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[글로벌 배터리 대전 (10)] 미국 앰브리社의 액체금속배터리, BESS 시장을 선도하게 될 것인가?
최봉 산업경제 전문기자
입력 : 2023.08.28 00:30
ㅣ 수정 : 2023.09.02 22:35
[기사요약]
Ambri社, MIT교수가 설립한 액체금속 배터리 스타트업
저비용, 안정성, 고효율 및 제조 용이성 갖춘 독자적 칼슘-안티몬 액체금속 배터리 기술 보유
1kWh당 시스템 구축비용 현재 180~250달러에서 2030년 21달러 목표
2022년 6월 남아공에서 프로젝트 수주 및 2022년 9월 MS 데이터센터의 BESS 시운전 성공
안티몬 등 광물자원도 확보했지만 결국 대량생산체제 조기 구축이 관건
21세기 4차 산업혁명 시대에 ‘산업의 쌀’인 반도체와 더불어 배터리는 가장 중요한 품목이다. 단순히 스마트 폰의 전력원을 넘어서 탄소중립을 위한 ESS(에너지저장장치)의 핵심일 뿐만 아니라 향후 UAM(Urban Air Mobility) 등 미래 모빌리티 방향을 이끌 중핵으로 부상하고 있다. 현재 글로벌 배터리 대전에서 선두는 중국의 CATL이다. 한편 기술적으로 앞서 있는 우리나라의 LG에너지솔루션, 삼성SDI 및 SK온 등의 추격을 받고 있어 글로벌 경쟁구도는 중국의 CATL, BYD 등과 우리나라 3사로 압축된다. 그러나 차세대 전고체 배터리 기술에서 앞서 있는 글로벌 3위 파나소닉 등 일본 기업도 배제할 수 없다. CATL을 필두로 국내 3사를 포함하여 세계 주요 기업들이 벌이고 있는 글로벌 배터리 대전의 양상을 살펴보고 우리 기업들의 대응 방향을 모색해 본다. <편집자 주>
[뉴스투데이=곽대종 산업연구원 연구위원] 국내 3개 업체가 글로벌 주도권을 쥐고 있는 리튬이온 배터리는 양극재와 음극재가 모두 고체이고 그 사이를 전해액이 채우고 있다.
리튬이온 배터리는 소형화, 고밀도 및 고전압의 장점을 갖고 있어서 휴대폰 등 소형가전제품과 전기자동차 등에 주로 쓰이고 있으나 안정성이 떨어지고 고가인 단점이 있어서 대용량의 정치형 전력저장장치(BESS: Battery ESS)로서는 아직 경제성이 떨어진다.
특히 최근 국내에서 발생한 BESS 폭발‧화재 사건으로 인해 시장 성장세에 악영향을 미쳤다.
• 앰브리(Ambri), MIT 교수가 창업한 칼슘-안티몬 액제금속 배터리 스타트업
이에 반해 용융염 배터리의 일종인 액체금속 배터리 분야에서 MIT 연구진이 설립한 스타트업 Ambri가 칼슘과 안티몬에 기반하여 개발한 배터리는 기존 리튬이온전지 대비 가격은 절반이고 리튬이온전지 평균 수명의 2배인 20년 이상을 쓸 수 있으며 그때까지 효율 95%를 유지한다고 하여 주목받고 있다.
Ambri는 특히 빌 게이츠의 MS와 미국 에너지부의 지원을 받아 10년 이상 연구개발을 추진하여 왔는데 처음에는 리튬이나 마그네슘을 양극으로 사용했지만 비용을 낮추기 위해 칼슘으로 전환하였다.
Ambri의 액체금속 배터리는 밀도에 따라 쌓인 세 개의 액체층으로 구성되는데 가장 밀도가 높은 용융안티몬 음극이 밑에 있고, 가벼운 칼슘합금 양극이 위에 있으며, 중간 밀도의 염화칼슘염 전해질이 중간에 위치한다.
Ambri의 액체금속 배터리는 리튬이온전지에 비해 멤브레인이나 분리막이 없어서 부품 수가 적어 생산공정 구축에도 유리하다고 알려졌다.
따라서 Ambri는 자사의 액체금속 배터리가 BESS로서 장수명, 저비용, 고효율, 안정성 및 제조 용이성이라는 장점을 두루 갖추고 있다고 주장하고 있다.
한편 Ambri는 2021년 8월 자사의 BESS 상용화 및 미국 내 시설 설치를 위해 1억4400만달러의 자금을 확보했다고 발표했다.
자금 조달은 전략 투자자인 릴라이언스 인더스트리즈 리미티드(Reliance Industries Limited)의 전액 출자 자회사인 릴라이언스 뉴 에너지 솔라(Reliance New Energy Solar Ltd)가 주도했으며 빌 게이츠와 신규 투자기업 다수 및 일본 에너지 펀드 등이 참여한 것으로 알려졌다.
미국 태평양북서부 국립연구소(PNNL)에 따르면 100MW급 10시간 저장용 BESS의 설치 비용는 현재 kWh당 약 405달러에 달하는 반면 Ambri의 자사 제품은 kWh당 180~250달러 수준으로 절반 정도라고 알려졌다.
Ambri는 향후 2030년까지 이 비용을 21달러까지 낮출 계획인데 만약 실현된다면 이 배터리를 채용한 BESS의 시스템 구축비용은 향후 7년 내에 풍력이나 태양광이 전력을 생산하는 비용과 같아져서 이 시스템에 기반한 재생에너지 지원용 BESS 분야를 선점할 수 있을 것이다.
• 지난해 9월 남아공에 대형 BESS 공급 계약과 미국 실증시험 진행 중
특히 Ambri는 지난해 9월 남아공의 재생에너지 회사인 Earth & Wire의 요청에 따라 동부 케이프에 위치한 풍력 및 태양광 복합 시설에 사용할 300MW(1200MWh)규모 배터리 시스템을 공급할 예정이다.
이 BESS는 남아공 케이프에 있는 700MW급 풍력과 600MW급 태양광 발전설비를 지원하는 BESS 설비로서 남아공 BESS 중 최대 규모인데 2024년 2분기에 배터리 배송을 시작으로 2026년에 설치가 완료될 예정이다.
한편 Ambri는 미국 콜로라도주 오로라에서 발전기업 Xcel과 공동으로 전력망에 연결되는 300kWh급 실증설비를 설치하고 있다.
Ambri는 5개의 파트너와 함께 시스템을 시범 운영함과 동시에 표준화된 1MWh 컨테이너형 BESS 장치 개발을 진행 중이며 향후 2년 내에 상품화하는 것을 목표로 하고 있다.
특히 대규모 데이터센터의 백업 전원으로 사용되고 있는 디젤발전기를 재생에너지원으로 대체하려는 빌 게이츠의 MS가 Ambri의 배터리를 지난해 6월 실증한 이후 대량 주문한 것으로 알려졌다.
• 안티몬 광물 공급원도 확보, 다만 대량생산체제 조기 구축이 관건
현재 리튬은 물론 니켈, 코발트 및 망간 등 리튬이온 배터리용 주요 광물의 제련 및 소재 공급은 중국이 거의 독점하고 있으며 중국은 미국의 대중제재에 앞서 아프리카 및 중남미 등의 광물 자원을 발 빠르게 확보하고 있다.
따라서 이러한 대중국 소재 의존도를 탈피하고 Ambri가 생산규모를 확대하기 위하여 안티몬의 안정 공급원을 확보할 필요가 있다.
안티몬 역시 현재 거의 90%가 중국, 러시아 및 타지키스탄에서 생산되는데 Ambri는 2021년 8월 미국의 몇 안 되는 안티몬 생산업체 중 하나인 퍼페투아 리소스(Perpetua Resources)와 공급 계약을 체결했다.
무엇보다 Ambri가 계획하는 급격한 원가 하락을 위해서는 규모의 경제를 실현할 대량생산 체제 구축이 관건인데 Ambri가 주장하는 제조 용이성도 대량생산체제의 구축에 성공해야 시장에서 입증될 것이다.
현재 가전 및 모바일용 3원계(니켈, 코발트 및 망간) 리튬이온 배터리의 글로벌 시장은 LG엔솔, 삼성SDI 및 SK온의 국내 3사가 중국을 제외한 글로벌 시장에서 금년 1~5월까지 27.4%로 1위를 차지하고 있으며 중국 CATL이 27.3%로 간발의 차이로 2위를 차지하고 있다.
특히 CATL은 전기차 시장에서 저가의 리튬인산철 배터리에 집중하여 미국 및 유럽에 대규모 현지 투자를 추진함으로써 글로벌 시장을 공략하고 있다.
이러한 한국과 중국의 리튬이온 배터리 분야의 주도권은 경쟁사에 비해 발 빠르게 대량생산체제를 성공적으로 구축한 데 따른 것이다.
모바일 시장과는 제품이 다른 BESS 시장에서 과연 Ambri가 대량생산체제의 구축에 성공하여 BESS의 유니콘으로 부상할 것인지 귀추가 주목된다.
[정리=최봉 산업경제 전문기자]
◀ 곽대종(Daejong Gwak) ▶ 한국외국어대학교 경제학박사 / 산업연구원 연구위원 / (전) 한국자동차산업협회 환경·기술분과 위원 / (전) 국가과학기술위원회 평가위원 / (전) 산자부 연구개발사업 평가위원 / (전) 규제개혁위원회 전문위원
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