[기획특집] 포스코 '친환경차' 소재 선점...'Green&Mobility' 구조전환 가속

포스코가 친환경차 시장 선점에 박차를 가하고 있다. 계열사들은 그룹 차원의 역량을 총 집결해 ‘Green & Mobility’ 중심으로 발 빠르게 사업구조를 전환하고 있다. 글로벌 '톱' 수준의 기술과 인프라를 기반으로 '친환경차 소재 전문기업'으로 리포지셔닝(re-positionnig) 하고 있다. 포스코그룹은 세계에서 유일하게 양극재, 음극재는 물론 이들의 핵심 원료인 리튬과 니켈, 흑연을 공급할 수 있는 이차전지소재 Value Chain을 구축하고 있다.

포스코 최정우 회장은 지난 4월 1일 창립 53주년을 맞아 임직원들에게 보낸 메시지를 통해 “그룹의 핵심사업으로 육성 중인 이차전지소재사업의 생산능력을 증강하고, 그룹 역량을 결집해 리튬, 니켈, 흑연 등 원료에서부터 양·음극재로 이어지는 Value Chain을 강화하겠다”고 밝혔다.

포스코는 그룹 차원에서 친환경차의 심장인 배터리, 즉 이차전지의 원료부터 소재까지 일괄공급체계를 전 세계에서 유일하게 갖추며 글로벌 경쟁력을 강화하고 있다. 또한 고유의 철강기술력을 집약한 친환경차 통합 브랜드 ‘e Autopos(이 오토포스)’를 올해 1월 론칭해 친환경차 Total Solution Provider로 자리매김하고 있다.

포스코는 이차전지 원료 확보를 위한 자원개발 투자를 활발하게 추진 중이다. 지난 5월 19일에는 호주의 니켈 광업 및 제련 전문회사 ‘레이븐소프(Ravensthorpe Nickel Operation)’ 지분 30%를 2억 4천만 달러(한화 약 2,700억 원)에 인수하는 계약을 체결했다.

레이븐소프는 자체 광산과 제련 설비 및 담수화, 황산제조, 폐기물 처리 등 부대설비 일체를 갖춘 니켈 일관 생산회사로 캐나다의 ‘퍼스트퀀텀미네랄스(First Quantum Minerals)’가 100% 지분을 소유하고 있다. 포스코는 퍼스트퀀텀미네랄스와 지분양수도계약을 맺고 레이븐소프 지분 30%를 인수키로 했다.

이에 따라 포스코는 레이븐소프가 생산한 니켈 가공품(MHP, 니켈 및 코발트 수산화 혼합물)을 오는 2024년부터 연간 3만 2천 톤(니켈 함유량 기준 7,500톤)을 공급받을 수 있는 권리를 갖게 된다. 이는 전기차 18만 대에 공급할 수 있는 물량으로 포스코는 이번 계약을 통해 이차전지소재 사업에 필요한 원료인 니켈을 안정적으로 추가 확보할 수 있게 되었다.

니켈은 양극재의 핵심원료로 이차전지의 충전 용량을 높여 전기자동차의 주행거리를 늘리는데 중요한 역할을 하고 있어 최근 니켈 함유량이 높은 양극재 채용이 확대됨에 따라 니켈 확보의 중요성이 더욱 커지고 있다.

또한 포스코는 퍼스트퀀텀미네랄스社와 배터리용 황산니켈 및 전구체 사업까지 협력을 확대하는 별도의 양해각서(MOU) 체결을 통해 이차전지 소재 관련 추가적인 사업기회를 모색한다는 방침이다.
 

포스코는 5월 26일 광양 경제자유구역 율촌산업단지 내 연산 4만 3천 톤 규모의 수산화리튬 공장을 착공했다.

포스코는 지난 2010년부터 RIST(포항산업과학연구원)과 함께 염수와 광석에서 각각 리튬을 추출하는 기술을 개발해 왔으며, 광양제철소 내에 데모플랜트를 2년 이상 운영하며 리튬 생산을 위한 노하우 축적, 전문인력 양성 등의 역량을 확보해 리튬 상업 생산 채비를 마쳤다.

이 날 착공은 지난 4월 포스코 이사회 승인에 따른 것이며, 이후 광석에서 수산화리튬을 추출해 생산하는 포스코리튬솔루션이 별도 법인으로 출범한 바 있다.

수산화리튬은 전기차 주행거리를 증대시키는데 중요한 역할을 하는 니켈 함유량 80% 이상의 양극재에 쓰이는 주원료이며, 4만3천톤의 수산화리튬은 전기차 100만대 생산이 가능한 규모다.

양극재의 원료로 사용되는 리튬은 탄산리튬과 수산화리튬으로 나뉘는데 그동안 이차전지업계에서는 탄산리튬을 주원료로 하는 양극재를 주로 생산해왔으나, 전기자동차의 주행거리를 늘리기 위한 이차전지 기술이 발전하면서 니켈 함유량 80% 이상의 양극재가 개발되고 이에 쓰이는 수산화리튬의 수요가 점차 늘어나고 있는 추세다.

향후 포스코리튬솔루션의 안정적인 리튬 소재 공급으로 리튬을 중국 등에서 100% 수입해 양극재를 생산하던 국내 이차전지 산업의 경쟁력도 강화될 것으로 기대된다.

한편 포스코는 최근 아르헨티나에서 리튬 매장량이 확인된 염호에서도 연산 2만5천톤 규모의 공장을 현지에 연내 착공할 예정이며, 향후 광석 및 염수 리튬 추출 사업에 중장기적인 투자를 통해 2023년까지 연 7만톤, 2026년까지 연 13만톤, 2030년까지 연 22만톤의 리튬 생산체제를 구축한다는 방침이다.
 

포스코가 론칭한 ‘e Autopos’는 친환경차용 제품과 고객 맞춤형 이용솔루션까지 제공하는 통합 브랜드다. 친환경의 eco-friendly, 전동화 솔루션의 electrified AUTOmotive solution of POSco를 결합한 합성어로, 친환경성·협업시너지·미래 지향을 담은 혁신을 통해 친환경차 시장을 선도하겠다는 의미를 담고 있다. 주요 제품으로는 ▲배터리팩, ▲차체·샤시용 고장력 강판, ▲구동모터용 고효율 Hyper NO 전기강판 등이 있다.

 배터리팩 : PBP-EV (POSCO Battery Pack for Electric Vehicle)

포스코의 e Autopos 배터리팩 PBP-EV(POSCO Battery Pack for Electric Vehicle)은 기가스틸과 스테인리스강, 그리고 선재를 사용해 3세대 전기차 구조에 맞춘 배터리팩이다. 특히 초고강도강을 롤포밍 공법으로 제작하여 충돌 안전 성능이 강화된 것이 특징이다. 포스코는 친환경차 업계에서 요구하는 배터리팩 개발을 위한 다양한 솔루션을 내놓고 있다.

e Autopos 배터리팩 설계에 있어 가장 주안점을 둔 점은 첫 번째, 배터리팩 케이스의 경량화이고, 두 번째는 충돌 안전 성능의 극대화다.

포스코는 롤포밍 프레임 구조 설계를 통해 충돌 안전 성능을 강화하고, 배터리셀의 적재공간을 극대화하면서 부품 개수를 최소화했다. 또한, 배터리 용량 증감에 따라 외곽 프레임 길이를 쉽게 변경 가능하도록 설계하여 배터리 용량 변화에 따른 금형 재제작을 최소화했다.

기가급 이상 강도를 지닌 강재를 적용해 초경량의 무게로 설계되었고, 제작 원가는 동일 용량의 알루미늄 배터리팩 케이스 대비 70% 수준으로 절감 가능하다.

모듈의 외각 프레임에는 스테인리스강을 적용해, 자동차의 외부 충격, 열, 진동 등으로부터 배터리를 보호하도록 했다. 스테인리스강은 강도가 높고 부식에 강하기 때문에 배터리 충∙방전 중 배터리셀의 부풀어오름(Swelling)을 억제하고, 배터리팩 내부 습기에도 녹슬지 않는 장점을 가진다.

그 외, PBP-EV에는 전력을 충∙방전하는 동안 배터리셀에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하기 위한 냉각장치가 있고, 기가스틸을 최대한 많이 적용하여 배터리팩을 경량화해 전기차의 주행거리를 늘릴 수 있도록 했다.

구동모터 : 무방향성 전기강판 Hyper NO

친환경차 구동모터에도 e Autopos 솔루션이 활용되고 있다. 구동모터에는 전자기적 성질이 우수한 전기강판이 적용되는데, 포스코는 세계 최고 수준의 성능을 자랑하는 무방향성 전기강판(Hyper NO)를 생산한다.

포스코 Hyper NO는 전기에너지를 회전 에너지로 변화시키는 과정에서 필연적으로 생기는 에너지 손실을 최소화하고 효율성을 높일 수 있도록 개발돼, 기존의 전기강판 대비 에너지 손실이 30% 이상 낮다. 특히 포스코는 두께 0.15mm의 초극박 Hyper NO까지 생산이 가능하다.

또한 포스코는 Hyper NO로 제작하는 구동모터 코어가 더 높은 효율을 구현할 수 있도록 하는 이용 기술도 개발해 선보였다.

구동모터의 코어는 전기강판을 여러 층 겹쳐 만든다. 머리카락처럼 얇은 강판을 빠르게 회전시키기 위해서는, 판들을 차곡차곡 쌓고 결합해 회전시킬 수 있는 하나의 덩어리로 만들어야 한다. 문제는 이를 위해 용접으로 강판을 붙여 코어를 제작하면, 용접이 전기강판의 전자기적 특성을 저해해 모터 효율이 떨어진다는 점이다.

이에 포스코는 ‘셀프본딩(self-bonding)’ 기술을 개발했다. 셀프본딩은 접착제와 같은 기능을 하는 코팅을 전기강판 표면에 적용해 강판들이 스스로 결합되게 하는 기술이다. 용접이 생략되기 때문에 전기강판의 전자기적 특성은 저하하지 않고 판들을 밀접하게 접합할 수 있어 전력 손실은 물론 판과 판 사이 들뜸으로 인한 소음까지도 줄일 수 있다.

차체, 섀시 : PBC-EV(Posco Body Concept for Electric Vehicle)

e Autopos 제품이 적용된 차체는 가벼우면서도 강하다. 포스코는 기가스틸을 사용한 포스코 고유 전기차 차체 솔루션인 PBC-EV(Posco Body Concept for Electric Vehicle)를 개발했다. PBC-EV는 기가스틸을 45% 이상 적용하여 기존 동일 크기의 내연기관 차량 대비 약 30%의 경량화를 달성했다. 기가스틸은 최근 자동차 차체 적용이 증가하고 있는 알루미늄보다 3배 이상 강하며, 1mm2 면적 당 100kg 이상의 무게를 견딜 수 있다.

이와 함께 포스코는 자동차의 기본인 주행 기능을 담당하는 섀시에도 e Autopos 솔루션을 제공한다.

자동차 휠에 장착되어 바퀴가 회전하도록 도와주는 허브 베어링에는 포스코의 베어링강이 쓰인다. 포스코 베어링강은 탑승자의 안전과 직결되는 바퀴에 사용되는 부품이기 때문에 가장 엄격하게 품질이 관리되며 마모, 균열, 변형에 강하다는 특징이 있다.

e Autopos의 솔루션이 적용된 타이어에는 포스코 타이어코드 선재가 적용되어 있어 펑크를 최소화한다. 또한 타이어코드는 차량의 무게를 지탱하고 타이어 모양을 유지할 뿐 아니라 타이어 수명을 늘려주는 강선으로 포스코의 타이어코드 선재는 고강도탄소로 가공성이 우수하고 강도가 높아 경량화 및 주행 안정성이 탁월하다.

노면에서 전달되는 충격이나 떨림을 최소화해 편안한 승차감을 책임지는 현가스프링에는 포스코의 스프링강이, 쇼크업소버에는 포스코의 기계구조용 탄소강이 적용된다. 특히 포스코 스프링강은 일반적인 스프링강보다 강도가 200MPa 이상 높으면서도, 스프링 강선이 감긴 횟수가 적어 15%가량 가벼워 경량화에 제격이다.