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거대한 전기 자동차와 배터리 공장이 전 세계에 퍼져 있다. 미국의 테슬라가 기록을 보유하고 있지만 유럽과 이탈리아도 생산 능력을 늘리고 전기 자동차에 대한 증가하는 수요를 충족시키기 위해 움직이고 있다. 기가팩토리의 위치와 제작 방법은 다음과 같다.
독일 베를린 인근의 거대한 전기 자동차 기가팩토리는 지난 3월 22일에 개장한 테슬라의 첫 유럽 허브이다. 50억 유로 이상의 가치를 지닌 공장으로 근래 독일 자동차 공장에 대한 최대 투자액이자 미국 텍사스 오스틴에 이어 세계에서 두 번째로 큰 리튬이온 배터리 공장이다.
공장이 풀 가동되면 2021년 독일 폭스바겐이 전 세계에서 판매한 배터리 전기차 45만대보다 많은 연간 50만대를 생산할 예정이다. 독일의 테슬라 기가 팩토리는 연간 50기가와트 시간(GWh)의 속도로 배터리를 생산하여 독일의 다른 모든 공장을 능가한다. 일론 머스크(Elon Musk)의 독일회사는 물 사용 및 대기 오염 제어와 같은 특정 조건을 충족하는 생산을 시작하기 위해 3월 4일 지방 당국으로부터 최종 승인을 받았다.
기가팩토리는 무엇이며 유럽과 이탈리아에는 몇 개 있는지에 대해 살펴보기로 하자.
◇기가팩토리의 개념
이탈리아 백과사전 트레카니(Treccani) 용어에 따르면 기가-팩토리(또한 giga-factory)라는 용어는 매우 큰 공장을 나타낸다. 이 용어는 기가가 10억의 차수의 승수인 영어 짝수에서 차용되었다. 즉, '매우 위대하고 엄청난' 값을 결합된 요소인 '공장'에 귀속시키는 과장법이다. 처음에 기가팩토리는 테슬라 모터스(Tesla Motors)회사의 통합 제조 진화의 이름이었고, 그 이후에는 전기 이동성 부문에서 운영되는 모든 대규모 공장을 지칭하는 용어로 확장되었다.
◇배터리 제조 방식 및 향후 전망
미국 과학 및 공학 연구기관인 아르곤 국립연구소(Argonne National Laboratory) 데이터에 따르면 전기차용 배터리는 배터리의 종류와 차종에 따라 금속을 일정량 함유하고 있다. 단일 차량용 리튬 이온 배터리 팩(예: NMC532 유형)에는 약 8kg의 리튬, 35kg의 니켈, 20kg의 망간 및 14kg의 코발트가 포함될 수 있다.
애널리스트에 따르면 리튬 이온 배터리의 다각화는 단기간에 이루어질 것으로 예상되지 않는다. 비용이 크게 떨어졌기 때문에 가까운 장래에 지배적인 기술이 될 가능성이 높다. 현재 리튬이온 배터리는 성능은 향상됐지만 1990년대 초 소형 휴대용 배터리로 처음 시장에 나왔을 때보다 30배 이상 저렴하다. 리튬 이온 전기차 배터리 팩의 비용은 2023년까지 킬로와트시당 100달러 아래로 떨어질 것으로 예상되며, 이는 현재보다 약 20% 저렴하다.
전기를 생산하기 위해 배터리는 양극이라고 하는 한 층에서 다른 층인 음극으로 리튬 이온이 이동하는 현상에 대해 작동한다. 두 층은 전해질에 의해 분리된다. 음극은 귀금속이 발견되는 요소인 배터리 성능의 주요 제한 요소이다. 일반적인 리튬이온 배터리 셀의 음극은 미세 결정을 포함하는 얇은 층으로, 지각이나 맨틀에서 자연적으로 발견되는 광물과 구조가 유사한 경우가 많다. 결정은 음전하를 띤 산소와 양전하를 띤 리튬 및 다양한 기타 금속을 결합한다. 대부분 전기차에서는 니켈, 망간 및 코발트가 혼합되어 있다. 배터리 충전 중에 리튬 이온은 이러한 산화물 결정에서 분리되어 탄소 원자 층 사이에 저장되는 흑연 기반 양극으로 끌어당겨진다.
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평균 배터리 가격은 새로운 셀룰러 화학 물질, 장비 및 제조 기술의 도입으로 인해 2024년까지 가중 평균 기준으로 100달러/kWh 미만으로 떨어질 것으로 예상된다. 2030년까지 배터리 팩의 가격은 58달러/kWh에 도달할 것으로 전망하지만 이를 위해서는 높은 수준의 투자가 필요하다.
‘전기차 전망 2021(Electric Vehicle Outlook 2021)’ 제하 보고서에 따르면 리튬, 코발트, 망간 및 니켈의 공급은 2030년까지 리튬 이온 배터리 수요를 충족하기에 충분할 것으로 예상된다.
◇유럽의 기가팩토리 현황
유럽 벤치마크 미네랄 인텔리전스(Benchmark Mineral Intelligence)에 따르면 유럽은 중국을 제외하고 전기차(EV) 리튬 이온 배터리 용량이 가장 빠르게 성장하는 지역이 되었다. 불과 3년 반 전(2018년 9월)만 해도 유럽 내 배터리 생산 용량은 2030년까지 120GWh로 추정돼 220만대의 전기차를 수용할 수 있는 셀 양이었다.
현재 2030년 계획된 연간 용량은 789.2GWh로, 거의 1500만 대의 순수 전기차를 생산할 수 있을 만큼 6배 이상 증가했다. 그러나 벤치마크 미네랄에 따르면 이 용량의 어느 정도가 실제 가동될 것인지, 어떤 품질에 들어갈 것인지에 대해서는 여전히 의문이 남는다.
‘벤치마크 미네랄 인텔리전스’는 영국 런던에 기반을 두고 있으며 IOSCO 규제 가격 보고 기관(PRA)이자 리튬 이온 배터리 및 전기차 공급망에 대한 전문 정보 제공업체이다.
2022년 말까지 유럽에는 7개의 활성 리튬 이온 배터리 제조업체가 있으며 그 중 용량 기준 상위 5개 제조업체(위치)는 다음과 같다.
1위 LG에너지솔루션(LG Energy Solutions, LGES, 폴란드): 32GWh
2위 삼성SDI(헝가리): 20GWh
3위 노스볼트(Northvolt, 스웨덴): 16GWh
4위 SK이노베이션(헝가리): 7.5GWh
5위 인비젼 AESC(Envision Automotive Energy Supply Corporation, 영국): 1.9GWh
품질 면에서 유럽은 스웨덴 노스볼트(Northvolt) 기가팩토리를 포함하여 세계 7대 리튬이온 배터리 제조사 중 4곳을 보유하고 있다.
세계 최고의 자동차 등급 리튬 이온 배터리 셀 제조업체는 파나소닉(일본), 삼성SDI 및 SK이노베이션(한국), 그리고 AESC, CATL 및 비야디(중국) 등이 있다.
최근 유럽 리튬이온전지 건설의 트렌드는 자동차 전공자들이 합작법인을 통해 배터리 공급을 확보하고자 하는 배터리 제조사로 부상하고 있다는 점이다. 2030년 유럽의 최소 연간 용량이 1GWh인 17개의 기가팩토리 중 8개가 폭스바겐, 스텔란티스, 닛산, 볼보 및 르노와 같은 자동차 파트너십을 통해 건설될 것이다.
노스볼트는 스웨덴 스켈레프테오(Skellefteå)의 신규 공장과 스웨덴 예테보리(Gothenburg)의 볼보와의 공동운영을 통해 92GWh의 용량으로 이 지역에서 두 번째로 큰 생산업체가 될 것으로 예상된다. 독일 에르푸르트(Erfurt)의 CATL은 2030년까지 80GWh로 유럽에서 세 번째로 큰 배터리 생산업체가 될 수 있다.
LG에너지솔루션은 67GWh로 폴란드에서 4위를 차지하며 새로운 기가팩토리를 만들지는 않고 있다.
한편, 오토모티브 셀즈 컴퍼니(Automotive Cells Company, ACC)는 프랑스, 독일, 이탈리아에 3개의 공장을 운영할 예정이며, 2030년까지 64GWh의 생산용량를 갖출 것으로 예상되고 프랑스 항구도시덩케르크(Dunkirk)에서 6번째 큰 생산업체인 신규 50GWh 기반의 베르코르(Verkor) 기가팩토리를 운영할 예정이다.
ACC는 토탈에너지(TotalEnergies)·스텔란티스(Stellantis) 합작회사이며 베르코르는 프랑스의 저탄소 배터리 셀 개발 및 생산업체이다
벤치마크 미네랄에 따르면 2030년까지 용량 기준 유럽의 상위 5개 배터리 생산업체는 다음과 같다.
테슬라(독일): 125GWh
노스볼트(스웨덴 x 2): 92GW
CATL(독일): 80GWh
LGES(폴란드): 67GWh
ACC(독일, 프랑스, 이탈리아): 64GWh
전체적으로 789.2GWh 용량은 2030년까지 유럽에서 생산될 것으로 예상되며 이는 전 세계 총 5454GWh 14%를 약간 넘는 수준이다.
이는 2022년도 전망치 대비 6배 이상 증가한 수치이다. 이에 비해 중국은 같은 기간 동안 220% 성장한 반면 미국은 배터리 생산 능력을 575% 늘릴 것으로 예상된다.
그러나 용량이 반드시 전기 자동차 산업의 안정적인 공급과 동일하지는 않다는 점을 염두에 두어야 한다. 배터리 기가팩토리의 건설과 운영에는 극복하는 데 몇 년이 걸릴 수 있는 여러 병목 현상이 있다.
◇이탈리아의 기가팩토리 현황
(1) 스텔란티스(Stellantis)
2022년 3월 스텔란티스는 테르몰리(Termoli)에 기가팩토리 건설을 확인했다. 오토모티브 셀즈 컴퍼니(Automotive Cells Company, ACC)는 테르몰리에 있는 현재 스텔란티스 공장을 배터리 생산 전용 공장으로 전환할 계획인데, 투자규모는 정부 지원 3억7000만 달러를 포함해 약 23억 달러에 달한다.
스텔란티스는 토탈에너지(TotalEnergies)/사프트(Saft) 및 스텔란티스 자체와 동등한 수준으로 새로운 파트너인 메르세데스-벤츠(Mercedes-Benz)를 추가하는 거래를 마무리했다.
테르모리(Termoli) 기가팩토리 개발 계획은 각각 연간 명목 용량이 최대 8GWh인 3개의 주요 생산 모듈을 생성하고 총 최대 24GWh의생산 모듈을 생성한다. 또한 배터리 및 생산 기술의 미래 진화와 관련된 문제에 대한 두 가지 산업 연구 및 실험 개발 프로젝트를 수행한다. 스텔란티스는 전략 계획 데어 포워드 2030(Dare Forward 2030)의 일환으로 2030년에 배터리 전기차(BEV)의 전 세계 판매 500만 대를 달성할 계획이라고 발표했다.
(2) 이탈볼트(Italvolt)
이탈볼트는 4월 21일 스카마그노(Scarmagno)와 로마노 카나베세(Romano Canavese)의 옛 올리베티(Olivetti) 부지에 건설될 계획에 대한 양해각서에 서명했다.
이 양해각서는 보다 효율적인 통일 행정 활동을 위해 피에몬테 주, 토리노 광역시, 스카마그노 및 로마노 카나베세 시 등 관계기관들의 행동과 절차를 조율하는 것이다.
이탈볼트 프로젝트는 2024년 하반기부터 리튬 이온 배터리 생산을 계획하고 있다. 최대 3000명의 직원을 고용하고 연간 45GWh의 완전 가동 생산 능력을 위해 100만 평방 미터의 총 면적으로 확장될 것이다.
(3) 폭스바겐(Volkswagen)
여전히 가설 수준이기는 하지만 폭스바겐이 아우디 브랜드를 통해 이탈리아에 기가공장을 세우려는 계획은 에밀리아로마냐(Emilia- Romagna)의 이른바 '모터밸리' 지역에서 이루어질 수 있다.
폭스바겐 그룹은 이미 이곳에서 상트 아가타 볼로네세(Sant 'Agata Bolognese)의 람보르기니(Lamborghini)와 보르고 파니갈레(Borgo Panigale)의 두카티(Ducati)와 함께하고 있다.
◇기가팩토리의 선두주자 테슬라
테슬라는 2014년 6월 미국 네바다주 스파크에 최초의 기가팩토리를 만들었다. 기가팩토리는 단계적으로 건설되어 완성된 섹션 내에서 즉시 생산을 시작하고 이후에도 계속 확장할 수 있다. 완료가 되면 기가팩토리는 재생 가능 에너지원으로 전적으로 가동되는 세계에서 가장 큰 건물이 될 수 있다.
2017년 테슬라는 미국 뉴욕 버팔로에 있는 기가팩토리 2에서 태양 전지 및 모듈 제조를 시작했다. 2019년에는 슈퍼차저 및 에너지 저장 제품용 전기 부품을 지원할 새로운 생산 라인을 추가했다.
2022년 4월에 ‘기가 텍사스’라고도 알려진 미국 오스틴에 새로운 테슬라 기가팩토리가 탄생했다. 생산 단지의 길이는 1.2km, 너비는 400m이다.
김세업 글로벌이코노믹 기자
