배터리 산업에서 흑연이 중요한 이유
흑연은 배터리의 4대 주요부품 중 하나인 음극재를 만드는 데 쓰이는 필수 광물입니다. 전기차 한대당 평균적으로 50~100kg이 배터리 팩의 음극(Anodes)에 들어가는 데 이는 배터리 광물 중 중량을 가장 무거운 중량입니다. 배터리 재료비에서 흑연의 원가 비중은 약 14%를 차지한다고 합니다. 전기차 음극재의 성능이 중요한 이유는 전기차 배터리의 충전속도와 수명을 결정하기 때문입니다. 한국에는 포스코퓨처엠이 흑연을 생산합니다.
흑연시장을 주도하고 있는 중국
주요 배터리재료 생산 및 저장량 국가
자료: 국제에너지기구(IEA) 1
흑연의 경우 생산의 80%, 저장량의 23%가 중국에 집중되어 있습니다. 한국의 2022년 천연 흑연의 수입액 7200만 달러 중 90%인 6450만 달러가 중국에서 수입되었다고 합니다. 천연흑연의 경우, 생산비용이 저렴하고 생산기술이 평이하지만 배터리 음극재로 사용되었을 경우, 인조흑연대비 수명과 안전성에서 단점이 있습니다. 따라서 현재 자동차용 배터리 음극재는 인조흑연 혹은 인조흑연과 천연흑연을 결합한 하이브리드 음극재가 주로 사용됩니다.
인조흑연의 장단점
산업에서 인조흑연이 가장 널리 쓰이고 있는 분야는 제철 및 제련용 흑연 전극봉 이었지만, 배터리 시장이 급격히 성장하면서 배터리용 인조흑연 시장도 향후 10년간 30% 이상의 성장을 지속할 것으로 전망됩니다.
인조흑연의 장점
인조흑연으로 배터리를 만들 경우 배터리가 부풀어 오르는 스웰링(Swelling) 현상이 적어 배터리 수명이 느는 장점이 있습니다.
인조흑연 음극재는 수명과 안정성 그리고 고속충전에도 유리합니다.
인조흑연의 단점
천연흑연보다 가격이 높은 것이 단점입니다. 인조흑연을 제조하기 위해서는 3000도 이상의 고온 열처리가 필요한데, 가열을 위한 전기료(대략25%)가 가공비와 함께 제조원가에서 가장 큰 비중을 차지합니다.
흑연시장에서 중국의 지배력
중국이 수출하는 대부분의 흑연은 83%가 인조흑연입니다(출처: 첸잔산업연구원). 중국 기업들은 이미 인조흑연의 제조 및 음극재 생산에 있어 세계 최고 수준 기술과 비용우위를 가지고 있습니다.
중국은 인조흑연 생산기술을 확보하였고, 국가의 지원을 받으며 엄청난 속도로 투자하고 있기 때문에 기존의 해외업체들이 도태되고 있는 실정입니다. 원래 일본 기업들이 인조흑연시장을 주도했었으나, 중국과의 원가경쟁에 밀리면서 상당수의 기업이 사업에서 철수하였습니다. 현재 세계 10대 음극재 기업 중 9개 기업이 중국 기업이며 68%의 압도적인 점유율을 보이고 있으며, 한국의 포스코퓨처엠이 8%의 시장점유율을 가지고 있습니다. 일본기업들이 나머지 22%를 생산하고 있습니다.
2022년 기준 중국 업체들의 인조흑연 생산량은 143만 톤이었고, 음극재 생산을 위한 투자액은 21년 대비 200% 증가한 30조원에 달했습니다. 2023년 1~2월 음극재 생산량은 전년동기 대비 400% 이상 증가하기도 했습니다. 중국의 이런 과도한 확장으로 인해 음극활물질 시장은 공급과잉 상태입니다. SNE리서치가 전망한 2025년 전체 음극활물질 수요량이 약 140만톤 수준인데, 중국의 인조흑연 생산량은 작년에 이미 그 수준을 넘어섰습니다.
미국 IRA의 규제 – 한국 일본기업의 기회
미국이 2022년 발표한 IRA( Inflation Reduction Act)는 배터리의 핵심 광물의 최소 40%가 미국 또는 미국의 자유무역협정(FTA) 체결국에서 조달되어야 미국정부가 지급하는 보조금을 신청할 수 있도록 규제하였습니다. 이에 따라, 이미 테슬라, 벤츠, 도요타 등의 자동차 업체들 뿐만 아니라 한국의 주요 배터리 업체들도 중국산 흑연의 비중을 줄이기 위해 대체 공급처를 찾고 있는 상황입니다.
중국산 흑연 음극재를 제외하면, 대안은 한국산과 일본산 뿐입니다. 따라서 포스코퓨처엠 및 일본 업체들의 수혜가 기대되는 상황이었습니다.
포스코퓨처엠 – 국내유일의 인조흑연 생산기업
포스코퓨처엠은 국내 유일의 음극재 생산 기업으로 천연흑연 음극재 7만 4000톤의 생산능력을 확보하고 있습니다. 동사는 2021년 12월 연산 8000톤 규모의 인조흑연 음극재 1단계 공장을 준공하고 국내최초로 국산화에 성공하였습니다. 이는 60Kwh기준 전기차 23만대에 공급할 수 있는 양입니다.
포스코는 2030년까지 천연흑연 18만토, 인조흑연 15만톤, 실리콘 3.5만톤의 음극재 생산을 목표로 하고 있습니다. 인조흑연 15만톤이 완공되면, 연간 전기차 400만대 생산에 공급할 수 있는 규모를 갖추게 욉니다.
중국의 흑연수출통제
2023일 10월 20일 중국 정부는 고순도 제품의 인조흑연과 천연흑연 제품에 대한 수출을 통제한다고 밝히며, 수출통제는 12월 1일부터 적용된다고 공고하였습니다. 중국정부가 밝힌 수출 통제의 이유는 고순도 흑연이 군사용으로 사용될 수 있기 때문이라고 합니다.
현재도 한국 업체들은 인조흑연의 경우 중국 상무부의 허가를 받으며 수입하고 있기 때문에 크게 달라지는 것은 없다고 합니다. 그러나 이 조치가 미국이 엔비디아의 저사양 AI칩의 수출을 금지한 이후에 나온 것이라, 미국의 반도체 규제에 대한 대응으로 보는 시각이 있습니다. 따라서 중국과 미국의 갈등이 심화할 경우, 현재보다 더 엄격한 흑연 수출 통제가 실시될 가능성도 있습니다.
한국정부의 대응 – 중국 흑연수출통제 영향 최소화
2023년 10월 20일 산업통산자원부2는 안덕근 통상교섭본부장 주제로 회의를 중국 정부의 흑연 수출통제에 대한 국내 대책을 논의하였습니다. 배터리 업계는 중국의 조치가 수출금지가 아닌 수출 허가라는 점을 고려해 상황을 지속적으로 모니터 해야 된다고 밝혔습니다. 허가 절차로 인해 흑연 수입 기간이 늘어날 우려가 있다고 합니다.
대응책으로 1) 재고를 사전에 많이 확보한다. 2) 포스코의 인조흑연 생산공장 가동 적극 지원 3) 탄자니아 등 제3국 광산과 흑연 장기공급계약 이행을 지원 한다고 합니다.
결론
중국의 이번 조치가 미국을 겨냥한 것이라면, 미국에 세워진 배터리 회사들이 흑연을 공급받는데 어려움을 겪을 것으로 예상됩니다. 음극재의 경우, 한국과 일본이 여전히 30% 수준의 시장 점유율을 가지고 있기 때문에, 중국의 수출통제가 시작되더라고 지역별 물량 조정을 통해 시장의 충격을 최소화 할 수 있을 것 입니다. 다만, 중국이 규제 지역을 넓히고 물량을 더 타이트 하게 조절할 경우, 배터리 생산이 지연되거나 감소할 위험이 있는 것도 사실 입니다.