스웨덴 Northvolt, 지속가능 배터리 공급망 견인

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스웨덴 Northvolt, 지속가능 배터리 공급망 견인

• 트렌드
• 스웨덴
• 스톡홀름무역관 이수정
• 2023-12-08
• 출처 : KOTRA

Keyword#자동차용 배터리 #리튬이온 배터리 #나트륨이온 배터리

최근 나트륨이온 배터리 개발 성공

탄소중립이 글로벌 과제로 떠오르면서 스웨덴의 저탄소 전환이 가속화되고 있다. 스웨덴은 2030년까지 1990년 대비 온실가스 배출량을 63% 줄이고 2040년 75%까지 감축한 후 2045년에 온실가스배출 제로화를 실현한다는 목표이다. 스웨덴 정부가 EU집행위가 발표한 ’Fit for 55’ 규제 강화에 대응하기 위해 승용차 및 소형 상용차의 이산화탄소 배출 감축 목표를 상향 조정함에 따라 스웨덴 완성차업체들도 전기차로의 전환을 빠르게 진행 중이다.

볼보 승용차는 2025년까지 신차 생산 시 50%를 전기차로 대체하고 2030년부터 전기차만 생산할 계획이며, 트럭과 버스를 생산하는 볼보 그룹 역시 2035년부터 휘발유 및 디젤차량의 생산을 전면 중단한다고 발표했다. 이에 따라 스웨덴은 EU 집행위의 ’2050년 온실가스 배출 제로화(관련 지침 2018/1999)’보다 훨씬 빠른 2045년까지 온실가스배출 제로화 달성이 무난할 것으로 보인다.

  · Fit for 55는 2050년 기후중립을 목표로 2030년까지 EU 온실가스 감축 목표를 기존 40%(‘90년 설정 기준)에서 55%로 상향한다는 지침

자동차시장 재편으로 커지는 전기차배터리 시장

전기차 보급 확대로 급성장한 배터리 시장이 핵심부품인 배터리의 기술 개발과 안정적인 공급사슬 구축 요구로 관련업체 간 치열한 주도권 싸움으로 번지는 가운데 EU가 한국, 중국, 일본 등 동아시아 3국에 대한 배터리 의존도를 줄이기 위해 유럽 배터리연합을 결성하고 유럽 내 배터리 생산·유통·재활용 밸류체인 구축에 노력 중이다. 특히, EU가 2023년부로 EU역내 내연 신차(합성연료 제외) 판매금지 법안을 발효함에 따라 앞으로 내연기관차에서 전기차로의 산업 재편은 더욱 가속화될 전망이다. 현재 유럽 완성차업체 및 배터리 제조사들의 역내 생산거점 확보를 위한 배터리 공장 신설 투자가 지속되고 있고 스웨덴을 비롯한 폴란드, 독일 등 유럽 내 생산공장 건설을 통해 EU내 배터리 분야 수직계열화가 추진 중이다.

배터리 정책 및 규제

EU가 지속가능한 배터리 산업을 위해 EU 배터리 지침을 개정하고 2024년부터 배터리의 탄소발자국 공개, 2027년부터 일정 상한선 초과 시 EU 내 판매 금지, EPR제도 도입을 통해 배터리 생산자의 사용 후 배터리 회수목표를 부여했다.

회수 목표는 휴대용 배터리의 경우 2027년 63%에서 2030년 73%까지, 전기 스쿠터 등 경량 운송수단 배터리는 2028년 51%에서 2031년 61%까지 회수하도록 정했다. 산업용 및 전기차 배터리에 대해서는 폐배터리에서 나온 원자재(코발트, 리튬, 니켈 등) 포함 의무가 부여되며, 앞으로 최소 포함비율을 단계적으로 상향한다는 방침이다.

한편, 2026년부터 전기차용 모든 배터리에 원산지 추적이 가능한 배터리 패스(battery passport)를 사용하고 2027년부터 배터리의 수명, 충전 캐퍼시티, 유해물질, 안전위험 등 정보가 기재된 라벨 부착을 의무화한다. 배터리 주재료의 재사용률은 2030년까지 코발트 12%, 리튬∙니켈 4%로 정하고 2035년에는 코발트 20%, 리튬 10%, 니켈 12%로 강화했다.

스웨덴은 배터리 주재료의 재사용율 및 폐배터리 수거비율을 EU보다 높은 75%로 정하고 배터리 생산업체들에 생산 배터리의 정보와 사용자 정보를 스웨덴 자연보호청에 등록하도록 의무화했으며, 일정 수준 이상의 수은(0.0005중량퍼센트 이상)과 카드뮴(0.002중량퍼센트 이상) 함유 시 판매와 유통을 불허하는 등 강력한 규제를 실시하고 있다.

그러나 이러한 강력한 규제 속에서도 EU가 배터리 등 친환경 전환산업에 한해 회원국차원의 보조금 지급 규제를 한시적으로 완화하면서 향후 EU 역내의 기가 팩토리 설립 움직임은 더욱 빨라지고 폐배터리의 리사이클링 시장도 확대될 전망이다.

스웨덴의 배터리 에코시스템

스웨덴은 2045년 세계 최초로 화석연료 없는 복지국가가 되기 위해 22개 산업계가 공동으로 Fossil-Free Sweden 정책을 발표하고 미래 성장 및 경쟁력강화를 위해 지속가능한 배터리 가치사슬 개발에 노력 중이다. 스웨덴의 배터리 에코시스템은 정부와 산∙학∙연 간 활발한 협력을 기반으로 한다. 주요 정부기관으로 에너지청, 지질조사연구소, 자연보호청, Business Sweden, RISE(스웨덴 국립연구소) 등이 있고 웁살라 대학을 비롯한 샬머스 공대, 스웨덴 왕립공대, EIT Raw Materials, 스웨덴 전자모빌리티 센터 등 대학과 연구소가 협력하며 자동차공급업자협회, 광산업협회인 SveMin 등 다수의 산업계가 참여하고 있다.

배터리 셀 생산업체로 노스볼트(전기차용 배터리 셀)와 Nilar, SAFT(산업용 배터리 셀)사가 있으며, 이들 모두 셀과 모듈을 함께 생산하고 있다. 생산된 배터리 팩은 Vattenfall, Fortum 등 전력업체를 비롯, 완성차업체와 산업계 전반에서 사용한 후 리사이클링을 거쳐 배터리 원자재로 재탄생된다.

현재 스웨덴에는 이차전지 4대 소재 중 분리막과 음극재, 전해질 생산업체는 없으며 양극재 취급업체로 Altris와 Talga사가 있다. Altris사는 양극재 생산업체들이 일반적으로 사용하는 리튬과 니켈, 코발트 물질을 사용하지 않고 철과 나트륨 기반의 전극재료만을 사용해 양극재를 개발했다. Talga사는 2022년 설립된 신생기업으로 아직은 이노베이션센터 개설과 공장건설을 계획하는 수준이나 최근 Talga사가 스웨덴 북부 키루나 외곽지역에서 그래파이트 광석을 함유한 광산을 발견하면서 관련 업계의 관심이 모아지고 있다.

〈스웨덴 배터리 에코시스템〉 

[자료: Fossil Free Sweden/Strategy for sustainable battery value chain]

Northvolt가 이끄는 친환경 배터리 산업

〈Northvolt Ett 공장 전경〉

[자료: Northvolt 홈페이지]

Northvolt는 2016년 스웨덴에서 설립된 전기차용 배터리 생산업체로 유럽 대륙에서 배터리를 생산하는 최초의 유럽기업이다. 2030년까지 유럽 전기차배터리 생산의 25%를 점유한다는 목표 하에 현재 스웨덴 북부 쉘레프테오 지역에 대규모 전기차 배터리 공장 Northvolt Ett을 건설 중이다. Northvolt Ett은 2021년 12월 첫 가동을 시작한 신규 생산시설로 100% 청정 에너지로 가동돼 세계에서 가장 탄소 발자국이 낮은 전지를 생산하기 위한 바탕이 됐으며 쉘레프테오를 비롯한 스웨덴은 물론 독일, 폴란드, 캐나다 등 유럽 외 북미 지역으로 점차 생산거점을 확대해가고 있다.

스웨덴은 타 유럽 지역에 비해 풍력, 수력 등 친환경 에너지 사용 비중이 높기 때문에 적은 탄소 발자국과 낮은 전력 비용을 모두 잡을 수 있다는 점에서 배터리 제조업에 최적의 조건을 갖추고 있다. Northvolt 역시 이러한 이유로 스웨덴을 시작점으로 삼았고 끊임없는 혁신을 통해 전기차 배터리 시장의 확실한 리더로 성장해 나가고 있다.

Northvolt의 배터리 생산공장 및 협력업체 현황은 아래 표와 같다.

〈Northvolt 전기차배터리 생산공장 및 리사이클링 협력업체 현황〉 

국가	지역	현 황
스웨덴	쉘레프테오	- Northvolt Ett (전기차배터리 생산공장) 건설 - 총 5단계 프로젝트 진행, 2023년 말 양산 계획으로 연산 능력 60GWh - 신규 고용 창출 인원 연간 3000명, 2025년 총종업원 9000명 추산 - 2025년까지 총 투자규모 6억 크로나(약 6000만 달러)
	베스테로스	- 연구/개발센터인 Northvolt Lab 공장 소재 - 2021년 100% 재활용 니켈, 망간, 코발트를 사용해 배터리 음극재 첫 생산 - 2023년 11월 알트리스(Altris)와 나트륨이온 배터리 개발 성공
	요테보리	- 볼보 승용차와 전기차배터리 합작투자(NOVO Energy) 설립 - 2023년 전기차배터리 공장 건설 시작, 2025년부터 양산 예정(연산능력 50GWh)
	볼렝에	- Stora Enso 제지공장을 매입해 전기차 배터리 생산 공장으로 전환 진행 - 2024년 말 양산 계획, 종업원 1000명 규모
독일	하이드	- 기가 팩토리 건설 계획 - 2025년 양산 계획, 연간 60GWh 규모
폴란드	그단스크	- 에너지 저장장치(ESS)용 배터리 생산공장인 Northvolt Dwa 건설 중으로 2023년 말 양산 계획 - 향후 Northvolt가 Altris와 공동 개발에 성공(2023년 11월)한 나트륨이온 배터리(에너지 저장장치용 배터리)도 생산 예정
캐나다	몬트리얼	- Northvolt Six(기가 팩토리) 건설을 위해 캐나다 지방정부로부터 재정 확보 - 2026년부터 양산 계획, 연산 규모 60GWh, 종업원 2500명 규모
미국	실리콘밸리	- 실리콘밸리의 스타트업인 Cuberg사를 2021년 매입 - 차세대 배터리 셀 연구개발, 종업원 약 100명
노르웨이	프레드릭스타드	- 노르웨이 Hydro사와 조인트벤처사인 Hydrovolt사 설립 - 유럽 최대규모의 배터리 재활용 공장으로 2022년부터 재활용 공정 상용화 - 청정에너지(수력)를 공급받는 친환경 배터리 재활용 시스템 구비, 최소한의 CO₂ 발자국으로 연간 약 1만2000톤의 배터리 팩 처리 - 2030년까지 배터리 팩의 연간 재활용 수준을 30만 톤으로 확대 예정 - 종업원 60명
포르투갈	세투발	- 포르투갈 Galp사와 협력, Setubal에 수산화리튬 전환시설 설립 중 - 2025년 가동 예정, 연간 2만8000~3만5000톤 급의 수산화리튬 처리

[자료: Northvolt ,SVT, Dagens Industri 등 미디어 종합]

이외 폴크스바겐 그룹과 합작 설립한 Northvolt Zwei 공장은 당초 Northvolt와 폴크스바겐이 공동으로 건설할 예정이었으나 폴크스바겐 단독 건설로 전환한 바 있다. 해당 공장은 2024년 가동 예정으로 연간 생산 캐퍼시티 20GWh 규모이다.

Northvolt는 2030년까지 최소 150GWh의 셀 제조 능력을 갖추고 신규 셀에 재활용 부품이 최소 50% 들어갈 것을 목표로 하고 있으며, 이를 위해 현재 배터리 셀 생산과 함께 배터리 재활용 노력을 배가하고 있다.

화석연료에 대한 의존도가 낮아질수록 배터리를 생산하기 위한 각종 금속에 대한 의존은 높아질 수밖에 없다. Northvolt는 일회성 소비로 끝나는 화석 연료와는 달리 올바른 방법으로 금속을 회수할 경우 재활용이 가능하다는 점에 주목하고 REVOLT라는 배터리 부품의 재활용시스템 사업을 구축했다.

한편, 이외에도 지속 가능한 배터리 생산을 위해 ‘노스볼트 루프(Northvolt Loop)’라는 모델을 도입했다. 배터리 셀의 제조 및 운송 과정에서 친환경 에너지를 사용하며, 사용된 배터리를 회수해 재활용하는 체계로 장기적으로는 금속을 신규 채굴해 제련하는 과정을 없애고 전면 재활용함으로써 루프를 완전히 닫은 순환 체계를 확립하는 것이 Northvolt의 청사진이다.

2021년 베스테로스에 위치한 Northvolt Lab에서는 100% 재활용된 니켈, 망간, 코발트를 사용해 배터리에 쓰이는 음극 소재를 첫 생산해 재활용 금속이 신규 채굴된 금속과 동등한 성능을 낼 수 있음을 입증하기도 했다.

<노스볼트 루프-배터리 재활용 시스템>

[자료: Northvolt]

Northvolt, 나트륨이온 배터리 개발 성공

Northvolt는 최근 리튬이온 배터리를 대체할 나트륨이온 배터리 개발에 성공했다고 발표했다. 페테르 칼손(Peter Carlsson) CEO는 2023년 11월 21일 스웨덴 유력 경제지 Dagens Industri와의 인터뷰에서 “Northvolt는 최근 연구 파트너사 알트리스(Altris)와 공동으로 희토류(리튬·니켈·코발트·흑연)가 전혀 포함되지 않은 나트륨이온 배터리를 자체 개발하는데 성공했다”고 밝히고 “이 나트륨이온 배터리는 리튬·니켈·망간·코발트(NMC)배터리나 리튬인산철(LFP) 배터리보다 훨씬 더 안전하고 저렴하며 지속 가능하다”고 언급했다. 페테르 칼손 CEO는 “2024년에 나트륨이온 배터리 시제품을 내놓겠다”고 밝히면서 “앞으로 나트륨이온 배터리부문이 현재 해당 사의 전기차용 리튬이온 배터리의 포트 폴리오 보다 더 커질 수 있을 것”이라는 희망을 함께 내놨다.

이번에 개발 성공한 나트륨이온 배터리는 “베스테로스에 소재한 Northvolt Lab과 웁살라 소재 알트리스 연구소에서 공동 진행했으며, 당분간 에너지저장장치(ESS)에 주로 사용할 예정”이라고 언급하고 “앞으로 추가 연구를 통해 자동차용 배터리로 개발할 계획”이라는 포부를 밝혔다.

알트리스(Altris)는 2017년 웁살라에서 설립된 양극재 생산업체로, 웁살라대학 옹스트룀(Ångstrὅm)연구소가 개발한 철∙질소∙나트륨∙탄소로 구성된 음극 소재 Fennac을 생산하고 있는데 Fennac을 사용할 경우 니켈, 코발트, 리튬을 포함하지 않는 전지를 만들 수 있다고 한다.알트리스는 2025년 중반부터 1GWh(기가와트시) 규모의 파일럿 생산을 시작으로 양극재를 생산할 계획이다. 노스볼트는 알트리스사의 주식 18%를 보유한 최대 주주이다.

이번에 Northvolt가 선보인 자체 개발 나트륨이온 배터리의 에너지 밀도는 kg당 160Wh로 요즘 중저가 전기차에 들어가는 리튬인산철(LFP) 배터리의 에너지밀도인 180~200Wh/kg에 상당히 근접한 수준이어서 업계의 큰 관심이 모아지고 있다. 특히, 니켈과 코발트·리튬 등 중요 금속을 전혀 포함하지 않은 배터리 개발이 성공한 만큼, 앞으로 유럽 배터리 시장의 중국 원자재 의존도가 낮아질 것으로 기대하고 있다.

〈Northvolt가 개발한 나트륨이온 배터리〉 

[자료: Northvolt 홈페이지]

Northvolt가 개발에 성공한 나트륨이온 배터리는 하드카본으로 만든 양극과 철 기반 복합체인 프러시안 화이트(Prussian White)로 만든 음극을 기반으로 하며, 최대 에너지 밀도는 킬로그램당 160Wh로 현재 대량 생산 중인 리튬이온 배터리 셀(에너지 밀도 280~300Wh/kg)에 비해 에너지 밀도는 낮으나 추가 기술개발을 통해 에너지밀도를 높일 수가 있고 비용절감도 가능한 것으로 전해졌다. 에너지 밀도는 충전이 필요할 때까지 장치를 사용할 수 있는 기간으로, 에너지 밀도가 높으면 배터리에 많은 양의 에너지 저장이 가능하다.

페테르 칼손(Peter Carlsson)은 “나트륨이온 배터리 개발을 통해 향후 배터리 원자재의 중국 의존도를 낮출 것”이라고 밝히면서 “나트륨은 리튬에 비해 가격이 훨씬 저렴하고 고온에서도 더 안정적이기 때문에 해당 배터리 기술이 상용화될 경우 인도·중동·아프리카와 같은 신흥시장에서의 수요 증대가 기대된다”고 전했다.

Northvolt는 전 과정에서 친환경 방식으로 제조되는 배터리를 만들기 위해 여러 나라와 협력 중으로, 이차전지 분야 글로벌 선두주자인 우리 기업과도 양산장비와 측정장비, 소재와 부품, 물류 부문에서도 협력하고 있다. Northvolt가 향후 국내외 신규 기가 팩토리 설립, 기존 시설 확장 등 적극적인 사업 확장을 계획하고 있고, 최근 나트륨이온 배터리 개발까지 성공한 만큼 앞으로 우리 기업과의 협력 기회는 더욱 커질 수 있을 것으로 기대된다. 리사이클링 등 후방산업부문에서도 협력 시도가 필요할 것으로 보인다.

자료: 스웨덴 정부 홈페이지, EU집행위, Northvolt, Altris 등 관련기업, Fossil Free Sweden, Dagens Nyheter, Dagens Industri 등 언론 종합, KOTRA 스톡홀름 무역관 의견 종합

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