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광양 포스코필바라리튬솔루션 원료창고에 리튬정광(스포듀민)이 적재돼 있다.포스코 제공

“지금 보이는 가루가 리튬광석(원광)을 처리해 리튬 함량을 5~6배 높인 리튬정광(스포듀민)입니다.리튬광석 1000㎏에서 순수리튬 25㎏을 얻을 수 있습니다.”

지난 25일 전남 율촌산업단지 포스코필바라리튬솔루션 제1공장을 찾았다.원료 보관 창고에 들어서니 가로·세로·높이 151·50·28m의 대형 컨베이어밸트에 산처럼 쌓여있는 회백색 가루가 눈에 띄었다.고운 모래처럼 보이기도 한 이 가루의 정체는 수산화리튬을 만드는데 사용되는 스포듀민이다.

이현우 포스코필바라리튠솔루션 기술품질부장은 “스포듀민은 호주 리튬 광산에서 채굴한 리튬광석을 곱게 간 것”이라며 “세미포탈리클레이머라고 하는 설비가 스포듀민을 빗처럼 긁어 필요한 양 만큼 버킷으로 보내면 다음 공정으로 자동 운반된다”고 설명했다.

원료 보관 창고에 있던 스포듀민은 파이프라인을 통해 다음 공정으로 이동한다.먼저 스포듀민을 1000도에서 구우면 부피가 1.3배 이상 불어나 리튬을 빼내기 유리한 조건이 된다.식힌 스포듀민은 대형 맷돌로 곱게 간 뒤 황산과 섞어 250도에서 한 번 더 가열한다.이를 다시 물에 녹인 뒤 건조하면 최종 제품인 수산화리튬이 생산된다.

이날 경기 화성 리튬 1차전지 공장에서는 대형 화재 참사가 발생했다.수산화리튬의 화재 발생 가능성을 묻는 질문에 이 기술품질부장은 “수산화리튬에는 불이 붙을 수 있는 탄소가 없어서 이 자체만으로는 폭발하지 않고 불이 붙지 않는다”고 말했다.

포스코필바라리튬솔루션에서 생산한 수산화리튬 제품을 보관하는 창고 전경.포스코 제공

리튬은 전기차용 2차전지를 구성하는 양극재,블랙잭 전략음극재,블랙잭 전략전해액,분리막 중 양극재의 핵심 소재로 사용된다.특히 수산화리튬은 양극재 배합에서 배터리 에너지 밀도를 높여주는 니켈과의 합성이 용이해 고밀도·고용량을 필요로 하는 전기차 배터리에 주로 사용된다.최근에는 니켈 비중이 높은 고성능 삼원계 배터리의 인기가 높아지면서 수산화리튬 수요가 더욱 커졌다.

포스코홀딩스는 수산화리튬 자원 확보를 위해 지난 2021년 호주 광산개발 회사인 필바라미네랄스와 각각 82:18 지분율로 합작해 포스코필바라리튬솔루션을 세웠다.지난해 11월 2만1500t 규모의 제1공장을 준공했으며 1공장 근처에 자리한 제2공장은 7월 준공 예정이다.두 공장의 수산화리튬 생산량은 연산 총 4만3000t으로 이는 전기차 약 100만대를 생산할 수 있는 규모다.

이로써 포스코는 국내 최초로 광석원료에서 리튬을 추출하는 자체 기술을 개발·적용해 전량 수입에 의존하던 수산화리튬 생산을 국산화하는데 성공했다.이복형 포스코필바라리튬솔루션 경영기획실장은 “호주에서 원료를 확보해 한국에서 가공하기 때문에 전 생산과정이 미국과 FTA체결국 내에서 이루어지는 만큼 인플레이션감축법(IRA) 혜택까지 기대할 수 있다”고 말했다.

포스코는 2차전지 소재 대표 원료인 리튬·니켈 확보와 이를 활용한 양극재·음극재 생산,폐배터리 재활용까지 국내를 포함한 글로벌 유일의 풀밸류체인을 구축하고 있다.율촌산업단지에는 포스코퓨처엠의 광양 양극재 공장과 포스코필바라리튬솔루션의 2차전지용 수산화리튬 공장,블랙잭 전략사용 후 배터리에서 핵심 광물을 뽑아내는 리사이클 공장 포스코HY클린메탈이 모여있어 친환경 자원 순환체계를 완성했다는 평가를 받고 있다.

포스코가 개발중인 전기용융로(ESF) 시험설비 외관.포스코 제공

포스코는 그룹의 뿌리인 철강산업에서도 무탄소 철 생산기술을 선점하기 위해 총력을 기울이고 있다.

지난 24일 언론에 처음 공개한 포스코 포항제철소 내 전기용융로 시험설비(Pilot ESF)는 차세대 탈탄소 제철시대를 열기 위한 포스코의 연구시설이다.지난해 7월 제작해 올해 1월 완공했으며 시간당 최대 1t,블랙잭 전략하루 20~24t의 쇳물(용선)을 뽑아낸다.

박재훈 포스코 저탄소제철연구소 전기로연구그룹 그룹장은 “안정적인 조업과 테스트를 통해 올해 4월 총 15t의 쇳물을 출선했다”며 “향후 내화물 개발,쇳물 품질 확보 등 전기용융로 요소 기술을 개발하겠다”고 설명했다.다음 시험 조업은 7월 말 예정이다.

ESF 시험설비는 전기아크로(EAF)의 단점을 보완해 저품위 직접환원철(DRI)로부터 고급 철강 제품의 쇳물 생산이 가능하다.또 다양한 형태와 품질의 직접환원철을 전처리 과정 없이 그대로 사용할 수 있어 이산화탄소 발생을 줄일 수 있다.

포스코는 1992년부터 쇳물 생산 시 수소 25%를 사용하는 저탄소 기술인 파이넥스(FINEX)를 개발해 운영중이다.하이렉스는 수소 비율을 100%로 올린 수소환원제철 공정이다.

포스코는 지난 1월 수소환원제철 개발센터의 문을 열고 오는 2027년까지 연산 30만t 규모의 하이렉스 시험설비를 준공하고 하이렉스 기술의 상용화 가능성을 검증할 계획이다.

윤영식 하이렉스 추진반 부장은 “아직 전 세계적으로 100% 수소만을 사용한 환원로는 상용화하지 않았다”며 “탄소를 수소로 대체하겠다는 꿈을 현실화하겠다”고 말했다.

전기용융로(ESF) 시험설비 출선 장면.포스코 제공

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