[배터리완전정복](40)'핵심광물' 니켈 절반은 인도네시아産, 그뒤엔 中 자본

포스코그룹은 지난달 31일 포스코씨앤지알니켈솔루션과 씨앤피(C&P)신소재테크놀로지가 포항 영일만 4산업단지에 각각 니켈 정제 공장과 전구체 생산 공장을 착공했다고 밝혔다. 포스코씨앤지알니켈솔루션은 포스코홀딩스와 중국 CNGR이 각각 6대4의 지분으로 투자한 곳이다. 씨앤피신소재테크놀로지는 포스코퓨쳐엠과 CNGR이 2대8로 투자했다.

니켈 정제 공장은 CNGR의 니켈 제련 법인으로부터 순도 70% 수준의 중간재인 니켈 매트(matte)를 들여와 순도 99.9%의 이차전지용 고순도 니켈을 생산할 계획이다. 이렇게 생산한 니켈은 씨앤피신소재테크놀로지로 보내 전구체의 원료가 된다. 포스코퓨처엠은 이 전구체를 활용해 양극재를 생산한다.

포스코그룹은 중국 CNGR과 협업을 통해 니켈-전구체-양극재 생산으로 이어지는 이차전지 소재 사업의 밸류체인(가차시슬)을 강화한다는 계획이다.

니켈은 코발트, 망간, 알루미늄과 함께 이차전지 양극재의 핵심 소재로 사용된다. 배터리는 양극재의 소재에 따라 용량과 출력에 차이가 나는데, 니켈은 에너지밀도와 관련이 높다. NCM(니켈·코발트·망간), 혹은 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 등 삼원계 배터리에서 빠지지 않는 것이 니켈이다.

니켈은 그동안 주로 스테인리스강(STS)의 제조에 사용됐다. 니켈 생산량의 약 70%는 스테인리스강 제조에 쓰인다. 최근에는 이차전지용 사용 비중이 점차 늘어나는 추세다. 포스코 그룹이 중국 CNGR과 니켈 제련 공장을 설립하는 것도 이차전지 핵심 소재인 니켈을 내재화하기 위한 차원이다.

니켈은 리튬과 함께 양극재 및 배터리 가격에도 영향을 미친다. 양극재는 리튬이온 배터리에서 원가 기준으로 약 50%의 비중을 차지한다. 이 양극재의 원료가 되는 전구체에서 가장 높은 비중을 차지하는 것이 니켈이다. 양극재에서 니켈의 비중을 90%까지 높인 하이니켈 배터리도 상용화됐다.

한국광해광업공단 자원정보서비스에 따르면 6월 4일 기준 니켈은 런던금속거래소(LME)에서 톤당 1만8900달러에 거래됐다. 니켈 가격은 러시아-우크라이나 전쟁으로 공급 차질이 우려되면서 2022년 3월 4만2995달러까지 치솟았다. 하지만 인도네시아발 공급 과잉과 재고 증가, 전기차 수요 정체 등으로 인해 지난해 말 1만5000달러대까지 가격이 떨어지기도 했다.

이차전지용 니켈, '클래스'가 다르다

니켈(Ni)은 은백색의 강한 광택이 있는 금속으로 공기중에서 산화반응을 일으키지 않아 도금이나 합금의 재료로 널리 사용되고 있다. 니켈은 은색과 비슷하고 내식성이 강해 세계 각국에서 동전의 재료로 많이 쓰이기도 한다. 미국에서는 5센트 동전을 니켈이라고 부른다.

니켈은 지각 내에 80ppm의 농도로 존재한다. 구리(50ppm), 아연(75ppm), 코발트(20ppm) 등 다른 비철금속에 비해 풍부한 편이다. 그에 비해 가격은 비싼 편이다. 순수한 형태로 분리하기가 쉽지 않은 데다 경제성 있는 광산을 개발하는데 10년 이상 오랜 기간이 걸리기 때문이다.

니켈 광석(nickel ore)은 크게 황화광(sulfide)과 산화광(laterite)으로 나뉜다. 전 세계적으로 산화광의 비중(60%)이 황화광(40%)보다 높다. 황화광은 러시아(Norisk), 캐나다(Sunbury), 호주(Nickel West), 중국 간쑤성에 주로 분포한다. 황화광은 땅속 깊은 지역에 매장돼 있어 채굴 비용이 높지만 니켈 함량이 1.5~2.5%로 높다. 황화광은 유황 성분이 많아 갈색을 띈다.

산화광은 주로 인도네시아, 필리핀, 파푸아뉴기니, 뉴칼레도니아, 브라질 등 열대 지방에 분포한다. 산화광은 땅 표면에 매장돼 있어 수분을 많이 포함하고 있다. 땅 표면에 있어 채굴은 쉽지만 니켈 햠량이 1.0~1.8%로 황화광에 비해 낮은 편이다.

산화광은 다시 토양 상부에 위치한 리모나이트(limonite·니켈 함량 1.3% 이하)와 토양 하부에 위치한 사프로라이트(saprolite·니켈 함량 1.8% 이상)로 구분된다. 니켈 함량이 높은 사프로라인트광은 전기로를 이용해 건식제련을, 니켈 함유량이 낮은 리모나이트광은 고압산침출법(High-Pressure Acid Leaching·HPAL) 등 습식 제련을 이용해 정제한다. 건식 제련이란 금속을 추출하기 위해 고온의 열을 가하는 방식이다. 고압산출법이란 황산을 강한 압력으로 분사해 니켈의 순도를 높이는 방법이다.

특히 니켈 함량이 낮아 과거에 처리하지 않았던 리모나이트도 고압산침출법을 이용해 순도 높은 니켈을 생산할 수 있게 되면서 니켈 생산량이 급증하게 됐다.

한편, 니켈은 순도에 따라 순도 99.8% 이상인 클래스(Class)1과 99.8% 미만인 클래스2로 나뉜다. 이차전지 양극재에는 클래스1 니켈이 활용된다. 클래스1 니켈은 형태에 따라 캐소드(Cathode), 브리켓(Briquett), 펠릿(Pellet), 파우더(Powder) 등으로 구분된다. 클래스2 니켈로는 페로니켈(FeNi)이나 니켈선철(Nickel Pig Iron, NPI) 등이 있다.

기존에는 품위가 높은 황화광은 주로 클래스1으로, 산화광은 클래스2로 가공했다. 하지만 최근에는 매장량이 많고 채굴이 쉬운 산화광에서 고압산침출법을 이용해 양극재용 고순도 니켈로 가공하고 있다. 습식제련으로 중간재인 니켈 매트(니켈 함량 55~75%), 니켈 수산화물(MHP·MIxed Hydroxide Precipitate)이나 니켈 황화물(MSP·Mixed Sulphide Precipitate)을 만들고 이를 이용해 다시 양극재에 쓰이는 황산니켈로 가공하는 식이다.

MHP나 MSP는 니켈의 함량이 34~55% 수준이며 코발트를 소량(1~4.5%) 함유하고 있다. MSP는 생산과정에서 유독가스인 황화수소(H2S)를 사용하는 반면 MHP는 상대적으로 안전하고 브라켓, 파우더 등 클래스1 니켈 공정과 호환성이 높아 생산이 확대되고 있다.

이차전지 양극재 원료로 사용되는 황산니켈은 니켈을 황산에 용해하고 증발시켜 만든 무기 화합물로 녹색을 띄고 있다. NCM, NCA 등 삼원계 배터리의 양극재는 니켈, 코발트 망간 등을 적정 비율로 배합한 전구체와 리튬을 혼합해 만들어진다. 황산니켈은 배터리의 전구체 원료로 사용된다.

황산 니켈은 기존에 도금액, 촉매 등으로 사용됐으나 리튬이온배터리의 원료로 활용되며 수요가 급증하고 있다. 시장조사업체 QY리서치는 2022년 기준 황산 니켈 생산량의 77%가 배터리 전구체 원료로 사용된 것으로 추정했다. 2028년에는 이 비중이 90%를 상회할 전망이다.

'니켈 생산 1위' 인니 뒤에 아른 거리는 中 그림자

미국 지질조사국(USGS)에 따르면 세계적으로 니켈 매장량은 약 1억3000만 톤으로 추정된다. 가장 매장량이 높은 국가는 인도네시아로 약 5500만톤(42.3%)이 매장된 것으로 추정하고 있다.

전 세계 1위 생산국가 역시 인도네시아다. USGS에 따르면 2023년 기준 전세계 니켈 생산량은 360만톤이며 이중 절반인 180만톤이 인도네시아에서 나왔다. 이어 필리핀이 40만톤(11.1%), 뉴칼레도니아 23만톤(6.3%) 러시아(5.5%), 캐나다(5%)로 격차가 크다.

니켈은 전체적으로 상위 5개국이 전 세계 생산량의 78%를 차지할 정도로 편재성이 크다. 또한 런던금속거래소(LME)에 상장돼 투기성 펀드에 노출돼 있어 가격 변동폭도 크다. 지난 2022년 3월 니켈 선물 가격이 톤당 10만달러를 넘어서며 거래가 일시 중단하는 사태가 벌어지기도 했다.

인도네시아가 니켈 생산 대국이 된 것은 노광에서 채굴한 산화광에서 고압산침출법을 이용해 저렴하게 고순도 니켈을 생산할 수 있게 되면서다. 인도네시아는 2018년부터 필리핀을 제치고 세계 1위 니켈 생산국이 됐다. 중국 기업들은 인도네시아에서 원광을 수입해 중국내에서 니켈 선철, 스테인리스 강철 등을 생산했다.

2020년 인도네시아 정부는 자국내 후방산업을 활성화하기 위해 가공되지 않는 니켈의 수출을 금지했다. 인도네시아에서 채광한 니켈 광석은 반드시 국내에서 페로니켈, 니켈 선철, 니켈 매트 등으로 가공된 경우에만 반출하도록 했다. 인도네시아에서 원광을 가져올 수 없게 되자 칭산그룹(Tsingshan Holding Group) 등 중국 기업들은 인도네시아 현지에 대규모 제련시설을 건설하기 시작했다.

시장조사업체 오레곤 그룹(Oregon Group)에 따르면 2023년 현재 인도네시아에는 43개의 니켈 제련 공장이 운영중이며 28개가 현재 건설중이다. 현재 계획중인 공장도 24개에 달한다. 현재 계획중이거나 건설중인 인도네시아 니켈 광산 프로젝트는 대부분 중국 자본에 의해 이루어지고 있다. 중국 시장조사기관인 안타이커(Antaike)의 2022년 조사에 따르면 전 세계 니켈 생산에서 중국과 인도네시아의 비중을 합치면 65%에 달했다.

인도네시아에서 생산한 니켈 중간재의 상당수는 중국으로 수출된다. 중국의 니켈 매트 수입량은 2020년 1만800톤에서 2023년 30만500톤으로 증가했는데 인도네시아가 전체 물량의 93%를 차지했다. 같은 기간 MHP의 수입량은 336000t에서 2023년 132만톤으로 급증했는데 이중 63%는 인도네시아산이었다.

중국과 인도네시아는 전세계 니켈 시장을 붕괴시킨다는 비판을 받기도 한다. 인도네시아 니켈 생산이 급증하자 니켈 공급 과잉 현상이 빚어졌다. 여기에 지난해 하반기부터 전기차 성장세가 둔화하면서 니켈 가격이 급락했다. 2023년 한 해 동안 니켈 가격은 45% 하락했다.

채산성이 악화하자 문을 닫는 광산도 생겨났다. 지난 2월 호주 광산 기업 글렌코어는 뉴칼레도니아 니켈 사업에서 철수하는 결정을 내리기도 했다. 뉴칼레도니아 니켈 광산 기업들은 현재 극심한 경영난에 시달리고 있는 것으로 알려졌다. 캐나다 광산기업 퍼스트퀀텀미네랄은 지난 4월 서호주 니켈 광산인 레이븐소프(Ravensthorpe Nickel Operation)의 운영을 2년간 중단한다고 밝혔다. 이 회사는 지난 2021년 포스코가 니켈 공급권을 확보하기 위해 지분 30%를 인수한 회사이기도 하다.

인도네시아의 니켈 채굴이 쟈연을 훼손한다는 비판을 사기도 한다. 인도네시아 채굴 광산의 노동 환경도 열악한 것으로 알려졌다. 저렴한 인도네시아산 니켈로 피해를 본 호주, 캐나다 등 서구 광산 기업들은 니켈을 '깨끗한(Clean) 니켈'과 '더러운(Dirty) 니켈'로 구분하고 니켈 공급망 시장에서 ESG(환경·사회·지배구조) 기준을 강화해야 한다고 주장하고 있다.

인도네시아가 미국과 자유무역협정(FTA) 체결을 추진하고 있는 점도 논란거리다. 미국 인플레이션감축법(IRA)애 따르면 미국과 FTA를 체걸한 국가에서 추출 및 제련한 광물을 사용한 배터리에 대해서는 전기차 구입시 세액 공제를 받을 수 있다. 인도네시아는 미국과 FTA에 준하는 별도의 광물 협정을 통해 IRA 혜택을 받을 수 있도록 노력하고 있다.

이 경우 인도네시아에 진출한 국내 전기차·배터리 제조사들도 혜택을 받을 수 있을 전망이다. 하지만 미국내에서는 인도네시아가 미국과 광물 협정을 체결할 경우, 전기차 공급망에서 중국을 배제하려는 IRA의 취지와 달리 중국에 인센티브를 줄 수 있다는 비판론이 나오고 있다.

니켈 공급망 강화 나서는 韓 기업들

한국은 니켈이 채굴되지 않기 때문에 필요한 니켈을 전량 수입에 의존하고 있다. 기존에는 스테인리스강의 원료로 주로 니켈을 수입했지만 이차전지 산업이 커지면서 전구체용 고순도 니켈 확보에 나서고 있다. 주 수입국은 프랑스령 뉴칼레도니아, 호주, 아프리카에서 인도네시아로 변화하고 있는 추세다.

국내 대표적인 니켈 광산 투자는 아프리카 마다가스카르에 있는 암바토비(Ambatovy) 니켈 광산이다. 우리나라는 2006년 광해광업공단이 대우인터네셔널(현 포스코인터네셔널), STX와 함께 한국컨소시엄(KAC)을 구성해 암바토비 광산 지분 45.8%를 인수했다. 당시 총 투자 금액만 11억달러(약 1조5000억원)의 큰 규모였다. 나머지 54.2%는 일본 스미토모가 갖고 있다. 우리나라는 연 최대 3만톤을 구매할 수 있는 권리를 보유하고 있다.

포스코는 뉴칼레도니아로부터 니켈 원광을 수입, 가공하는 방식으로 니켈을 공급해왔다. 포스코와 뉴칼레도니아의 SMSP는 2006년 광양에 합작법인 SNNC를 설립했다. SNNC는 뉴칼레도니아로부터 매년 니켈 원광 약 3000만톤 가량을 수입한 뒤 페로 니켈을 생산한다. SNNC는 연간 2만톤 규모의 이차전지용 니켈 매트 생산 공장을 추가로 짓는 중이다.

포스코는 최근엔 인도네시아로 니켈 공급망을 확대하고 있다. 포스코홀딩스는 2023년 2월 중국 닝보리친과 합의각서(MOU)를 체결하면서 인도네시아 니켈 사업에 발을 들이기 시작했다. 닝보리친은 2021년 인도네시아 최초로 이차전지용 니켈 습식제련공장을 설립해 운영 중에 있는 회사다. 포스코 그룹은 이어 2023년 5월에는 4억4100만 달러를 투자해 인도네시아 할마헤라(Halmahera) 섬에 니켈 제련 공장을 짓는다고 발표했다. 이 공장에서는 2025년부터 연간 5만2000톤 규모의 니켈 매트를 생산할 계획이다.

LX인터네셔널은 올해 1월 인도네시아 AKP 광산 지분 60%를 1330억원에 인수하고 경영권을 확보했다. AKP광산은 인도네시아 술라웨시 섬 모로왈리 산업단지 인근에 있는 니켈 광산으로 원광 기준 매장량은 5140만톤이다.

에코프로는 지난 3월 약 100만달러를 투자해 중국 거린메이(GEM)가 인도네시아에서 운영중인 니켈 제련소 그린에코니켈 지분 9%를 취득했다. 인도네시아 술라웨시섬에 위치한 그린에코니켈은 연간 약 2만 톤의 니켈을 생산하는 제련소다. 에코프로는 2022년에도 GEM이 인도네시아에서 운영 중인 니켈 제련소 QMB의 지분 9%를 취득한 바 있다.

전구체용 원료로 사용하는 황산니켈 시장은 중국이 장악하고 있다. QY리서치에 따르면 2021년 기준 전 세계 10위 황산니켈 생산기업중 7곳이 중국 기업이다.

한국기업으로는 유일하게 고려아연의 자회사 켐코(KEMCO)가 8위에 올랐다. 일본의 스미토모 메탈 마이닝이 3위, 러시아의 노릴스크니켈(노르니켈)이 5위를 점하고 있다. 켐코는 2028년까지 황산니켈 생산량을 8만5000톤으로 늘릴 계획이다.


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