[르포]"축구장 75개 크기에 풀 밸류체인" 포스코 광양 이차전지 소재 콤플렉스

16만평 부지에 양극재-리튬-리사이클링 집약
양극재 공장엔 스마트 팩토리 구축해 효율성↑

포스코퓨처엠 광양 양극재 공장 전경. 이미지제공=포스코퓨처엠

지난 22일 찾은 전남 광양 율촌 산업단지 포스코 이차전지 소재 콤플렉스. 포스코퓨처엠 양극재 공장 부지 옆에는 빨간색 철골 사이에 커다란 배관이 설치되고 있었다. 연내 준공 예정인 포스코필바라리튬솔루션 2공장 건설 현장이었다.

포스코홀딩스가 호주 광산 기업인 필바라미네랄과 합작 설립한 포스코필바라리튬솔루션은 지난해 11월 1공장을 준공한 데 이어 연내 2공장까지 공사를 마무리할 예정이다.

포스코필바라리튬솔루션이 모두 완공되면 연간 총 4만3000톤의 수산화리튬을 생산할 수 있다. 이는 광양 양극재 공장에서 필요한 리튬(연간 4만1000톤) 전량을 내재화할 수 있는 규모다.

"광양 양극재 공장 리튬 전량 내재화"

광양 율촌 산단에는 배터리 리사이클 사업을 담당하는 포스코HY클린메탈 공장이 지난해 7월 준공돼 운영중이다. 포스코홀딩스와 중국화유코발트, GS에너지가 공동으로 설립한 포스코HY클린메탈은 연 1만2000톤의 블랙 파우더에서 니켈 2500톤, 코발트 800톤, 탄산리튬 2500톤을 추출할 수 있는 능력을 갖췄다.

포스코HY클린메탈에서 추출한 원료 역시 포스코퓨처엠 광양 양극재 공장에 보내진다.

포스코퓨처엠 광양 공장에는 양극재 이외에 총 5만톤 규모의 전구체를 생산할 수 있는 공장이 건설중이다. 내년 3월 양산을 목표로 현재 2단계 공사가 한창 진행중이다. 현재 1단계 공장이 완성돼 연 5000톤의 전구체를 생산하고 있다.

포스코그룹이 광양 율촌 산단에 조성하고 있는 이차전지 소재 콤플렉스는 포스코퓨처엠의 양극재 공장을 중심으로 원료-소재-리사이클링으로 이어지는 밸류 체인이 집약돼 있었다. 총 대지 면적은 53만2000㎡(약 16만평) 규모로 축구장 75개를 합쳐놓은 크기다.

포스코퓨처엠 광양 양극재 공장 소성로 위에 놓여진 양극재 제품. 이미지제공=포스코퓨처엠

포스코 광양 이차전지 소재 콤플렉스의 중심에는 포스코퓨처엠의 양극재 공장이 자리하고 있다. 포스코퓨처엠은 지난 2022년 11월 전남 광양 율촌 산업단지 내에 총 1조2600억원을 투자해 양극재 생산 공장을 준공했다.

1공장(3만 톤), 2공장(6만 톤)을 포함해 연간 총 9만 톤의 생산 능력을 보유하고 있다. 60킬로와트시(kWh) 용량을 기준으로 100만대의 전기차를 생산할 수 있는 규모다. 단일 규모로는 세계 최대 양극재 생산 공장이다.

이곳에서는 하이니켈 NCM(니켈·코발트·망간), NCA(니켈·코발트·알루미늄), NCMA(니켈·코발트·망간·알루미늄) 양극재를 생산해 LG에너지솔루션, 삼성SDI, 얼티엄셀즈 등 배터리 셀 기업에 공급하고 있다. 지난 22일에는 연 5만2500톤 규모의 하이니켈 NCA 양극재 공장 착공식을 개최하기도 했다.

"로봇팔 하나가 22명 인력 감축 효과"

광양 양극재 공장의 가장 큰 특징은 스마트 팩토리를 구현해 비용을 절감하고 생산성을 높였다는 점이다. 양극재 공장 방문객들은 안전모와 방진 마스크, 보안경을 등 안전 장비를 착용한 후 다시 먼지 유입을 막기 위해 덧신을 신고 에어워셔를 통과해야 한다.

광양 양극재 2공장 1층에 들어서자 곧바로 소성 공정을 위한 설비들이 눈에 들어왔다. 기계를 작동하는 사람은 눈에 띄지 않았다.

포스코퓨처엠 양극재 공장 광양 공장에서 자동화 로봇이 세라믹 용기(사가)를 교체하고 있다. 이미지제공=포스코퓨처엠

양극재는 열을 이용해 전구체(양극 활물질의 재료가 되는 물질)와 리튬을 화학적으로 혼합하는 소성 공정, 잔류 리튬을 제거하는 수세 공정, 전해액과의 반응을 억제하기 위한 코팅 공정, 활물질과 코팅재를 결합하는 열처리 공정 등을 거친다.

공장 1층에서는 활물질을 세라믹으로 제작된 특수 용기인 사가(Saggar)에 담아 3단 4열로 정렬한 후 본 소성 공정으로 이동하는 작업이 진행중이었다. 이 모든 과정은 사람의 손을 거치지 않고 자동으로 이뤄지고 있었다. 더이상 사용할 수 없는 사가는 로봇팔을 이용해 교체된다.

또한 활물질이 이동하는 통로 하단에 제습 공기 배관을 배치해 습도를 유지하고 외부로부터의 이물질 유입을 차단한다.

포스코퓨처엠은 자동화 물류 시스템을 이용해 원자재와 와 완제품을 적재하고 이동한다. 생산시설에서 원하는 제품을 입력하면 크레인이 해당 물건을 알아서 찾아 컨베이어 벨트까지 옮긴다. 이후 AGV(Automatic Guided Vehicle)와 RGV(Rail Guided Vehicle)가 각 시설로 제품을 배송하는 방식이다.

포스코퓨처엠 광양 양극재 공장 자동화 창고의 모습. 이미지제공=포스코퓨처엠

광양 양극재 공장에는 또한 스마트 샘플 이송 시스템을 적용했다. 캡슐에 원료나 반제품, 완제품을 담은 후 기기에 넣으면 공기압을 이용해 원하는 곳으로 자동으로 배달해주는 방식이다. 공장 내에는 약 1km 길이의 파이프가 연결돼 있어 1분 이내에 원하는 곳으로 샘플을 보낼 수 있다.

포스코퓨처엠 관계자는 "하루에 300~500개의 샘플이 발생하는데 일일이 사람이 옮기지 않아도 되기 때문에 인력과 시간을 크게 절약할 수 있다"고 설명했다.

포스코퓨처엠 직원이 광양 양극재 공장 품질분석실에서 샘플 이송을 위해 캡슐을 보내는 모습. 이미지제공=포스코퓨처엠

품질 분석실에 들어서자 로봇팔 2개가 쉴새 없이 움직이고 있었다. 이 로봇팔은 양극 활물질의 원료나 완제품 샘플을 정해진 용량대로 유리병에 담아 무게를 측정하고 물성을 분석하기 위한 다음 공정으로 이동시키는 역할을 한다.

포스코퓨처엠 관계자는 "계량은 정확도를 높이기 위해 사람의 손을 많이 타는 작업"이라며 "로봇팔을 도입하면서 22명의 인력 감축 효과가 있었다"고 말했다.

광양=강희종 기자 mindle@asiae.co.kr