By ROB REDDICK, WIRED UK

전기차에는 다음과 같은 불편한 진실이 있다. 바로 배터리 생산 과정에서 미치는 환경 영향이 크다는 점이다. 전기차는 일반 차량보다 생산 과정의 방출량이 더 많으며, 충분한 거리를 주행한 뒤에만 전기차의 장점을 누릴 수 있다.

유럽 배터리 제조사 노스볼트(Northvolt) CEO 피터 칼슨(Peter Carlsson)은 “배터리 생산 시 탄소 배출량이 매우 많다”라고 말했다.

배터리 생산량이 전기차와 에너지 저장소 수요 증가를 충족하려 급격히 증가할 것이라는 전망이 문제가 된다. 칼슨은 탄소 중립 도달을 위해 반드시 필요한 내연기관 차량 생산, 판매 단계적 종료 시 앞으로 배터리 생산량을 10배 늘려야 한다고 설명했다. 전 세계 배터리 생산 과정이 오늘날과 같다면, 전기차 전환 과정의 배출량은 스페인의 전체 탄소 발자국과 맞먹는 수준이 될 것이다.

오늘날 배터리 생산 과정에서 배터리가 수명을 다할 때까지 사용할 에너지 1kWh당 이산화탄소 배출량은 100kg이 넘는다. 그러나 배터리 생산 방식과 장소를 재구성한다면, 배터리 생산 시 발자국을 감축할 수 있다. 칼슨은 “배터리 생산 방식과 장소를 변경한다면, 2030년 달성 목표로 지정한 것처럼 1kWh당 이산화탄소 배출량을 10kg가량 줄일 수 있다”라고 말했다.

와이어드팀은 2023년 11월 21일(현지 시각), 런던에서 개최된 와이어드 임팩트(WIRED Impact) 현장에서 노스볼트 관계자의 연설을 앞두고 칼슨과 노스볼트의 배터리 부문 친환경 계획을 더 자세히 이야기했다. 아래 인터뷰 내용은 길이와 분명한 내용 전달을 위해 편집됐다.

와이어드: 배터리 생산 배출량 감축은 어떻게 이루어지는가?
피터 칼슨: 기본적으로 다음의 세 가지 방식으로 이루어진다. 바로 배터리 셀의 양극활물질(cathode active material) 생산 장소를 청정에너지가 풍부한 곳에 두는 것이다.

흑연 생산, 리튬을 수산화리튬으로 가공하는 과정, 핵심 금속 부품 채굴 및 정제 등 중요한 작업의 공급망을 저탄소나 탄소 중립 환경에 설정하는 것도 언급할 수 있다. 배터리 생산 과정의 탄소 발자국 절반은 채굴과 정제, 재료 준비 공급망에 있다.

재활용 수준이 높은 소재와 결합하는 방법을 활용할 수도 있다. 기존의 방식으로만 친환경 노력을 할 수 있는 것이 아니다. 노스볼트는 여러 대학 기관과 협력하여 배터리 재활용 소재인 블랙매스(black mass)의 습식 제련 분리 과정을 개발했다.

노스볼트의 스웨덴 북부 지역에 있는 첫 번째 기가팩토리에서는 현장의 활성 양극활물질의 원자재 전체를 보유한 채로 셀 제조 시설로 이동한 뒤 고객에게 전달되는 고유한 구성을 볼 수 있다. 수명이 다한 배터리 셀은 공장으로 다시 돌아와 완벽하게 재활용한다. 원자재는 제조 시설로 돌아간다.
 
노스볼트의 공급망에서 배출량을 줄이는 일이 중대한 일인 듯하다. 공급망의 배출량을 어떻게 줄였는가?
노스볼트는 공급망 상당수를 직접 관리한다.

분명하게 밝히자면, 노스볼트는 채굴 단계에서 시작하여 정제 작업을 하지 않는다. 하지만 실제로 포르투갈 에너지 기업 갈프(Galp)와 합작 법인을 두고, 유럽 최초 수산화리튬 정제 시설을 세웠다. 노스볼트는 중국에 수산화리튬 정제 시설 밀도와 탄소 발자국 모두 높다는 사실을 확인했다. 에너지 집약도가 매우 높은 과정이기 때문이다.

포르투갈은 해상 운송 체계와 리튬 자산 모두 풍부한 곳이다. 해안 풍력과 약간의 수소에너지를 활용하는 리튬 정제 공장을 세운다면, 유럽에 탄소 발자국이 매우 낮으면서 공급망의 독자성을 높인 전략적 수산화리튬 공정 공장을 세울 수 있다.

중국을 언급했다. 중국은 배터리 제조 시설과 배터리 가공 소재를 장악했다. 노스볼트의 전략은 배터리 부문 친환경에 주력하는 것은 물론이고, 중국에서 다른 곳으로 배터리 시설을 분산하기도 한다. 배터리 시설을 여러 지역으로 분산하는 것이 중요한 이유는 무엇인가?
누구나 알다시피 중국 기업과의 훌륭한 협업 사례가 많다는 사실부터 이야기를 시작하고자 한다. 중국은 배터리 산업 규모를 확장하여 유럽이나 북미에서는 볼 수 없는 수준의 완성도를 갖춘 채로 성장했다. 유럽 배터리 산업은 중국보다 최소 10년은 뒤처졌다.

하지만 지역별로 배터리와 배터리 생산 수요가 발생한다. 앞으로 지역별로 수요가 발생할 것이다. 에너지 독립성을 갖추어야 한다. 또한, 자동차 산업의 실시간 구성과 같은 매우 실질적인 요건도 필요하다.

시간이 지나면서 유럽과 북미 모두 산업 발전을 지원할 지역화된 공급망이 등장할 것이라는 점은 의심의 여지가 없다. 공급 보안과 지속가능성 관점에서 지역 단위로 공급망을 구축할 전략적 필요성이 있다. 단순히 중국 의존도를 줄이는 것만의 문제가 아니다. 운송 시간 단축과 더 안정적인 구성, 탄소 발자국이 낮은 구성도 필요하기 때문이다.

지역 배터리 생산 기업이 실제로 중국과 경쟁할 수 있는가?
배터리 생산 현황의 당면 과제에 맞선 기회를 조사하면서 수직적 통합을 이루어 재생 에너지와 전기 모두 저렴한 비용에 접근할 수 있는 곳에 기반 시설을 둘 수 있다는 사실을 알게 되었다. 수직적 통합을 대규모로 진행한다면, 실제로 배터리 생산 전체 처리 비용을 낮은 수준으로 적용하면서 아시아 노동비를 줄일 수 있다. 여기서 규모가 중요하다. 배터리 생산 시설 규모 키우기와 내수 생산 양자택일의 문제와 같다.


중국, 그리고 한국에 확립된 배터리 생산 공급망 일부분이 중요하다는 사실을 인식하는 것이 중요하다. 규모와 공급망을 확립하고는 오늘날 중국의 배터리 생산 과정만큼 효율성을 확보하는 데 시간이 약간은 걸릴 것이다.

현재 생산되는 배터리 대부분 전기차에 사용한다. 다음 상황은 어떨까?
지금 당장 전기차 전환이 배터리 생산량 대부분을 차지한다는 점은 분명한 사실이다. 하지만 얼마 지나지 않아 에너지 저장과 그리드 저장이 이루어질 것이다. 북미 시장은 그리드 혼선 관리는 물론이고, 풍력 발전소와 태양열 발전소에서 생성하는 중간 에너지양 증가 관리 측면에서 급속도로 진화하는 추세이다.

재생에너지와 전기차, 용광로와 오븐 등 각종 산업 열발전기의 산업 전환 수준이 증가할수록 에너지 저장소 수요가 증가할 것이다. 지게차와 자재 관리, 지하 채굴지, 해양 등 오늘날 접할 수 있는 일종의 열기관을 볼 수 있는 모든 영역에는 전기화 계획이 있다. 시장 균형을 위한 에너지 저장소 발전 속도와 규모 성장 속도를 저평가하고 있다.

차세대 배터리 기술은 어떤 방향으로 발전할까? 리튬이온 배터리가 배터리 산업을 지배할까?
리튬니켈망간코발트 산화물(lithium nickel manganese cobalt oxide)이든 리튬이온흑연(lithium ion phosphates)이든 오늘날 개발되는 핵심 배터리 기술과 대규모 투자가 이루어지는 기반 시설은 앞으로 나아가야 할 부분의 기본적인 필요성을 제공할 것이다.

앞으로 강력한 기술 발전이 계속될 것이다. 그러나 기술 진화는 그 종류를 떠나 현재 개발 중인 기반 시설과 함께 진화해야 한다.

기본적으로 앞으로 등장할 것으로 유일하게 예상하는 대상은 리튬 대신 소듐을 에너지 전환 물질로 사용하는 배터리이다. 니켈 함량이 높은 물질과 같은 수준의 에너지 집약도를 얻을 수는 없지만, 기본적으로 열 수용량이 매우 훌륭한 배터리를 개발할 수 있을 것이다. 그리고 순환성이 훌륭하면서 리튬과 니켈, 코발트는 없는 배터리리를 개발할 수 있을 것이다. 그리드 저장량 추가 발전 기회가 매우 크다고 생각한다.

금속 부품 가격이 비싼 상황에서 리튬이온흑연 배터리가 탄탄한 성장세를 기록할 것이다.

리튬이온흑연 배터리는 비용 효율성이 높다는 점에서 수요가 높다. 하지만 탄소 발자국이 높다는 중대한 문제가 있다. 배터리 소재 때문에 니켈 함량이 높은 배터리만큼 매력적이지는 않다.

따라서 배터리 생산 공정의 엄격한 규제에서 시작하지 않는다면, 수명이 다한 리튬인산철 배터리가 시장에 등장하면서 심각한 당면 과제가 발생할 것이다. 리튬인산철 배터리 생산 부문은 지금 당장 탄탄한 상승세를 기록하고 있다.

소듐이온을 사용한다면, 지속 가능성이 뛰어난 배터리를 생산할 수 있다. 쇼듐이온 매장량이 풍부하면서 탄소 발자국이 낮다는 장점과 양극 대체 소재로 활용할 수 있다는 특성을 그 이유로 언급할 수 있다. 목재섬유에서 흑연을 제거하거나 코코넛 섬유에서 추출한 단단한 흑연 샘플을 볼 수 있다. 이 부분에서 실제로 지속 가능성을 갖춘 소듐이온 배터리를 개발할 방법을 찾아볼 수 있다.

** 위 기사는 와이어드UK(WIRED.co.uk)에 게재된 것을 와이어드코리아(WIRED.kr)가 번역한 것입니다. (번역 : 고다솔 에디터)

<기사원문>
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