하루 한 권_배터리 전쟁[루카스 베드나르스키]

선정이유

"배터리 사업의 놀라운 가치사슬을 탐험해보자! 
소재부터 부품, 장비까지, 배터리 산업은 어떻게 이어지고 성장하는 걸까?

이 책은 배터리 사업의 경제지도를 조명하며, 산업 내에서 어떤 동향과 성장세를 보이는지 알려준다. 배터리 기술의 혁신과 수요 증가에 따라 어디까지 성장할 수 있는지에 대한 질문을 던지고, 그에 대한 통찰력 있는 답을 찾아보자.

배터리 산업은 현재와 미래의 경제적 중요성을 갖는 분야이다. 이 책은 그 가치와 잠재력을 파악하며, 독자들에게 배터리 사업에 대한 흥미와 궁금증을 일깨워줄 것이다. 함께 배터리 산업의 성장과 가능성을 탐험해보자!"

작가소개 루카스 베드나르스키

세계 최고의 금융서비스 기업 S&P글로벌(S&P Global)의 수석 애널리스트다. 배터리 산업 전문가로, 리튬, 흑연, 망가니즈 등 주요 배터리 물질과 기타 양극재 및 음극재 물질의 시장 흐름을 분석하고, 관련 산업과의 연계 솔루션을 개발한다. 전 세계 150개국, 1만 5000개 이상의 기관과 기업이 그의 시장분석을 바탕으로 미래를 설계하고 있다. 

 

3분요약

중국은 2015년에 중국제조2025를 발표했다. 전기자동차와 배터리, 리튬 산업 육성을 최우선 과제로 선정한 바 있다. 한편 폭스바겐은 22025년까지 리튬 이온 배터리로만 가종되는 모델을 30종 내놓겠다고 했으며, 2025년에 판매되는 모든 차량 중 순수 전기자동차의 비율은 25%에 달할 것으로 전망되기도 한다.

 

따라서 배터리 수요도 같이 늘어갈 수밖에 없다. 리튬 이온 배터리 수요는 2000년부터 2015년까지 30배 이상 증가했고, 2015년부터 2025년까지 10배 더 늘어날 것으로 전망되고 있다. 리튬 이온 배터리는 양극재에 따라 여러가지로 나뉜다.

 

지난 2~3년 간 전기자동차 분야에서는 대체로 성능이 뛰어난 NMC 양극재가 승리를 거두는 듯했다. 하지만 중국 기업 비야디가 관련 연구를 주도한 결과 LFP 양극재도 성능이 꾸준히 개선되고 있다. 양극재는 네 가지로 구분할 수 있다. NCA, NCM, LFP, 그리고 LCO로 구분된다.

 

첫 번째 NCA는 니켈 코발트 알루미늄 양극재를 말한다. 니켈의 함량이 80%로 높기 때문에 배터리 밀도가 높다는 것이고, 순간적으로 강한 에너지를 내기 때문에 불안정하다는 지적이 있다. 테슬라 모델 S에 이 양극재가 들어간다. 두 번째 NCM이 있다.

 

니켈 코발 망가니즈 양극재를 말한다. 중대형 배터리에 들어가는 양극재이다. 최근에는 니켈의 양을 늘리고 코발트의 양은 줄여서 에너지 밀도를 높이는 쪽으로 개량되고 있다.

 

세 번째는 LFP 양극재가 있다. 리튬 인산철 양극재로 니켈이 들어가지 않는 양극재이다. 니켈이 들어가지 않기 때문에 안정성이 높고, 코발트도 사용하지 않아서 가격이 저렴하다. 하지만 에너지 밀도가 높지 않아서 주행거리는 짧다.

 

네 번째는 LCO 양극재가 있다. 리튬과 코발트로 만들고 리튬 이온 배터리에 쓰는 가장 기본적인 양극재이다. 스마트폰에 들어간다. 가격이 비싸고 에너지 밀도가 낮기 때문에 전기자동차처럼 큰 전자 기기를 움직이는 데는 적합하지 않다.

 

국가별로 배터리 산업을 준비한 모양새는 다르다. 먼저 미국은 배터리 연구를 가장 먼저 시작한 나라다. 나치 독일에 맞서 최초의 원자폭탄을 개발하기 위해 만들었던 것이 NCM 양극재였고 이는 아르곤국립연구소에서 개발했다.

 

하지만 미국은 중국처럼 NCM 양극재를 생산하는 데는 실패했고, 미국 내에서 적은 양의 리튬이 생산된다고는 알려져있기는 한데, 정확한 생산량도 밝히지 않고 있다. 다음 일본이 있다. 일본 기업 소니는 리튬 이온 배터리를 최초로 상용화했고, 배터리를 대규모로 생산하기 시작한 첫 번째 나라였다.

 

핵심 부품 생산에서 우위를 가지고 있지만 방관자 신세를 갖고 있다. 한편 EU는 특이한 관점을 취하고 있었다. 배터리는 수많은 상품 중 하나로 공급량이 더 많을 것이라고 본 것이다. 즉 설비 과잉을 우려한 것인데, 이것은 타당한 걱정이었을 것이다.

 

결국, 2017년까지는 EU는 제대로 된 대응을 하지 않았고, 대신 LG화학은 2018년 부터 유럽에서 전기자동차 배터리 생산을 시작했으며, 삼성SDI도 헝가리에 배터리 공장을 설립해 2018년부터 가동을 시작했다. 그리고 스웨덴의 노스볼트는 2021년부터 가동을 시작했다. LG화학은 유럽 배터리 공장에서 연간 70기가와트시의 생산량을 확보하겠다고 했고, 노스볼트는 생산량을 32기가와트시까지 키우는 게 목표라고 밝혔다.

 

그런데 테슬라 모델3는 50킬로와트시 용량의 배터리를 사용하고 있기 때문에 32기가와트시의 생산량이라면 64만대의 테슬라 모델 3를 만들 수 있다는 계산이 나온다. 그리고 세계 각국이 발표한 배터리 공장 증설 계획을 모아보면 앞으로 10년 사이에 2테라와트시의 생산량이 더해진다.

 

테슬라 모델 3의 예로 들면 매년 4000만 대분의 배터리를 생산하게 되는 것이다. 2018년 한 해 동안 전 세계적으로 자동차 판매량은 9700만대, 그리고 2019년 전기자동차 판매량은 200만 대에 그쳤다. 배터리 생산은 앞으로 공급 과잉이 될까, 아니면 적정 수준일까.

 

폐배터리 재활용 산업에 대해 살펴보자. 중국에서는 전기자동차가 가장 먼저 가장 많이 팔렸다. 따라서 중국에서는 전기자동차 폐배터리가 대량 배출되는 최초의 국가가 될 전망이다. 2014년에는 수만 대가 팔렸지만 2018년에는 100만 대를 넘어섰고, 2019년에 는 전 세계에서 200만 대 이상의 전기자동차가 판매되었다.

 

따라서 2025년이 오기 전에 대량으로 판매된 전기자동차의 폐배터리가 쓰나미의 형태로 중국을 덮칠 것으로 예고되고 있다. 게다가 전기자동차 배터리를 유지, 보수하거나 분해할 수 있는 기술을 갖춘 인력은 세계적으로 부족한 상황이다. 중국에는 거린메이 그리고 유화코발트 같은 기업이 있다.

 

거린메이는 잘 아려지지 않았지만 거대기업이다. 매년 약 400만 톤의 폐 기물을 처리하고 있고 약 30만 톤의 폐배터리를 처리할 수 있는 것으로 알려져 있다. 참고로 2020년 중국에서 폐기된 리튬 이온 배 터리의 양은 약 50만 톤인데, 하나의 기업에서 처리하기에는 불가능한 양이다.

 

유럽에서 가장 큰 재활용 업체라도 폐배터리 1만 톤도 처리하지 못한다. 그래서 최근에는 중국 업체들이 유럽과 미국의 재활용 시장을 보고 있다는 소문도 있다. 그렇다면 중국이 폐배터리를 처리하는 방법은 두 가지가 있다. 서구에 신규 시설을 건설하거나 중국으로 수입하는 방법이 있다.

 

하지만 운송하는 것은 간단한 일이 아니다. 대부분의 해운 업체들은 리튬 이온 배터리 운송을 회피한다. 실제로 2020년 1월 아라비아 해 한가운데 떠 있던 중국 해운 업체 선박에서 페배터리 화재가 있었다. 게다가 위험 화물을 운송하려면 복잡한 서류 작업이 수반되는데 서류 문제를 처리하는 데 반년 이상 걸린다.

 

따라서 이 분야 산업은 다양한 변동성이 있다. 재활용 업체 간에 입찰 전쟁이 벌어져 가장 큰 금액을 낸 기업이 처리할 수도 있고, 전기자동차 생산 업체들이 폐배터리를 처리해 달라고 비용을 지불할 수도 있다. 또는 폐배터리를 자국 내에 묶어두고 값진 금속을 추출하도록 중국 정부가 개입해 관련 산업에 보조금을 지급할 수도 있다.

 

폐배터리 재활용 기업들이 우려하는 트렌드도 있다. 첫 번째는 배터리 사용 기간이 늘어나는 것이다. 중국에는 이미 전 기자동차 배터리를 재생해주는 기업들이 존재한다. 리튬 이온 배터리는 용량이 점점 감소하는 것은 피할 수 없는 일 이다.

 

하지만 모듈에서 가장 성능이 저하 된 셀들만 교체하면 배터리 성능은 다시 100%에 근접한다. 그리고 한번 쓴 전기자동차 배터리를 다시 전기자동차에서 사용하는 시장을 만들고자 나선 스타트업들이 있다. 실제로 중고 배터리는 시장에서 5000달러부터 1만 5000달러까지 가격대를 형성하고 있다. 중고 배터리를 거래하는 이베이와 유사한 온라인 플랫폼도 있다.

 

두 번째 배터리를 재사용하거나 제2의 삶을 부여한다. 여기에서 사용되는 개념이 재사용 사다리라는 것이다. 1979년 네덜란드의 한 정치인이 만든 개념이라고 한다. 전기자동차에서는 사용하지 못하지만 배터리의 성능이 떨어져도 되는 곳에서는 사용할 수 있다. 예컨대 자동차 배터리를 모아 풍력발전소나 태양광발전소의 에너지 저장소로 사용하는 것 또는 병원이나 데이터 센터의 예비 전력 저장소로 사용할 수 있다는 것 이다.

 

세 번째 배터리와 관련한 데이터 산업이 있다. 일반적으로 전기자동차는 배터리와 관련한 정보를 생산 업체에 계속 전송한다고 한다. 고급 전기자동차의 경우 5G 통신이 가능한 모뎀을 통해 매시간 5기가바이트의 데이터를 전송한다. 이는 배터리 매니지먼트 시 스템을 업그레이드 하는데 매우 중요한 데이터가 된다는 것이다. 따라서 이 데이터와 관련된 사업이 일어날 수 있다.

 

다음으로 전기비행기 대한 미래 산업을 보자. 전 세계에서 200여 개의 전기비행기 프로젝트가 진행 중이라고 한다. 작은 기업도 있고, 에어버스나 롤스로이스 같은 대형 기업도 있다. 제트연료의 에너지 밀도는 킬로그램당 약 1만 2000와트시라고 하고, 리튬 이온 배터리의 최대 에너지 밀도는 킬로그램당 250와트시에서 300와트시로 제트연료의 40분의 1 수준이다.

 

아직 현실적으로는 부족한 수준이다. 물론 배터리의 발전 속도는 불이 붙었고, 지난 3년 동안만 연구 논문이 무려 5만 3000편이 발표되고 있지만 배터리에는 무어의 법칙이 존재하지 않는다. 전기비행기와 관련해서는 3가지 접근법이 있다.

 

첫 번째는 전기모터가 화석연료에서 얻는 추진력을 대체하는 방법이다. 세계 최초 로 전기만으로 움직이는 비행기는 개조된 비행기였고, 아직은 작은 비행기에만 적용할 수 있다.

 

두 번째는 하이브리드 비행기를 만 드는 것이다. 에어버스와 같은 기업들이 사용하는 방법이다. 네 개의 제트엔진 중 하나를 전기모터로 대체하는 것이다. 세 번째는 테슬라처럼 전기비행기를 완전히 새로 만드는 것이다. 이스라엘 회사 중 이비에이션이라는 회사가 있다. 앨리스라고 명명된 모델은 9 명의 승객을 태우고 1000킬로미터까지 비행할 수 있다. 앨리스의 동력에는 NMC 양극재가 들어간 820킬로와트시 용량의 리튬 이온 배터리가 사용된다. 무게만 3.7톤이고, 전체 무게의 60%를 차지한다. 앨리스의 배터리는 한국의 특수 리튬 이온 배터리 생산 업체 코캄에서 만든다. 아무튼 이 배터리는 너무 무거워 서 9400개 셀을 천장과 바닥, 날개 등 기체 곳곳에 배치했는데, 2019년까지 150대가 수주되었다.

 

마지막으로 전기선박에 대해서 살표보자. 대형 화물선은 하루에 중유 225톤을 사용하고, 연료 탱크 한개에 1만 6천 톤의 중유를 보관할 수 있다. 선체에 거대한 배터리를 분산 배치하고 상대적으로 작은 크기의 전기모터를 넣어 공간을 활용한다는 가정으로 전기 선박이 만들어지고 있다. 물론 에너지 밀도가 높은 거대한 배터리를 사용하게 되면 안전이 중요한 쟁점이 된다. 하늘이든 바다든 배 터리 안에서 연쇄적인 온도 상승이 일어나면 화재로 이어지기 때문이다.

 

캐나다의 에너지 기업 스털링플랜B라는 회사는 선박에서의 배터리 화제에 대비한 솔루션을 개발하고 있다. 이 회사는 흐르는 물로 열을 식히는 냉각 파이프로 개별 셀을 둘러싸는 액체 냉각 시스템을 개발했다. 슈퍼 컴퓨터도 물로 냉각하기 때문에 배터리 냉각에도 적용한 것이다.

 

한편 일본은 리튬 이온 배터리로 움직이는 하이브리드 잠수함을 공개했는데, 일본어로 큰 고래를 뜻하는 타이게이는 2차 세계대전 이후 개발된 가장 큰 잠수함이다. 승조원이 70명이며, 타이게이는 배터리로 움직일 때는 소음이 거의 발생하지 않아서 탐지가 어렵 다고 알려져 있다. 이동 가능 거리는 공개하지 않았다.

한줄평

"에코프로의 미친듯한 상승이유가 알고싶은가"