[르포] 양극재 이물질, 폐배터리 불순물과 사투…포스코퓨처엠 '품질 전쟁'

포스코그룹, 광양 율촌산단 내 이차전지 콤플렉스 구축…양극재 생산에 폐배터리 재활용까지

에어샤워에 공기 이송 시스템 등 눈길…폐배터리에서는 年 2.5만톤 리튬 생산

포스코퓨처엠 광양 양극재 공장 직원이 공장 내 소성로에서 양극활물질 제조를 위한 고온 열처리 장비를 점검하고 있다.(포스코 제공) ⓒ News1 박종홍 기자

(광양=뉴스1) 박종홍 기자 = "양극재 공정은 반도체 수준의 엄격한 품질 관리 절차를 거칩니다"

25일 전남 광양 율촌산업단지 내 포스코퓨처엠 양극재공장은 이물질로부터 양극재를 보호하기 위한 절차들로 가득했다. 공장에 들어가기 위해선 안전모와 안전화 위에 덧모자, 덧신을 덧대어 신어야 했고 에어샤워도 거치며 몸에 붙은 먼지를 털어내야 했다.

김찬휘 포스코퓨처엠 광양1공장 부공장장은 양극재 원료들 역시 에어샤워를 거쳐야 공장 안으로 들어올 수 있다고 설명했다.

◇배터린 수명 긴 단결정 생산…광양 양극재 공장

철강을 생산해 온 포스코가 미세 입자와의 사투를 벌이는 이유는 이차전지 소재 풀 밸류체인 완성을 그룹 차원의 목표로 삼고 있기 때문이다. 배터리 제조만 제외하고 원료 확보 및 생산, 소재 생산, 사용 후 배터리 리사이클링(재활용)까지 모든 과정의 생산 능력을 갖추겠다는 것이다.

특히 전기차 캐즘(일시적 수요 침체)에도 불구하고 포스코는 흔들리지 않고 배터리 원료·소재 생산에 사력을 다하겠다는 입장이다. 장인화 포스코그룹 회장은 최근 "자동차 시장은 결국 전기차로 전환될 것이다. 캐즘의 시기를 내실을 다지기 위한 기회로 삼아 신규 투자 기회를 지속 발굴해 나가겠다"고 밝히기도 했다.

포스코는 연간 15만 5000톤의 양극재를 생산하고 있는데 2년 뒤인 2026년까지 39만 5000톤, 2030년까지 100만 톤으로 캐파(생산능력)를 늘리겠다는 계획이다.

포스코퓨처엠 광양 양극재 공장 소성로에서 고온 열처리 공정을 마친 양극재의 모습.(포스코 제공)ⓒ News1 박종홍 기자

특히 광양에는 연간 9만톤(전기차 약 100만 대 생산 가능)을 생산할 수 있는 양극재 공장을 포함해, 사용 후 배터리 리사이클링(포스코 HY클린메탈), 수산화리튬 생산(필바라리튬솔루션) 등이 집약된 이차전지 소재 콤플렉스가 구축돼 있어 협업과 물류에서 이점이 있다.

에어샤워를 마치고 들어선 1공장에선 양극재 재료들에 고온이 가해지는 소성 작업이 한창이었다. 이물질이 조금이라도 포함되면 품질이 저하될 수 있는 만큼 양극재 재료들은 외부와 차단된 밀폐된 컨테이너와 컨베이어 벨트로 이뤄진 소성로에서 사가(saggar·그릇) 안에 담겨 천천히 구워지고 있었다.

포스코 관계자는 "소성로는 양극재 재료들이 다 구워지는 데 꼬박 하루가 걸릴 정도로 천천히 움직인다"고 설명했다.

광양 양극재 공장에선 특히 다결정이 아닌 단결정 양극재도 생산되고 있다. 단결정 양극재는 원료를 하나의 입자 구조로 결합한 것으로 전해질이 사이사이에 침투할 수 있는 다결정 양극재에 비해 배터리 팽창을 억제하고 수명도 길어진다.

광양 공장에는 생산된 양극재 품질을 신속하게 검사할 수 있는 공기 이송(에어 슈팅) 시스템도 갖춰져 있었다. 양극재에서 추출한 샘플을 공기의 압력을 이용해 파이프라인을 통해 1㎞ 정도 떨어진 품질분석동까지 보낸다는 것이다. 김 부공장장은 "작업자 로스(loss·손실) 없이 편하게 샘플을 분석하는 시스템"이라고 말했다.

포스코HY클린메탈 공정 중 원료인 블랙매스에서 금속을 추출하고 불순물을 제거하는 침출공정.(포스코 제공)ⓒ News1 박종홍 기자

◇"리사이클링은 불순물과 전쟁"…연간 폐차 10만대분 배터리 재활용

양극재 공장이 이물질 유입을 차단하기 위해 사투를 벌이고 있다면 인근 HY클린메탈 공장은 불순물 제거에 심혈을 기울이고 있었다. 송민석 포스코 HY클린메탈 상무보는 "리사이클링 산업은 한마디로 불순물과의 전쟁"이라고 말했다.

향후 전기차 시장이 커지면 폐배터리 관련 시장도 급성장할 것으로 예상된다. 폐배터리에 함유된 리튬·니켈 등의 유가(有價) 금속 재활용이 가능하기 때문이다.

HY클린메탈 공장은 사용 후 배터리 재활용 공정이 주 업무로, 폐배터리를 분쇄한 블랙 매스에서 리튬·니켈 등을 추출하고 있다. 블랙매스는 800㎏이 들어간 톤백 하나에 40~45%의 유가 금속이 함유돼 있고 500만~1000만 원 상당의 가치가 있다고 한다.

블랙매스를 황산에 녹여 액화(침출)시킨 뒤 산소고압·증발 등의 과정을 거쳐 불순물을 걸러내고 니켈·코발트·망간·리튬 등을 추출한다. HY클린메탈 공장은 연간 전기차 폐배터리 최대 10만 개에 해당하는 블랙매스 1만 2000톤을 통해 니켈 2700톤, 황산코발트 800톤, 탄산리튬 2500톤, 망간 700톤 정도를 생산한다. 톤당 500만 원의 니켈, 700만 원의 황산코발트, 100만 원의 망간, 2000만 원의 탄산리튬이 재탄생하는 셈이다.

송 상무보는 "중소 규모의 회사는 리튬을 제외한 나머지 금속은 기술력이 안 돼 (추출하지 못한다)"며 "저희는 모든 공정을 다 갖고 있고, 찜통에 산소를 가압해 한 번 더 짜내는 방식으로 마지막 1그램까지 회수하고 있다"고 강조했다.

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