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※ 미국 에너지부 발간, 희토류 영구자석 공급망 심층분석 (# 희토류 영구자석 세부 공급망)

● 희토류 영구자석 세부 공급망

6. 가공재료 생산 - 희토류 분리

가공 재료 생산에는 일반적으로 산화물 형태의 농축된 희토류를 각각의 희토류 원소로 분리하는 희토류 분리와 희토류 산화물 금속환원(정제)가 포함됨.

희토류는 여러 퇴적물에 존재하며, 다양한 희토류가 결합되어 있을 뿐 아니라 다른 광물과도 결합되어져 존재함.
서로 다른 희토류 원소의 화학적 유사성으로 인해 이를 분리하는 것이 매우 어려움.
NdFeB 영구자석은 희토류 특히 Nd, Pr, Dy의 조합이 필요하며 각 희토류의 비율이 자석 특성에 영향을 미침.

Nd와 Pr은 화학적 특성이 유사하여 특히 분리하기가 어려움.
때문에 영구자석에서 분리되지 않은 디디뮴(Didymium ; NdPr 합금)으로 사용되는 경우도 많음.
분리된 Nd를 통해 영구자석에서 원하는 Nd와 Pr의 비율을 조성하기도 함.

혼합 희토류 산화물과 분리되지 않은 여러 희토류들이 포함되어 있는 합금은 니켈-금속 수소화물(NiMH)배터리, 합금, 세라믹과 같은 분야에서 사용되지만 대부분의 NdFeB 영구자석으로 사용하기에는 적합하지 않음.

희토류 분리에 사용되어지는 주요 공정은 용매 추출법임.
추출 공정은 각 광석에 포함되어져 있는 Ce, La, Nd, Pr의 비율이 다르기 때문에 이에 맞게 용액이 설계되어져야 함.
농축된 바스트나사이트는 광물을 용해하기 쉽게 하기 위해 황산 또는 기타 시약으로 고온의 균열을 가하는 것이 필요함. 모나자이트도 비슷한 처리가 필요함.

용매추출과정에 들어가기 전 일반적으로 산화 과정을 통해 소금물에서 Ce를 제거함.
용매추출과정은 잠재적으로 수백 개의 혼합기, 침전기(침강조)가 사용되며, 각 혼합기는 용매와 여려 화학용액이 혼합되는 혼합 챔버와 원심분리기에 의해 가벼운 물질과 무거운 물질로 분리되는 침강(침전) 챔버로 구성됨.
이 공정은 추가 분리공정을 수행하기 전에 먼저 경희토류인 Nd와 Pr 등과 중희토류인 Dy 및 Tb등을 분리함.
이 공정에서는 다량의 산, 부식제, 물이 사용되며, 이로부터 발생되는 폐수처리 비용은 용매구매 비용과 함께 비용의 주요 요인이기 때문에 폐수에서 용매를 재활용하는 기술은 비용 절감과 환경문제를 개선하는데 중요한 역할을 함.

혼합기, 침전기(침강조), 분리기(stripping unit)를 사용하는 과정에서 산과 부식제를 사용하지 않는 방법이 개발되고 있음.
광석을 처리하는 동안 소량의 우라늄과 토륨도 희토류 분리에서 분리해야 하기 때문에 방사성 물질을 처리하는데 추가적인 문제가 발생함.

자료인용 : 미국 에너지부 발간 “희토류 영구자석 공급망 심층분석” (2022. 02. 24)

※ 2024년 8월 미국 태양광 모듈 수입

미국의 태양광 모듈 수입이 수입액(YoY -31%, MoM -18%)뿐 아니라 용량기준으로도 8월(YoY 1%, MoM -16%)부터 줄어드려는 모습을 보여주고 있습니다.

지난 6월 6일 미국의 동남아시아 국가들에게 부여했던 201조 관세(Section 201) 14.25%의 한시적 면세조치를 종료한 이후, 금액 기준으로는 미국의 태양광 모듈 수입액이 6월부터 감소하기 시작하였으나, 동남아시아 태양광 모듈 물량 밀어내기로 인해 미국의 수입 태양광 모듈의 용량기준 수입량의 감소는 시장의 기대에 못 미쳤는데 이는 반덤핑/상계관세가 부과되기 전 가격을 낮추더라도 동남아산 태양광 모듈 수출을 지속했기 때문으로 보여집니다.

그러나 이러한 동남아산 태양광 모듈의 대미 수출도 8월부터는 (용량기준으로도) 감소세가 확인이 되고 있는 상황입니다.
지난 10월 동남아 4개국에 대한 미국의 상계관세 예비판정이 나왔으며, 11월에는 훨씬 더 세율이 높은 반덤핑 관세에 대한 예비판정이 나올 예정이기 때문에 미국의 모듈 수입도 하반기로 갈수록 더 빠르게 감소할 것으로 보여집니다.
그리고 이는 미국의 태양광 모듈가격 상승 및 미국 내 결정질 실리콘 태양광 모듈을 생산하는 업체들의 수혜로 이어질 것으로 보여집니다.


● 2024년 8월 미국 태양광 모듈 수입

2024년 8월 미국의 태양광 모듈 수입액은 11억 달러로 전년동기대비 -31% 감소하였으며, 전월대비 -18% 감소하였음.
용량기준으로는 4.8GW로 전년 동기대비 1% 증가하였으며, 전월대비로는 -16% 감소하였음.

2024년 1월부터 8월까지의 미국의 누적 태양광모듈 수입액은 117.84억 달러로 전년동기대비 9% 증가하였음. 용량기준으로는 42.66GW로 전년동기대비 45% 증가하였음.

자료인용 : Soochow Securities 발간 “전력설비산업 주간보고서” (2024. 10. 20)

※ 미국 에너지부 발간, 희토류 영구자석 공급망 심층분석 (# 희토류 영구자석 세부 공급망)

● 희토류 영구자석 세부 공급망

1. 원자재 생산

원자재 생산에는 1차 공급원(채굴), 2차 공급원(리사이클링)과 비전통적 공급원에서 생산된 희토류 원소를 직접 또는 광산에서 채굴된 원소와 혼합하고 정제(농축)하는 것을 포함함.

NdFeB 영구자석 제조에서 희토류 원소의 중요성 때문에 희토류 원소 채굴과 정제를 주로 다루고 있지만 고순도 철, 붕소 및 자석 코팅에 사용되는 재료의 생산 또한 다루고 있음.

NdFeB 소결영구자석의 원재료 구성비(중량기준)는 약 30%의 희토류 원소, 69%의 철, 1%의 붕소로 구성되어 있음.


2. 희토류 원소

1) 희토류 원소의 주요 공급원 – 채굴 및 가공

희토류 원소는 란타넘족 원소(원자번호 57에서 71번), 스칸듐 및 이트리움이 포함됨.
희토류는 화학적으로 유사하며 종종 동일한 광물 매장지에서 함께 존재함.

원자량에 따라 두 그룹(경희토류, 중희토류)으로 나뉘며 이는 자연계에서의 매장에도 영향을 끼침.
경희토류는 세륨(Ce), 란탄(La), 프라세오디뮴(Pr), 네오디뮴(Nd), 사마륨(Sm)이 포함되며,
중희토류는 유로퓸(Eu), 가돌리뮴(Gd), 터븀(Tb), 디스프로슘(Dy), 홀뮴(Ho), 에르븀(Er), 툴륨(Tm), 이터븀(Yb), 루테튬(Lt) 원소가 포함됨.

NdFeB 영구자석은 경희토류인 네오디뮴, 프라세오디뮴과 중희토류인 디스프로슘, 터븀의 조합이 필요함.

현재 대부분의 희토류 원소는 광석 채굴을 통해 생산되고 있음.
희토류는 대게 동일한 매장지에서 함께 발견되므로 부산물로 생산되며, 어느 매장지에서는 주로 경희토류가 포함되어 있고, 다른 곳에서는 중희토류가 포함되어 있음.

광석을 채굴한 다음 분쇄, 자력, 정전기, 부유 분리 등 여러 방법들을 혼합하여 정제하고 희토류 금속 농도를 높임.


2) 희토류 채굴 현황 및 계획

글로벌 희토류 생산량의 대부분은 중국에서 생산되며, 뒤이어 미국, 미얀마, 호주가 뒤 따르고 있음. 그 외 마다가스카르, 러시아, 인도, 브라질 등에서 소량 생산되어지고 있음.

전세계에서 단일 규모로 가장 큰 희토류 공급처는 중국 내몽골 자치구에 있는 Bayan Obo 광산임.
이 광산은 희토류, 철, 니오븀(niobium) 광산으로 Bastnasite(경희토류 플로우로카본산염), Monazite(혼합 희토류 인산염)와 같은 독립 광물과 주로 희토류를 부산물로 채굴하는 산화철 광물을 채굴하는 광산임.
그 외 중국은 주로 쓰촨성 여러 광산에서 경희토류를 생산하고 있음.

중희토류는 대부분 이온성 점토에서 희토류 원소를 생산하는데, 중국 남부와 미얀마에 있는 여러 소규모 광산에서 생산되고 있음.
미얀마 광산에서 채굴된 농축 중희토류는 중국으로 보내져 추가적인 가공을 거침.

중국과 미국 외 지역에서 가장 큰 경희토류 생산지는 호주에 있는 Lynas의 Mt. Weld 광산으로 여러 희토류를 포함하고 있는 광물이 매장된 탄산염 매장지임.

미국에서 경희토류를 함유하고 있는 2종류의 광석은 Bastnasite와 Monazite임.
전세계에서 가장 높은 등급의 바스트네사이트 광석 매장지는 캘리포니아주 Mt.Pass에 위치해 있으며 1950년대부터 개발 되었음.
이 광산과 가공 공장은 여러 석유 및 광산업체들이 운영해 왔다 현재 직전 소유주인 몰리코프의 파산절차로 이를 매입한 MP 머티리얼즈가 운영하고 있음.
바스트네사이트에는 다량의 Ce, La, Nd 및 Pr 그리고 소량의 Sm을 가지고 있지만 경제성 있는 규모의 중희토류는 포함하고 있지 않음.
Ce, La, Nd, Pr의 함유 비율은 약 52%, 30%, 12%, 4%임.
Ce와 La는 글로벌적으로 공급과잉 상태이며 이로 인해 가격이 낮게 유지되고 있어 생산된 모든 Ce와 La를 판매하기가 어려움.
따라서 채굴 및 분리 공정에 필요한 비용은 주로 Nd와 Pr의 매각을 통해 부담해야 함.

USGS에 따르면, 2019년 기준 Mt. Pass의 총 희토류 산화물 생산량은 연간 26,000톤이며 MP 머티리얼즈는 2020년 38,500톤의 Nd, Pr을 생산하였음. 이는 글로벌 Nd, Pr의 약 13%에 해당하는 양임.
하지만 중희토류인 Dy의 생산량은 글로벌 생산량의 0.6%에 불과함.

모나자이트는 미국 남동부의 모래에서 발견되며, 모나자이트에는 토륨과 같은 방사성 물질이 존재하기 때문에 역사적으로 최근까지 폐기물로 취급되었으며, 모나자이트에서 티타늄과 지르코늄을 채굴하곤 하였음.
최근 Chemours와 Energy Fuels와의 계약을 통해 Chemours는 조지아주에서 루타일, 지르콘, 모나자이트 모래를 분리하여 부산물인 모나자이트를 Energy Fuels의 유타 공장으로 본해 혼합 희토류 탄산염을 생산하고 있음.
Energy Fuels는 주료 우라늄을 생산하는 업체로 모나자이트에서 나오는 방사성 토륨과 우라늄을 가공할 수 있음.

모나자이트는 일반적으로 Ce와 La가 많이 함유되어 있으며, 일부 Nd, Pr과 소량의 중희토류를 포함하고 있음.
미국 남동부에서 생산되는 모나자이트는 일반적으로 희토류 함량이 약 55%, NdPr산화물의 약 22%를 차지하고 있음.
연간 약 2,500톤의 모나자이트가 Chemours와 Energy Fuels에 의해 생산(목표 출하량)되어 글로벌 희토류 산화물 생산량의 약 0.7% 규모임.
Energy Fuel은 타 지역에서도 모나자이트를 추가로 생산하여 연간 15,000톤으로 생산량을 늘리는 것을 목표로 하고 있으며, 이는 글로벌 생산량의 약 4%에 해당하는 Nd/Pr 생산량임.

미국 정부는 다양하고 광범위한 광산 개발 프로젝트를 통해 전세계에 희토류 채굴 능력을 추가하는 것을 목표로 하고 있음.

미국 기술금속연구소(Technology Metals Research)는 2015년 11월 기준 공식적으로 희토류 자원이 있는 58개의 매장지를 확인하였음.
미국 내 매장지는 Round Top, Bear Lodge, Bokan Mountain과 La Paz 등이 있음.

미국 외 지역에 있는 잠재력이 높은 매장지 후보로는 캐나다의 Nechalacho, 호주의 Browns Range, 칠레의 Penco가 있음.
많은 희토류 광산이 자원 개발에 필요한 자금을 확보하는데 어려움을 겪고 있지만 일부 프로젝트들은 개발단계에 들어서기도 하였음.

중희토류의 채굴 및 분리정제는 현재 중국과 미얀마의 이온성 점토로 제한되어 있기 때문에 고농도의 중희토류가 함유된 프로젝트들이 큰 관심을 끌고 있음.
칠레에서도 이온 점토 광상이 개발되고 있지만 현재 분리시설은 포함되어 있지 않으며, 계획된 속도로 개발이 진행되어도 이는 여전히 글로벌 Dy 생산량의 약 2%에 불과한 수량임.

중희토류의 잠재적 광산/광상은 텍사스의 Round Top, 호주의 Brown Range, 알라스카의 Bokan Mountain이 있으나 이러한 곳들에서 채굴되는 광석에서 중희토류를 생산하는 것은 이온 점토보다 더 어렵기 때문에 지금까지 상업성을 확보하기 어려웠음.

미국 중희토류는 2019년 예비 경제성 평가에서 제안한 규모를 고려할 경우 글로벌 디스프로슘 산화물(Dy Oxide) 공급량의 약 8%를 생산할 수 있는 텍사스 Round Top 광산 개발에 희망을 품고 있음.

기존 바스트나사이트 및 모나자이트 매장지는 중희토류의 함유량이 적기 때문에 이 곳들로는 미국이 원하는 공급망 공백을 메울 수가 없음.

여전히 새로운 프로젝트들이 진행되고 있기 때문에 상기 기술된 프로젝트가 전체를 대표하는 것은 아님.

자료인용 : 미국 에너지부 발간 “희토류 영구자석 공급망 심층분석” (2022. 02. 24)

※ 미국 에너지부 발간, 희토류 영구자석 공급망 심층분석 (# 희토류 영구자석 공급망 지도)

● 희토류 영구자석 공급망 지도

1. 희토류 영구자석 공급망 개요

최종 제품에서 영구자석을 사용하기 위해서는 어떤 희토류 원소가 필요하고, 얼마만큼의 양이 필요한지에 대한 3가지 주요 자석의 특성을 최적화해야 함.

영구자석의 3가지 특성은 다음과 같음.
1) 보자력(Hc) : 자성을 잃지 않고 유지하는 특성
2) 잔류자속밀도(Br) : 자석의 세기
3) 최대 작동 온도 : 보자력을 유지하면서 작동할 수 있는 온도
최종 제품에서 요구되는 3가지 영구자석의 특성과 제품의 무게, 생산원가 사이의 밸런스가 중요함.

희토류 영구자석은 본 보고서에서 주로 다루고 있는 NdFeB 영구자석과 사마륨코발트(SmCo) 영구자석으로 크게 분류할 수 있음.
사마륨코발트 자석은 NdFeB 자석보다 높은 온도에서 작동할 수 있어 무게가 문제가 되지 않는 고온 응용 제품에 더 적합함.

NdFeB는 최대 약 180도의 온도에서 잔류자속밀도가 높아 제품의 크기와 무게를 줄이는데 더 높은 효율을 달성할 수 있음.
NdFeB 영구자석은 또한 접합 또는 소결하여 제조할 수 있으며, 접합 및 소결 영구자석은 모두 경희토류인 네오디뮴(Nd)과 프라세오디뮴(Pr)을 주로 사용하면서, 120도 이상의 온도에서 보자력을 유지할 수 있게 만들어주는 중희토류인 디스프로슘(Dy)과 터븀(Tb)을 사용함.

접합영구자석은 일반적으로 자석의 세기가 상대적으로 약하고 부서지기 쉽기 때문에 직접구동모터와 전기차용 트랙션(Traction) 모터에는 NdFeB 소결영구자석이 사용됨.
현재 NdFeB 자석 시장의 약 93%가 소결영구자석임.

영구자석의 여러 공급망 문제(병목현상)와 기술적 문제가 미국의 탈탄소 목표를 저해할 수 있음.
글로벌 희토류의 생산, 분리정제, 금속 및 합금제조, 영구자석 제조 분야는 중국이 압도적인 경쟁력을 지니고 있어, 미국은 기존 미국 내 희토류 광산(MP Materials 및 Chemours 등과 같은 업체)에서의 생산, 분리, 정제가 필요함.
미국의 희토류 분리, 합금제조 또는 희토류 원소에 대한 금속 정제 능력이 부족하기 때문에 해외에서의 분리, 정련 능력이 필요함.

현재 중국 외 지역에서 Nd, Pr 및 Didymium(분리되지 않은 NdPr)이 생산되고는 있지만 중희토류의 생산은 여전히 제한되어 있음.


2. 희토류 영구자석 세부 공급망 개요

영구자석은 다양한 최종제품에 사용되기 위한 중간 제품으로 NdFeB 자석의 공급망은 원자재 생산과 같은 업스트림과 풍력 터빈용 직접구동 발전기의 제조와 같은 다운스트림 부문까지 모두 포함됨.

NdFeB 영구자석에 사용되는 원소는 경희토류인 네오디뮴(Nd), 프라세오디뮴(Pr)과 중희토류인 디스프로슘(Dy)과 터븀(Tb) 그리고 철(Fe), 붕소(B)가 포함되며, 경우 따라 구리, 코발트, 니오븀, 세륨 등 추가 원소들이 포함됨.

표준 영구자석 구성 및 현재의 재료(원소) 가격을 기반으로 대략적으로 계산해보면,
희토류 원소는 재료원가의 90% 이상을 차지하는 것으로 추정되어 NdFeB 영구자석 생산에 있어 희토류 문제가 매우 중요함.

때문에 본 보고서에서는 원자재의 경우 희토류 원소 공급망에 초점을 맞추고 장비 및 인건비도 함께 고려하고 있음.

NdFeB 영구자석의 주요 세부 공급망은 다음과 같음.
1) 원재료 생산에서 희토류 원소 및 기타 재료의 채굴 및 가공뿐 아니라 2차 가공 및 비전통적 공급원(unconventional sources, 재활용 등)에서 생산되는 원소들을 포함하는 단계
2) 개별 희토류 원소를 산화물과 금속 정제로 분리하는 것을 포함하는 가공생산 공정 단계
3) 희토류 금속 합금화 및 영구자석 제조 공정을 모두 포함하는 소결영구자석 제조 단계
4) 최종 용도 및 최종 제품을 위한 부품 제조 단계
5) 수명이 다한 제품을 회수하는 리사이클링 단계

자료인용 : 미국 에너지부 발간 “희토류 영구자석 공급망 심층분석” (2022. 02. 24)

※ 2024년 8월 미국 ESS 설치량

EIA에 따르면, 2024년 8월 미국의 ESS 설치량은 0.96GW로 전년동월대비 98%, 전월대비 28% 증가하였음.

자료인용 : Yongxing Securities 발간 “리튬배터리 산업 주간보고서” (2024. 10. 16)

※ GM 사례를 통해 본 전기차 업체들의 시행착오 (플랫폼 및 배터리) Part. 2

● GM의 사례를 통해 본 전기차, 배터리 전략 변화

○ 배터리

GM은 EV 플랫폼 외에 배터리에 대한 전략도 재구성하고 있는 것으로 보여집니다.

GM은 오래전부터 LG에너지솔루션의 파우치형 하이니켈 배터리를 기본으로 전동화 계획을 추진해 왔습니다.
LG에너지솔루션과 GM의 협력은 2010년 초반 볼트 전기차 협력으로 거슬러 올라가는 오랜 역사를 지니고 있습니다.
GM의 볼트와 닛산의 리프는 현대 전기차의 실질적인 시작점이라고 할 수 있으며, 두 차종 모두 파우치형 배터리(볼트는 LG화학, 닛산은 AESC)를 채택하였습니다. 즉, 초기 전기차의 메인 배터리는 파우치형 배터리였습니다.

파우치형 배터리의 원류라고 볼 수 있는 GM이 파우치형 배터리에서 벗어나 배터리 폼팩터를 다변화하고 있다는 것은 많은 의미를 내포하고 있다고 보여집니다.

이전부터 많이 언급을 하였지만, 파우치형 배터리는 많은 장점에도 불구하고 열폭주와 같은 안전성 문제에서 상대적으로 취약성(이로 인해 BMS 관리가 더 까다로움)을 지니고 있으며 현재 전기차/배터리의 트렌드인 CTP, CTC 적용도 상대적으로 어려운 점은 주행거리나 원가에 불리하게 작용합니다.

특히 픽업트럭이나 대형 SUV는 고가의 차량으로 안전성(신뢰성)과 높은 소비자의 눈높이라는 기대를 충족시켜줘야 하기 때문에 완성차 업체들은 제품에 더 큰 신경을 쓸 수밖에 없습니다.

그렇다고 이미 생산시설과 밸류체인이 이미 형성되어 있는 하이니켈 파우치형 배터리를 포기할 수도 없기 때문에 현재 완성차 업체들은 각 차량 세그먼트에 맞는 맞춤형 배터리 전략을 채택하고자 하고 있습니다.

예를 들면(GM과 현대차 같은 파우치 배터리를 주로 선택했던 업체들), 대형 SUV나 픽업트럭은 하이니켈 각형배터리를, 중소형 볼륨 모델은 미드니켈 파우치나 LFP 각형/파우치와 같이 폼팩터와 배터리 소재를 다각화하는 방향을 추진하고 있는 것으로 보여집니다.

GM은 삼성SDI와의 합작사를 통해서 각형배터리 생산을 공식화하였고, 일본 TDK(CATL로부터 기술 라이선스 도입)를 통해 미국 현지에서 LFP배터리를 공급받으려는 계획을 가지고 있는 것으로 보도되었습니다.

여담으로 2024년 상반기 이미 GM은 국내 소재업체에게 향후 미국에 10개의 배터리 공장을 건설하겠다는 계획을 밝힌 것으로 알고 있습니다.
얼티엄 셀즈 1,2,3과 삼성SDI와의 합작공장 외에 수개의 대규모 인산철배터리 공장을 짓겠다는 계획이었는데 당시 이 소식을 접했을 때 미국에 공장을 가지고 있는 GM 밸류체인의 전해액 업체인 엔켐에 큰 호재가 될 것으로 판단했었습니다.

GM은 LG에너지솔루션(삼원계 파우치형 배터리), 삼성SDI(삼원계 각형 배터리), TDK(LFP 각형 배터리)로 공급처를 다변화하면서 배터리의 폼팩터와 화학구성도 다변화하고 있습니다.

현대/기아차는 주로 SK온과의 기술협력을 지속하면서 자사 전기차에 SK온의 파우치형 배터리를 주로 사용하였는데(일부 LG에너지솔루션과 CATL 배터리 사용), 각형으로 폼팩터 다양화에 나서고 있습니다.
현대/기아차도 언론에 보도된 바와 같이 eM플랫폼이 적용된 첫번째 전기차인 GV90(네오룬)에 삼성SDI의 각형을 채택하기로 하였습니다.
현대차가 삼성SDI와 배터리 협력을 한다는 것은 매우 의미 있는 일로 현대차 또한 대형 전기차에서 각형 폼팩터 채택을 공식화하였습니다.

GV90에 적용되는 삼성SDI의 각형배터리는 기존 Gen5가 아닌 차세대 하이니켈 각형 배터리로 알고 있으며, 국내 모 자동차 부품업체가 GV90에 적용될 각형 Cap ass’y를 개발한 것으로 알고 있습니다.

○ 4680 / 46파이 배터리

46파이 원통형 배터리도 차세대 폼팩터로 주목을 받고 있는 상황입니다.
테슬라의 자체 4680배터리가 양산성의 문제(현재 수율 20%대 추정)로 LG에너지솔루션과 파나소닉에 4680배터리 생산을 의뢰하였고, 기사에 따르면 LG에너지솔루션은 오는 연말부터 양산에 들어간다고 보도되었습니다.

LG에너지솔루션도 초기 양산 수율을 잡는데 상당한 시간이 소요될 것으로 추정되며 빠르면 2025년 하반기 정도부터 본격 양산에 들어갈 수 있을 것으로 보여집니다.

관련 현직자에 따르면, 4680배터리 공정 중 기존에 문제점으로 지적되었던 용접부분 외에 특히 전해액 주입공정에서의 어려움이 크다는 얘기를 듣고 있습니다.

현재 테슬라와 벤츠가 46파이 배터리 적용에 구체적인 로드맵을 가지고 있고, 타 완성차 업체들은 이들 업체들의 46파이 배터리 적용을 지켜본 이후 양산성과 성능이 검증된 이후 본격적으로 46파이 배터리를 자사 전기차에 도입하려고 할 것으로 보여집니다.
삼성SDI와 46파이 배터리 협력을 진행하고 있는 BMW는 좀 더 신중을 기하고 있는 것으로 보여집니다.

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○ GM 전기차 배터리 전략 ‘원점’ 돌린다 (From Business Post, 2024. 10. 13)

GM은 성명을 통해 “LG에너지솔루션과 합작법인인 얼티엄셀즈 외에는 자사 전기차와 배터리에서 “얼티엄”을 더 이상 브랜드화하지 않을 것”이라는 입장을 내놓았음.

GM은 얼티엄 단일 플랫폼으로 소형부터 대형 차종까지 적용하려던 전기차 배터리 전략을 수정할 것으로 예상됨.
GM 배터리 사업부의 커트 켈티 부사장은 모델별 맞춤형 배터리 개발 및 제작 계획을 제시하였음.
배터리 폼팩터와 양극재 화학 조성 등 ‘얼티엄’ 브랜드로 일원화했던 과거에서 벗어나 완전히 새로운 방식을 추진하려고는 모습.
차종별로 최적의 배터리를 적용해 비용과 무게를 줄이는 효과.

GM의 핵심 임원이 다양한 화학적 구성의 배터리를 활용하겠다고 시사한 점은 LFP배터리 탑재를 확대하겠다는 신호로 읽힘.
GM은 배터리 원가 절감을 우선적 목표로 삼고 있으며, 에퀴녹스와 같은 중저가 모델이 잘 팔리고 있어 상대적으로 가격적 메리트가 있는 LFP배터리를 도입하는 배경으로 꼽히고 있음.
화학소재 기업인 일본 TDK가 CATL로부터 기술 라이선스를 도입해 미국 현지에서 배터리 공장을 짓으면 GM이 이 공장에서 만들어진 배터리를 수주해 가는 방식으로 논의가 진행되고 있음.

이에 따라 GM은 허머를 비롯한 대형 전기차 대신 가격 경쟁력을 앞세운 중소형 모델에 당분간 집중할 것으로 예상.

다만 LG에너지솔루션과 합작공장 3곳의 공장 가동 계획은 유지함.
LG에너지솔루션이 GM의 전략 변화에 맞추려면 LFP나 각형 등 다양한 폼팩터 개발에 속도를 내야 할 필요성이 커지고 있음.
LG에너지솔루션은 지난 7월 프랑스 르노와 LFP배터리 공급계약을 맺은 바 있음.

https://www.businesspost.co.kr/BP?command=article_view&num=368616


○ 제네시스 GV90에 삼성SDI 배터리 탑재 (From 조선일보, 2024. 10. 15)

현대차의 대형 SUV 전기차 GV90(네오룬)에 삼성 SDI의 각형 배터리가 탑재됨.
GV90은 2세대 전용 전기차 플랫폼인 eM이 적용된 첫 차량임.

삼성SDI 배터리가 제네시스 전기차에 탑재되는 건 이번이 처음으로 현대차는 그간 SK온과 LG에너지솔루션의 파우치형 배터리를 이용해 왔음.

업계에서는 현대차가 전기차 캐즘을 각형 배터리를 통해 새 돌파구를 찾는 것이 아니냐는 분석이 나오고 있음.

https://n.news.naver.com/article/023/0003864228?sid=101

※ GM 사례를 통해 본 전기차 업체들의 시행착오 (플랫폼 및 배터리) Part. 1

● 전기차 업체들의 시행착오

전기차 및 배터리 시장이 여러 면으로 빠르게 재편되고 있는 것으로 보여집니다.

2019 - 2022년 글로벌 전기차와 배터리 산업은 테슬라와 중국(중국 전기차시장의 성장은 소재가격의 급등을 불러 일으켜 완성차 업체들이 공급망 확보에 총력을 기울였던 시기임)의 높은 성장으로 인해 기존 글로벌 완성차 업체들이 앞다투어 전동화를 서두르던 시기였습니다.

지나서 생각해보면, 이 시기 다수의 완성차 업체들이 제대로 된 준비 없이 경쟁에 뒤쳐지지 않기 위해(특히 테슬라에 자극 받아) 준비가 덜 된 상태로 전동화를 추진하였고 현재는 여러 시행착오를 겪고 있는 중으로 보여집니다.
비단 전기차 뿐 아니라 대부분의 산업들이 전환기에 시행착오를 겪으면서 발전하지만, 자동차 산업은 100년을 이어오던 기존 레가시(기술, 부가가치, 밸류체인 등) 버리고 기계를 바탕으로 하던 기계공학에서 소프트웨어 중심의 전자공학으로의 전환이 기존 내연차 업체들에게 특히 많은 어려움을 겪게 하고 있는 것으로 보여집니다.

그리고 이러한 어려움은 전통이 오래된 업체일수록(벤츠, 포드, 도요타 등) 더욱 더 큰 것으로 보여집니다.

현재 제대로 된 전동화 업체는 테슬라 뿐이라고 할 수 있으며, 기존 내연차 업체 중에서는 현대/기아차 만이 상대적으로 좋은 모습을 보여주고 있다고 보여집니다.

타 내연차 업체 대비 빠르게 전동화를 추진했었던 폭스바겐, GM도 현재 많은 어려움을 겪고 있는 것으로 보이며, 현재 시행착오를 겪으며 전반적인 전동화 계획을 재편하고 있는 것으로 보여집니다.

그나마 폭스바겐과 GM은 MEB, PPE 플랫폼과 Ultium 플랫폼을 진행했던 경험이라도 있지만 포드, 도요타, 스텔란티스, 벤츠 등은 전기차 플랫폼에 대한 경험조차 부족한 상태입니다.
시행착오라도 겪었던 업체와 그런 기회조차 없었던 업체들의 격차는 앞으로 더 커질 것으로 보이며, 필연적으로 다가올 수밖에 없는 전기차 시대에 많은 전통의 자동차 업체들이 경쟁력을 잃어버리는 상황을 맞지 않을까 생각합니다.


● GM의 사례를 통해 본 전기차, 배터리 전략 변화

○ EV 플랫폼

GM은 기존 얼티엄 플랫폼에서 벗어나 새로운 방향성을 모색하고 있는 것으로 보여지는데, 그 중 주목할 만한 것은 현대차와의 협력으로 보여집니다.

GM은 얼티엄이라는 브랜드를 포기한 것이지 얼티엄 플랫폼 자체를 앞으로 사용하지 않겠다는 것은 아닌 것으로 보여집니다.
현재 Chevrolet Silverado EV, Equinox EV, Blazer EV 등의 GM 전기차 모델들이 얼티엄 플랫폼을 기반으로 만들어져 출시되어 있습니다.
이 중 Chevrolet Silverado EV는 픽업트럭으로 대형 차종이며, 이쿼녹스(중형 SUV)와 브레이저(중소형 SUV)는 비교적 작은 모델입니다.

중소형 모델인 이쿼녹스(2024년 3분기 판매량 9,772대)와 블레이저(3Q24 판매량 7,998대)로 GM 전기차 중 가장 높은 판매를 보여주었으나, 실버라도(3Q24 판매량 1,995대)의 판매량은 저조한 모습을 보여주었습니다. 참고로 전기차 판매 1위인 테슬라 모델 Y의 3Q24 판매량은 86,801대입니다.
즉, 픽업트럭과 같은 대형차종에서 GM이 경쟁력을 보여주고 있지 못하고 있습니다. 또한 험머와 같은 전략차종의 출시가 계속 연기중에 있습니다. (개인적으로 중소형 모델에서도 경쟁력을 보여주고 있지 못하고 보고 있지만 대형 SUV, 픽업트럭에서는 더욱 더 경쟁력을 보여주고 있지 못한 것으로 보여집니다. 차량이 대형화될수록 전반적인 시스템 관리의 난이도가 급격히 높아지는 것은 당연합니다.)
참고로 대형 전기차의 문제는 플랫폼 뿐 아니라 (파우치형) 배터리에도 있는 것으로 보여집니다.

GM은 이러한 플랫폼의 문제를 해결하고자 과감하게 얼티엄플랫폼에서 벗어나 새로운 길을 모색하고 있다고 보이며 그 해결책으로 현대차와의 협력을 모색하고 있는 것으로 보여집니다.

현대차는 이미 검증된 E-GMP 플랫폼을 기반으로 2025년 부터는 차세대 플랫폼인 eM(승용모델), eS(상용모델)이 적용된 전기차들을 시장에 출시할 계획으로 기존 내연차 업체 중 가장 앞선 전기차 경쟁력을 보여주고 있습니다.
타 업체들이 제대로 된 EV 플랫폼 조차 만들지 못하는 상황에서 현대차는 이미 차세대 EV 플랫폼을 완성한 상태입니다.

GM은 이러한 검증된 현대차와의 협력(eM, eS 플랫폼을 공동 개발 및 생산)을 통해 전동화 계획을 재편하고자 하는 것으로 보여집니다.
현대차는 내년 차세대 플랫폼인 eM이 적용된 대형 전기차인 GV90(네오룬)을 출시할 예정으로 대형 차량에서도 높은 기술력을 증명하고자 하고 있고 이는 GM의 니즈에도 부합한다고 보고 있습니다.

GM이 현재 시행착오를 겪고 있는 것은 분명하지만, 타 업체들은 이러한 시행착오 조차 제대로 경험해 보지 못하고 있습니다.
기존 대형 레가시 업체들 중 가장 빠르게 전동화를 추진했었던 GM과 폭스바겐이 현재 시행착오를 심하게 겪고 있는 중이며 결국 이들 업체들은 시간을 통해 이를 극복할 것으로 보여집니다.

※ 중국 전기차 수출 중 테슬라 비중

2024년 9월 중국의 전기차 수출은 11.1만대로 전년동월대비 16%, 전월대비 1% 증가하였음.
이 중 승용차의 수출은 10.5만대로 였음.

9월 테슬라의 수출은 3.05만대로 전체 중국 전기차 수출물량의 29%를 차지하였음.

자료인용 : Soochow Securities 발간 “전기차 판매량 평가 보고서” (2024. 10. 16)

※ 2024년 9월 중국 전기차 판매량 및 생산량

중국 자동차협회에 따르면, 2024년 9월 중국 전기차 판매량은 128.7만대로 전년동월대비 42%, 전월대비 17% 성장하여 시장의 예상을 뛰어 넘었음.
2024년 1월부터 9월까지 누적 판매량은 832만대로 전년동기대비 32.5% 증가하였으며, 누적 전기차 침투율은 38.6%였음.
9월 순수전기차(BEV) 판매량은 77.5만대로 전년동월대비 23.8% 증가하였고, PHEV 판매량은 51.1만대로 YoY 84.2% 증가하였음.

2024년 9월 중국 전기차 생산량은 130.7만대로 전년동월대비 48.8%, 전월대비 19.7% 증가하였으며, 9월까지 누적 생산량은 831.6만대로 전년동기대비 31.7% 증가하였음.

자료인용 : Soochow Securities 발간 “전기차 판매량 평가 보고서” (2024. 10. 16)

※ 동남아시아 국가별 태양광 업체 Capa (2024년 & 2027년)

Sinovoltaics의 따르면, 2024년 2분기 기준, 동남아시아의 전체 태양광 모듈 Capa는 78.8GW이며, 2027년까지 14GW가 추가로 증설될 것임.
태양광 셀의 Capa는 50GW였으며, 2027년 68GW로 증가할 예정임.

동남아 4개국에 대한 미국의 반덤핑/상계관세 부과가 예정되어 있어, 향후 태양광 모듈과 셀의 증설은 주로 인도네시아나 라오스 같은 국가들을 위주로 증설될 것임.


● 베트남
1. 태양광 모듈 Capa : (2024년) 47.93GW / (2027년) 50.43GW
2. 태양광 셀 Capa : (2024년) 32.8GW / (2027년) 40.8GW
3. 태양광 웨이퍼 Capa : (2024년) 11.5GW / (2027년) 18GW


● 말레이시아
1. 태양광 모듈 Capa : (2024년) 8.9GW / (2027년) 8.6GW
2. 태양광 셀 Capa : (2024년) 2.85GW / (2027년) 2.85GW


● 태국
1. 태양광 모듈 Capa : (2024년) 3.9GW / (2027년) 3.9GW
2. 태양광 셀 Capa : (2024년) 2.55GW / (2027년) 2.55GW
3. 태양광 웨이퍼 Capa : (2024년) 5GW / (2027년) 5GW


● 캄보디아
1. 태양광 모듈 Capa : (2024년) 6.4GW / (2027년) 6.4GW
2. 태양광 셀 Capa : (2024년) 4.75GW / (2027년) 4.75GW


● 인도네시아
1. 태양광 모듈 Capa : (2024년) 9GW / (2027년) 14.5GW
2. 태양광 셀 Capa : (2024년) 6.5GW / (2027년) 12GW
3. 태양광 웨이퍼 Capa : (2027년) 3GW

자료인용 : SINO VOLTAICS 발간 “2024. 2Q.. Southeast Asia Solar Supply chain Map”

※ 미국 에너지부 발간, 희토류 영구자석 공급망 심층분석 (요약)

2021년 2월, 미국 바이든 대통령은 “미국 공급망에 관한 행정명령”(EO14017)에 서명하여 행정 기관이 미국의 중요한 공급망의 복원력과 국가보안을 평가하고 미국의 경제 및 국가 안보를 뒷받침하는 산업 기반에 대한 전략을 수립하도록 지시하였음.

미국 에너지부(DOE)는 EO14017에 대한 1년간의 조치의 일환으로 에너지부 국립연구소를 통해 에너지 부문 산업 전체에 대한 공급망 평가를 실시하였음.
특히 2050년까지 미국의 Net-zero를 위해 필요한 기술에 중점을 두었음.

이 보고서는 클린에너지 기술에 사용되는 희토류 영구자석, 특히 네오디뮴-붕소(NdFeB) 소결자석의 공급망에 초점을 두고 있음.
NdFeB 소결자석(Sintered NdFeB)은 상업적으로 이용 가능한 가장 강력한 자석이며, 특히 첨단 모터 및 구동시스템에서 소비자 및 산업 전자 분야의 광범위한 응용분야에서 다양한 이점을 제공하고 있음.

에너지 섹터 특히 클린에너지 분야에서 NdFeB 소결자석은 풍력터빈(특히 해상풍력터빈)의 영구자석 동기식(직접구동방식) 발전기와 BEV, HEV와 같은 전기 자동차의 전기 동기식 트랙션모터(traction motor)의 중요 구성 요소임.

2050년까지 Net-zero를 달성하기 위한 탈탄소 시나리오를 바탕으로 희토류 영구자석에 대한 수요는 미국과 글로벌적으로 빠르게 증가할 것으로 예상되고 있음.

희토류 영구자석 및 희토류 재료는 매우 높은 시장 변동성과 지정학적 민감성을 지니고 있기 때문에 미국의 Net-zero를 위한 중대하고 부인할 수 없는 도전 과제임.

희토류 시장은 부산물로 생산되고 업체간의 특정 계약을 통해 판매되기 때문에 불투명한 특성을 지니고 있음.
거의 모든 공급망이 중국에 집중되어 있으며 희토류 제련과 관련된 과정은 어렵고 비용이 많이 들며 위험함. 또한 희토류 영구자석의 고유한 특성과 기술적 특성으로 인해 공급망 대체가 어려움.

미국 정부는 미국에서의 생산을 촉진하고 보다 탄력적인 공급망을 구축하기 위해 적극적으로 노력하고 있음.
2021년 미국 상무부 장관은 1962는 무역확장법 232조가 공급망 문제 해결에 적용될 수 있는지 평가하기 위해 조사를 시작하였음.
연방정부는 또한 희토류 및 NdFeB 소결자석 생산을 지원하기 위해 사용할 수 있는 권한을 부여받은 국방 생산법(DPA, the Defense Production Act) Title 3에 따른 프로젝트를 실행하고 있음.
에너지부는 희토류 및 NdFeB 자석 프로젝트 연구자금을 지원하고 업계 지원을 제공하고 있음.

이번 보고서에서는 NdFeB 소결자석 공급망에 대한 4가지 주요 단계에 대해 설명하고 있음.
1. 1차 공급원으로부터의 희토류 채굴 및 농축, 2차 공급원으로부터의 재활용, 광산 부산물 및 석탄 부산물과 같은 비전통적인 방법으로의 희토류 획득.

2. 희토류 산화물 분리 및 금속 정제를 포함한 가공 생산

3. 합금 제조 및 자석 제조

4. 다운스트림 최종 제품에서 영구자석의 사용


지리적 집중도, 무역 파트너의 지정학적 민감성, 순수입 의존도, 가격 변동성, 공급망 전반에 대한 대체 가능성 등 여러 요인이 희토류 영구자석 공급망에서 미국의 경쟁력과 산업복원력을 결정함.

최근 수년 동안 미국의 생산능력과 해외 공급처의 다양성을 높이기 위해 국내외 프로젝트들이 진행되고 있지만 희토류 원소 및 영구자석 공급망은 여전히 비탄력적임.
미국 제조업체들은 특히 공급망의 중간 단계(mid-stream)에서 경쟁력을 갖추기 위해 고군분투하고 있음.

현재 미국은 풍력 터빈과 전기자동차에 사용되는 네오디뮴 소결자석의 미국 내 생산능력이 제한되어 있으며, 중국은 공급망의 주요 단계를 지배하고 있음.
더 중요한 것은 중국의 이러한 생산 집중도가 모든 다운스트림에서도 증가하고 있어 2020년 기준 연간 글로벌 희토류 채굴량의 58%, 영구자석 생산량의 92%를 중국이 차지하고 있어, 부가가치가 가장 높은 단계에 이르렀음.

미국은 영구자석 제조산업을 구축하고 공급망의 여러 단계에서 미국의 경쟁력을 회복해야만 함.
이 보고서는 이러한 문제를 자세히 논의하고 미국 공급망의 회복력을 향상시킬 수 있는 미국 및 외국 기업의 지속적인 노력과 과거의 노력에서 얻은 교훈을 설명하고 있음.

그리고 이러한 논의는 에너지 섹터에서 탈탄소화를 위한 미국의 노력에 직면한 여러 가치 취약점들로 이어짐.
1) 희토류에 대한 글로벌 시장의 불안정성
2) 원자재 및 영구자석 생산의 중국 의존도 (특히 생산 결정을 통해 글로벌 시장에 영향을 미칠 수 있고 정책 결정을 통해 중국 정부의 영향을 받을 수 있는 중국 기업에 대한 의존도)
3) 탄소 집약적 관행을 포함하여 환경적으로 유해한 추출기술에 의존하는 광산 및 공정
4) 미국 기업의 경쟁을 제한하는 영구자석 제조 관행과 외국 기업의 지적 재산권
5) 해상풍력터빈 및 BEV, HEV 전기 자동차의 증가로 인한 대규모 수요 증가 예상

상기와 같은 취약점은 미국에게 또한 기회가 될 수 있음.
1) 미국은 재래식 및 비전통적 방식의 상당한 규모의 희토류 공급원(광산 및 광상)을 보유하고 있으며, 이미 중국을 제외하고는 희토류 농축에 있어 선도적인 국가 중 하나이며, 현재도 미국 내에서 희토류 정제능력을 추가하기 위한 프로젝트가 진행 중에 있음.

2) 비전통적인 가공기술의 개선과 희토류 분리 및 금속 정제의 공정 강화 및 확장을 통해 기존 방식보다 경쟁력있는 희토류 및 금속 정제/제련의 기회를 만들 수 있음.

3) 영구자석의 재활용 기술을 연구 개발하고 재활용 기업에 대한 지원을 통해 미국 공급업체들의 기술적 이점을 확립하고 주요 공급망 격차를 메우는데 도움을 줄 수 있음.

4) 취약한 소재 및 제품을 대체할 수 있도록 공급망을 연구, 개발, 생산, 공급에 투자를 하여 공급망 리스크에 덜 취약한 구조를 만들 수 있게 함.

자료인용 : 미국 에너지부 발간 “희토류 영구자석, 공급망 심층분석” (2022. 02. 24)

※ 미국 태양광 및 풍력 시장

● 미국 태양광 시장

EIA에 따르면, 2024년 6월 미국 태양광 발전 신규 설비는 2.15GW로 전년동월대비 33% 증가하였음.
2024년 1월부터 6월까지의 누적 태양광 발전 설비는 11.8GW로 전년동기대비 98% 증가하였음.


● 미국 풍력 시장

블룸버그 NEF에 따르면, IRA의 세금공제 영향으로 인해 2023년부터 2030년까지 미국의 신규 육상풍력 설치용량은 111GW에 달할 것이며, 미국 정부 자료에 따르면 해상풍력 설치(목표)는 30GW에 달할 것임.
바이든 행정부는 2030년까지 30GW의 해상풍력발전을 설치해 1000만 가구에 전력을 공급할 계획임.

자료인용 : Haitong Securities 발간 “글로벌 에너지 및 산업 주간보고서” (2024. 10. 11)