[지식정보] 탄소중립과 이차전지(배터리)

포스코경영연구원은 최근에 ‘POSRI 이슈리포트, 탄소중립, 이차전지도 피해갈 수 없다‘라는 보고서를 발표했다. 주요 내용을 보면, 이차전지(배터리) 관련 다양한 ESG 이슈가 존재하는 가운데, 탄소 배출관리가 향후 산업의 핵심 경쟁요건으로 부상하고 있다. EU의 선도적 규제 예고 가운데 미국도 유사 규제 방향을 잡고 있다. 주요 완성차사는 부품사 등 공급망 대상으로 CO2 배출관리 범위를 확장하고 있다. EU 등 후발국은 이차전지 산업의 저탄소 트렌드를 역내 산업 기반 확대 및 지역 패권 장악을 위한 기회로 활용하고 있다. 이차전지 성장 측면에서 국내 소재 점유율이 증가하고 있는 가운데, 친환경 경쟁력이 국내 소재산업 생태계의 장기 생존력을 평가할 시금석이 될 가능성이 높다. 국내 소재 산업의 생태계 강화를 위해, 저탄소 전력 공급 등 친환경 경쟁력 확보를 위한 실질적 지원정책이 필요하다. 여기서 중요한 건 이차전지 핵심 원자재의 중국 의존도가 높아 비축 전략을 짜야 한다. 포스코경영연구원 자료와 매일경제 기사 내용을 요약 정리하였다.

자료:

포스코경영연구원, ‘POSRI 이슈리포트, 탄소중립, 이차전지도 피해갈 수 없다‘, 박수항 수석연구원, 신성장연구실, 2021.10.13.

매일경제 https://www.mk.co.kr/news/economy/view/2021/11/1061044/

델코지식정보

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1. 이차전지와 저탄소

이차전지 관련 다양한 ESG 이슈가 존재하는 가운데, 탄소배출 관리가 향후 산업의 핵심 경쟁요건으로 부상

이차전지는 코발트, 니켈 등 핵심원료가 저개발국 특정 지역에 편재되어 있다. 이런 탓에, 수질오염, 아동노동, 용수 부족 등 다양한 ESG 이슈가 지속 발생하고 있다. 이들 광산 인근 지역 주민과의 갈등을 해소하고, 광물 사용 등 원료 채굴과 관련 다양한 문제 해결 없이는 사업 추진이 어려워진다.

최근 전 세계적으로 탄소 중립이 주요 화두로 떠오르고 있다. 이차전지 산업에서도 CO2 배출 관리가 핵심 경쟁요건으로 부상하는 모습

CO2 배출량은 LCA(Life Cycle Assessment, 생애주기평가) 관점에서 평가되기 때문에, 최종제품 배출량을 감축하기 위해선 결국 ‘원료-소재-부품’을 포함한 全 단계의 저감이 선행되어야 한다.

LCA는 ‘원료-제조-사용-폐기’의 전 밸류 체인 과정을 누적해서 평가.

주요국들은 핵심 수요산업인 전기차를 중심으로 이차전지와 관련된 탄소배출을 관리하기 위한 제도적, 전략적 움직임

EU의 선도적 규제 예고 가운데 미국도 유사 규제 방향

EU, 24년부터 역내에서 판매되는 이차전지의 Carbon Footprint* 신고 의무화 추진

*제품의 생산-사용-폐기 과정에서 발생하는 CO2의 총량

역내 확보된 재생에너지 기반을 활용하여, 이차전지 후발주자로서 친환경 경쟁력을 차별화 요인으로 활용하려는 전략적 배경

25년 유럽시장 전기차용 이차전지 자급 목표로 유럽 내 원료자급비율을 높이기 위한 공급망 구축



주요 시장 가운데 미국과 유럽 규제를 벤치마킹하고 유사 제도의 도입 가능성을 시사.

중국/한국은 아직 직접적 규제는 없으나, 주요 수출국으로서 글로벌시장 대응 차원의 제도 마련 추진 중.



주요 완성차사는 부품사 등 공급망 대상으로 CO2 배출관리 범위 확장

완성차사 탄소중립 목표 수립에 따라 이차전지를 비롯한 부품사에 CO2 배출관리 동참 요구. 원료 및 소재 공급망 관리계획 단계, CO2 배출 저감위한 재생에너지 사용 확대 등을 계약 조건에 반영 요구



완성차사가 직접 ESS 재사용 사업 등에 참여해, 전기차용으로 수명이 다한 이차전지의 사용주기를 증대시키거나, 리사이클링 통해 CO2 저감 도모.

탄소저감에 대응하는 한편, 장기적으로는 시장 잠재력 높은 재사용/리사이클링 사업의 선점 추진

2. 전기차 핵심부품 이차전지: 탄소 저감 핵심

이차전지는 전기차 Carbon Footprint의 30% 점유

전기차 생애주기 Carbon Footprint 17톤 중, 이차전지 제조단계 발생량은 약 5톤 내외 추정.

전기차는 전체 생애주기에서 내연기관차 대비 절반 이하의 CO2 배출.

반면, 제조단계에서는 기존 내연기관차보다 더 많은 CO2를 배출해 완전한 ‘친환경성’에 대한 비판도 제기.

핵심 부품인 이차전지 제조단계에서 발생한 탄소배출이 전체 전기차 제조단계 배출량 중 절반 점유.



이차전지 단독 기준으로는 전체 CO2 배출량 중 약 20%가 셀 제조 공정에서 발생

양/음극재, 전해액, 분리막 등 주요 원료/소재 단계 80%

반면, 주요 소재는 원료 단계에서 이미 기존에 발생한 상당량의 Carbon Footprint 내포.

양극재의 경우, 니켈/코발트/망간 등 금속 원료의 Carbon Footprint 비중이 높으며, 이는 대부분 원료 채굴/정제 과정에서 생성.



이차전지 제조국 및 원료 공급지역의 에너지 Mix에 따라 탄소배출량 차이 발생 경향

중국은 석탄발전 비중이 높아 EU대비 많은 양의 CO2 발생.

코발트, 니켈 등 핵심 금속 원료의 중국산 사용 시 Carbon Footprint 증가.

니켈의 경우 중국이 캐나다 대비 약 1.5배 많이 배출되는 것으로 평가

이차전지 핵심 제조국인 한/중/일의 경우 중국산 원료 의존도가 높아 미/EU 대비 탄소배출량이 상대적으로 많은 것으로 평가.




3. 기업의 재생에너지와 리사이클링 확대

규제요인에 직접적으로 대응, 재생에너지 저비용 지역부터 우선적으로 전환 추진

완성차사 요청에 대응, 유럽/미국 등 재생에너지 조달 비용이 낮은 지역부터 순차적으로 적용 추진 중

재사용/리사이클링 사업 진출로 자원 사용주기 확대 및 비용 경쟁력 제고

유럽 일부 소재 기업의 경우 역내 리사이클링 및 원료 수급에 연계, 공급망을 새로 구축하려는 시도

유럽 양극재사, 유럽 지역을 기반으로 ‘원료-소재-리사이클링’의 순환형 공급구조 선제적 구축 중.

리사이클링 사업, 밸류체인 간 이송거리 단축, 재생에너지 활용으로 공급망 전체의 Carbon Footprint 저감

원료사 등과 협업, 유럽 고객 니즈에 대응 가능한 공급망 설계 및 운영

*이차전지는 양극재, 음극재, 분리막, 전해질로 구성. 양극재와 음극재는 배터리의 용량, 수명, 충전속도를 결정하는 가장 핵심이 되는 소재다. 양극재는 리튬이온 소스로 배터리의 용량과 평균 전압을 결정하고, 음극재는 충전속도와 수명을 결정하는 데, 양극에서 나온 리튬이온을 저장했다가 방출하면서 외부회로를 통해 전류를 흐르게 하는 역할을 한다.



장기적으로는 공정혁신을 통해 에너지 사용량을 획기적으로 절감, 제조비와 탄소배출량을 동시에 낮추려는 시도가 진행 중.

테슬라와 폭스바겐, 이차전지 셀 제조공정에 건식 전극 공정개발 추진.

건식 전극 제조 시, 전극 제조단계 CO2 배출량 약 90% 감소 예상.

슬러리 제조/건조 공정 생략으로 용수 등 원/부자재 및 에너지 소요량 감소.



테슬라는 양극재 제조 시 전구체 제조단계를 생략, 니켈 등의 금속분말을 직접 사용하는 공정개발 추진

개발 성공 시 기존 공정 대비 설비투자비 -66%, 공정비용 -76%, 공정폐수/부산물 “0(zero)”가 가능할 것으로 테슬라는 주장 (Batteryday ’20)

4. K배터리 원자재 중국 의존도 80%

이차전지(전기차 배터리)의 對中 원자재 의존도가 높아 'K배터리' 분야에서 '제2의 요소수 사태' 발생 가능성.

특정 국가에 의존한 공급망 문제가 또다시 제기.

2021년 11월 9일 한국무역협회가 연간 1~9월 품목별 중국 수입 의존도를 조사한 결과, 산업용으로 사용되는 주요 원자재 상당수가 중국발 리스크에 취약한 것으로 확인.

품목별 중국 수입 의존도는 망간제품(99%), 알루미늄케이블(97.4%), 마그네슘괴 및 스크랩(94.5%), 아연도강판(93.8%), 흑연(87.7%), 전기강판(82.0%), 개별 소자 반도체 부품(76.9%) 순.

그중 망간제품과 흑연은 2차전지에 들어가는 핵심 원자재다.

망간은 2차전지를 구성하는 소재인 양극재에 사용.

남아프리카공화국·브라질·호주 등 전 세계에 고루 매장돼 있지만, 생산량은 중국이 압도.

한국자원정보서비스에 따르면 중국의 2020년 망간 생산량은 약 3167만t.

2위 남아공(1602만t)의 2배다.

특히 테슬라나 폭스바겐 등 세계적 완성차(전기차) 업체들은 최근 양극재에 쓰이는 망간을 코발트의 대체재로 주목.

코발트 가격이 양극재 주요 원자재 중 가장 비싸기 때문.

코발트 가격은 t당 5만9200달러다.

1년 전과 비교하면 가격이 82.3% 급등했다.



이차전지 충전속도를 향상시켜주는 음극재의 주원료인 흑연도 중국 수입 비중이 상당.

중국은 2020년 전 세계에서 가장 많은 65만t의 흑연을 생산.

전 세계 생산량의 60%에 해당.

수산화리튬·수산화코발트·황산코발트 등 다른 2차전지 원자재의 중국 의존도도 80%대.

중국이 2차전지 공급망을 독식하고 있는 것은 저렴한 인건비와 원자재를 가공할 수 있는 인프라스트럭처가 잘 갖춰져 있기 때문.

환경규제가 덜하다는 점도 한몫.

중국은 2차전지뿐 아니라 4차 산업혁명 시대에 필요한 주요 원자재들을 사실상 독차지.

미·중 무역분쟁이 해소되지 않고 있는데, 만약 중국이 2차전지 밸류 체인을 건드리게 되면 한국은 물론이고 미국까지 큰 타격을 입게 될 것.

세계 전기차 시장의 50%를 차지하고 주요 배터리 생산시설이 한·중·일에 몰려 있어 밸류 체인 면에서 중국의 영향력이 절대적.

배터리 소재 수급에 차질이 발생한다면 자동차 업계도 전기차 생산에 어려움을 겪게 된다.

미·중 갈등으로 서방 선진국과 중국 간 글로벌 공급망(GVC) 분절 가능성이 꾸준히 제기됐지만, 중국 의존도가 높은 범용 원자재에 대한 별도의 대안은 없었다.

정부는 2020년 7월 발표한 '소부장 2.0 전략'을 통해 소부장 공급망 관리 대상을 대일본 100대 품목에서 전 세계 대상 338개 품목으로 확대하고 국내 비축과 국산화 기술 개발 등을 지원.

희토류 등 희소금속 35종도 관리 중이다.

하지만 요소와 같이 꼭 필요하면서도 범용 수입 품목으로 분류되는 원자재는 여기에 포함되지 않았다.

코로나19 사태를 겪으며 세계 공급망의 패러다임은 주문 즉시 생산·공급하는 'JIT(저스트 인 타임)'에서 만약의 상황에 대비해 재고·자원을 확보하는 'JIC(저스트 인 케이스)'로 전환했다. 100% 가깝게 해외에 의존하는 원자재·자원에 대해선 산업 '안보재'로 설정해 최소한의 관리에 나설 필요가 있다.

원유나 식량 재고를 관리하듯이 4차 산업혁명과 관련된 주요 원자재들은 비축 전략을 체계적으로 짜야 한다.

최근 미국이 발표하는 산업 정책을 보면 대부분이 공급망 정책이다.

한국도 공급망 관리를 위해 정부가 기업들과 함께 주요 품목에 대한 비축 전략을 세워야 한다.

5. 시사점

EU 등 후발국은 이차전지 산업의 저탄소 트렌드를 역내 산업 기반 확대 및 지역 패권 장악을 위한 기회로 활용

노스볼트(Northvolt) 등 신규 진입자는 기획단계부터 재생에너지와 리사이클링 원료 조달 여건을 고려해 부지 선정 및 사업확장 추진

노스볼트는 “World’s Greenest Lithium-ion battery”를 차별화 모델로 강조.

초기단계부터 100% 재생에너지로 설비 가동하는 한편, 셀 원료의 50%를 리사이클링 통해 조달 추진(’30~).

미국도 자국 중심의 이차전지 공급망을 재구축하고 있으며, 중국산 원료/소재는 공급 안정성 측면은 물론, 환경적인 측면에서도 의존도를 낮춰야 할 대상으로 규정.

이차전지 성장에 연계, 국내 소재 점유율이 증가하고 있는 가운데, 친환경 경쟁력이 국내 소재산업 생태계의 장기 생존력을 평가할 시금석이 될 가능성

완성차사가 요구하는 저탄소 기준 위해서는 결국 원료와 소재제조 단계의 저탄소화가 필요.

현재 공정 기반으로는 결국 재생에너지의 확대 적용이 필요하나, 국내 여건상 본격적인 전환에는 장기간 소요 예상.

정부는 국내 재생에너지 사용여건 개선을 위해 ’20년부터 다양한 재생에너지 사용인정제도를 도입/추진 중이나 본격화에는 시일 소요.

국내 소재산업의 생태계 강건화를 위해, 저탄소 전력 공급 등 친환경 경쟁력 확보를 위한 실질적 지원정책 고민 필요

이차전지 제조사들의 미국/유럽 시장 진출이 본격화된 가운데 소재 기업의 동반 진출 압력도 증가되는 추세

국내에서 친환경 경쟁력이 확보되지 못할 경우, 국내 기업의 해외진출은 더욱 가속될 가능성.

이차전지 핵심 원자재의 중국 의존도가 높아 비축 전략 짜야.

망간은 이차전지를 구성하는 소재인 양극재에 사용. 망간 생산량은 중국이 압도.

세계적 완성차(전기차) 업체들은 최근 양극재에 쓰이는 망간을 코발트의 대체재로 주목.

코발트 가격이 양극재 주요 원자재 중 가장 비싸기 때문.

충전속도를 높이는 음극재의 주원료인 흑연도 중국에서 수입.

수산화리튬·수산화코발트·황산코발트 등 다른 2차전지 원자재의 중국 의존도도 80%대.

중국이 2차전지 공급망을 독식하고 있는 것은 저렴한 인건비, 원자재 가공 인프라, 덜한 환경규제 등

원유,식량 재고 관리처럼, 비축 전략을 체계적으로 짜야 한다.

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