장에서 주목해야 할 니켈 황산염 시장은 리튬 광업이나 용해와 같은 수직 통합 기업과 용해 기술을 전문으로 하는 회사가 혼합된 시장입니다. 니켈 황산염 시장에서 가장 중요한 그룹을 살펴보면 중국의 진천그룹, 러시아의 노릴스크 니켈, 일본의 스미모토메탈마이닝은 밸류체인에 수직적으로 통합된 회사로 간주합니다. 친촨 그룹은 파푸야뉴기니의 라무 프로젝트와 같은 업스트림 사업부를 운영하고 있으며 17만 톤의 황산을 생산할 수 있어 니켈 황산 시장에서 세계적인 선두 주자. 스미모토메탈마이닝도 2021년 약 86만 톤의 니켈을 생산해 음극과 배터리 재활용을 추가로 생산하면서 밸류체인을 포괄적으로 수직적으로 통합할 계획입니다. 국내에서는 니켈 광석에서 고순도 니켈 생산에 이르기까지 수직 통합을 실시하고 있습니다.

업스트림 및 레거시 배터리 투자로 배터리 원료 확보

배터리 시장 참가자들과의 경쟁과 협력의 가장 눈에 띄는 점은 배터리 원료 확보에 있어 광범위한 협력입니다. 배터리 셀 제조업체는 배터리 미네랄을 확보하거나 폐배터리에서 원료를 추출하기 위해 적극적으로 노력하고 있습니다. 그들은 원료를 확보하기 위해 전기에 투자할 뿐만 아니라 재활용을 통해 원료를 추출하는 데도 신경을 씁니다. 배터리 셀 메이커 외에 바인더나 양극 재료를 생산하는 배터리 재료 메이커나 용해 기술을 전문으로 하는 회사도 원재료에 의존하고 있습니다. 배터리 제조에 직접 관여하고 있는 테슬라는 이미 니켈과 흑연 공급 계약을 체결했습니다.

재활용 원료부터 배터리에 이르기까지 친환경 순환 시스템 구축

폐배터리 재활용은 실리콘 배터리에서 희토류 금속을 추출하는 것에만 국한된 것이 아닙니다. 마지막으로, 폐기된 배터리 원료를 포함한 배터리는 생산되어야 하며, 이는 원재료 확보, 재료 생산 및 배터리 셀 생산 등 전체 가치사슬에 영향을 미칩니다. 즉, 재활용된 원료 추출부터 배터리 셀 생산까지 친환경 폐쇄 루프 시스템을 구축하는 것입니다.

 

환경친화적인 순환 시스템을 구축하기 위해 특정 기업은 단독으로 또는 자회사 또는 제휴 기업과 협력하여 설립할 수 있습니다. 재활용 기반 순환 시스템 구축의 대표적인 사례는 벨기에의 유미코어와 한국의 SK그룹. 유미코어는 음극 재료를 포함한 다양한 배터리 재료의 제조업체이자 폐배터리 1위 업체입니다. → 배터리 재료 생산→폭스바겐과의 합작회사는 안정적인 유통 채널을 보장하기 위해 설립되었습니다. 유미코어는 폐배터리에서 금속을 추출하기 위해 습식 용해 프로세스뿐만 아니라 건조 용해 프로세스도 사용하여 코발트와 니켈을 포함한 다양한 금속을 회수합니다. 이 회사는 벨기에 호보컨 지역에서 재활용 공장을 운영하고 있으며 2021년 유미코어 재활용 사업으로 11억 8천만 유로의 매출을 올리고 있습니다. 유미코어는 또한 바인더 시장의 리더이기도 합니다.

배터리 구조 혁신

연결 강도가 증가하는 배터리 생태계의 경쟁 역학 영역을 살펴보면 배터리 셀 제조사와 자동차 제조사 간 관계가 대표적입니다. 전기차 비용의 40%가 배터리에서 발생하기 때문에 완성차 업체는 배터리 셀 제조업체와 협력하여 비용을 절감하려고 합니다. 배터리 셀 제조사는 안정적인 유통 채널을 확보하고 고객을 확보하여 배터리 제조 시 규모의 경제를 달성하고자 합니다.

 

배터리 셀 제조사와 완제품 차량 간의 적극적인 협력은 전기차 시장의 성장이 점차 가속화되고 있음을 보여줍니다. 전기차 시장의 성숙은 배터리 분화를 통한 전기차 부문의 다양화로 이어집니다. 과거와는 다른 등급의 다양한 전기차가 시장에 출시되고 있으며, 시장이 성숙함에 따라 미래에도 계속 제공될 것입니다. 차별화는 비용 절감, 설계 차별화 및 성능 향상 등 다양한 요소로 이어질 수 있습니다. 전기차의 경우 배터리는 차량의 구조, 설계 및 거리에 영향을 미쳐 비용의 상당 부분을 차지합니다. 즉, 배터리의 성능과 가격은 전기차의 혁신을 결정하는 중요한 요소입니다.

 

그동안 전기차의 혁신은 배터리 성능에 달렸습니다. 즉, 단일 부하로 주행할 수 있는 차량의 개발이 최우선 과제입니다. 배터리 성능 향상을 위한 연구개발이 꾸준히 진행되고 있는 가운데 배터리 셀 제조사와 자동차 업계도 배터리 구조에 혁신을 꾀하고 있습니다.

결론

차세대 배터리 기술은 미래 배터리 산업의 핵심 경쟁 분야로 여겨져야 합니다. 차세대 배터리 기술은 아직 성숙하지 않아 연구개발 단계에서 경쟁역학을 분석할 때 명확하지 않습니다.

차세대 배터리는 고체 배터리뿐만 아니라 리튬 황 배터리, 리튬 금속 배터리, 리튬 공기 배터리, 나트륨 이온 배터리 및 마그네슘 이온 배터리도 포함한 다양한 유형의 시장에 출시됩니다. 이 장에서는 업계에서 차세대 리튬 이온 전지를 대체할 것으로 여겨지는 고체 전지에 초점을 맞췄습니다.

고체 전지는 리튬 이온의 경로를 나타내는 액체가 아니라 고체로서 전해질을 사용하는 전지입니다. 또 다른 장점은 고체 전지가 리튬 이온 전지보다 더 높은 에너지 밀도를 가능하게 하여 높은 출력과 더 넓은 온도 범위를 제공한다는 것입니다.