LG화학, '탄소나노튜브' 4공장까지…中 주도 시장서 우위 점한다

[이데일리 함정선 기자] LG화학이 국내 최대 규모로 탄소나노튜브(CNT) 공장 증설에 나섰다. 양극재 등 전기차 배터리 소재를 중심으로 급성장 중인 글로벌 CNT 시장에서 확고한 경쟁 우위를 선점하기 위해서다.

LG화학은 대산공장에 연산 3200t 규모의 CNT 4공장을 건설한다고 30일 밝혔다. 지난해 상업가동을 시작한 2공장과 올해 초 착공에 들어간 3공장에 이어 LG화학의 네 번째 CNT 공장이다.

신학철 LG화학 부회장이 핵심 과제 중 하나로 배터리 소재를 손꼽고 있는 만큼, 관련 시장을 확대하기 위한 전략이라는 분석이다. 신 회장은 올해 초부터 “넥스트 성장동력 육성에 집중해 성과창출을 가속해야 한다”며 성장동력 중 하나로 배터리 소재를 손꼽고 “배터리 업체뿐만 아니라 완성차 업체 등으로 고객을 확대해야 한다”고 강조해왔다.

LG화학이 증설을 통해 연 6100톤(t) 규모의 생산 라인을 갖추면 현재 중국 업체들이 주도하고 있는 시장에서 경쟁력을 확대할 수 있을 것으로 예상되고 있다. 특히 미국의 인플레이션 감축법(IRA) 통과에 따라 배터리 제조사 등의 고객 확보에도 유리할 전망이다.

신학철 LG화학 부회장

증설 통해 시장 확대 대비…R&D로 품질 확보

CNT는 전기와 열전도율이 구리, 다이아몬드와 동일하고 강도는 철강의 100배에 달하는 차세대 소재로 전기차 배터리와 전도성 도료, 자동차 정전도장 외장재, 면상발열체 등 활용 범위가 확대되고 있다.

LG화학이 CNT 4공장을 완공하면 생산능력은 기존 여수 1·2공장의 1700t을 포함 총 연간 6100t에 이른다. 업계에 따르면 현재 CNT 시장의 최대 생산 규모는 약 7000t이다.

대산공장에 들어설 CNT 4공장은 2023년 상반기 착공에 돌입, 2024년 하반기 상업 가동을 목표로 하고 있다. 2017년에 500t 규모의 CNT 1공장을 처음 가동한 LG화학은 2020년대 들어서는 시장 확대에 따라 매년 CNT 공장을 증설하고 있다. 탈탄소 기조가 가속화하며 전기차 배터리 시장이 커지는 등 늘어나는 수요에 미리 대비한다는 전략이다.

현재 CNT 시장은 중국 기업들이 시장의 대부분을 차지하고 있지만, LG화학이 지속적인 연구개발(R&D)과 증설 등을 통해 시장에서 두각을 나타낼 수 있다는 분석이 나온다. 특히 LG화학의 CNT 공장은 자체 개발한 유동층 반응기로 생산 라인당 연간 최대 600t까지 양산 가능하다. 이는 단일 라인 기준으로는 세계 최대 규모로, 통상 해외 CNT 기업들이 100~300t 규모의 양산이 가능한 것 대비 2배 이상의 효율화를 자랑하고 있다.

이와 함께 LG화학은 독자기술 기반의 코발트(Co)계 촉매를 사용해 배터리 품질에 영향을 줄 수 있는 ‘자성이물’ 함량을 낮춰 세계 최고 수준의 품질을 구현하고 있다. 경쟁사들이 주로 사용하는 철(Fe) 촉매가 코발트 대비 금속과 자성이물 함량이 상대적으로 높아 제품화를 위한 별도의 후처리 공정이 필요한 것과 대조적이다.

이와 함께 LG화학은 CNT 4공장의 반응기 안정성 개선과 공정 자동화 등의 혁신으로 생 산라인 운영 규모를 효율화해 기존 대비 인당 생산성을 약 20% 향상하기도 했다.

LG엔솔 시작으로 배터리·완성차 고객 확대

LG화학의 CNT는 우선 배터리 계열사인 LG에너지솔루션 등 배터리 업체에 양극 도전재(Conductive Additive) 용도로 공급될 예정이며, 앞으로 다양한 산업 분야로 공급을 확대해 나갈 계획이다.

양극 도전재는 전기와 전자의 흐름을 돕는 소재로 특히 니켈 코발트 망간 등의 활물질로 구성된 양극재 내에서 리튬이온의 전도도를 높여 충방전 효율을 증가시키는 역할을 한다. 또한 CNT를 양극 도전재로 사용하면 기존 카본블랙 대비 약 10% 이상 높은 전도도를 구현해 도전재 사용량을 약 30% 줄일 수 있으며, 그만큼을 양극재로 더 채울 수 있어 배터리의 용량과 수명도 크게 늘릴 수 있다.

이와 함께 음극재 및 리튬황·전고체 전지와 같은 차세대 전지 분야에서도 CNT가 주력 도전재로 검토되고 있다.

업계에 따르면 배터리 도전재용 CNT는 2030년 약 3조원(23억달러) 규모의 시장으로 성장할 전망이다. 글로벌 CNT 수요도 지난해 5000t 규모에서 2030년 7만t 규모로 연평균 약 30% 이상의 성장이 예상되고 있다.

LG화학은 현재 LG에너지솔루션 외 신규 배터리 고객사를 확보해 매출을 늘리는 한편, 전기차 시장 확대에 따라 완성차 업체와의 협력도 강화할 수 있을 것으로 보고 있다.

또한 배터리 외에도 전도성 도료, 도로 결빙(블랙아이스) 방지용 면상발열체, 반도체 공정용 트레이 등 전지 외 신규 적용 분야로 CNT 판매도 적극 확대할 전략이다. 예를 들어, 반도체 공정에 사용되는 트레이에 CNT를 적용하면 우수한 전기 전도성을 기반으로 고온을 견디고 분진, 전자파, 정전기 등을 차단할 수 있다.

노국래 LG화학 석유화학사업본부장은 “독자기술 기반의 제조 경쟁력과 우수한 품질로 배터리 도전재 분야에서 확고한 1등 지위를 구축하고 잠재력이 큰 신시장 개척에 박차를 가할 것”이라고 말했다.

LG화학 여수 탄소나노튜브(CNT) 공장 전경.