"광양 전구체 공장의 준공은 원료와 반제품인 전구체 그리고 완제품인 활물질의 자급체제를 완성했다는 의미를 가지고 있습니다."

지난 10일 전남 광양시 포스코퓨처엠 전구체 공장. 노수진 공장장의 목소리에는 자신감이 강하게 묻어났다.

포스코퓨처엠의 광양 전구체 공장은 연간 4만5000톤(전기차 약 50만대분)의 전구체를 생산할 수 있는 능력을 갖춘 곳으로 지난달부터 생산을 시작했다. 광양 공장 가동으로 포스코퓨처엠은 양극재 소재 공급망의 수직계열화를 완성했다.

전구체는 그간 중국산 의존도가 90% 이상일 정도로 공급망 리스크가 컸던 소재다. 포스코퓨처엠이 국산 전구체 양산 체제를 구축함으로써 비중국산 소재 조달 요건을 충족해 북미 시장 공급 경쟁력을 높이고 K-배터리 산업의 탈중국 공급망 구축에도 속도를 내게 됐다.

전구체는 원료 용해·반응·세척 및 탈수·건조·분급 및 탈철 공정을 거쳐 포장된다. 광양 공장에서 생산된 전구체는 포스코퓨처엠의 광양·포항·캐나다 얼티엄캠 양극재 공장으로 공급돼 양극재로 가공된다. 완성된 양극재는 미국 얼티엄셀즈 배터리셀 공장으로 납품돼 전기차용 배터리셀 제조에 활용된다.

◆ 전구체 공장 중앙운전실, 10개 라인 '지휘자' 역할

전구체 공장의 중앙운전실에 들어서자 벽면 대형 모니터에 원료 흐름, 반응기 상태, 탱크 레벨 등 주요 데이터가 실시간으로 표시되고 있었다.

노 공장장은 "공장 전체의 10개 라인을 중앙운전실에서 통제하고 있다"며 "원료 물류 이동부터 각 공정의 상태까지 전 과정이 이곳에서 모니터링되고 제어된다"고 설명했다.

중앙운전실에서는 20기의 반응기를 포함해 ▲세척·탈수 ▲건조 ▲분급·탈철 등 전 공정의 흐름을 생산관제시스템을 통해 실시간으로 확인할 수 있다. 오퍼레이터들은 10개 라인을 동시에 컨트롤하면서 각각 라인에 대한 모니터링을 진행하고 있었다.

노 공장장은 "가장 중요한 반응 공정은 사전 설정된 반응 레시피에 따라 자동 공정으로 이뤄지고 있다"며 "중앙운전실은 공장 전체의 '지휘자' 역할이라고 생각하면 된다"고 덧붙였다.

◆ '씨앗' 만드는 반응 공정, 전구체 생산 핵심

중앙운전실에 이어 전구체 공장의 핵심 공정인 반응 공정 구역으로 이동했다.

반응 공정은 배터리 셀 성능에 직접 영향을 미치고, 장기적인 화학 반응 특성으로 인해 품질 변동이 많이 발생할 수 있는 까다로운 단계다. 전구체 생산 공정 중에서도 가장 핵심적이고 품질 관리가 중요한 공정으로 꼽힌다.

노 공장장은 "전구체 생산에서 반응 공정은 가장 중요한 단계"라며 "니켈·코발트·망간 원료를 물에 녹이고 포스코퓨처엠의 기술로 설계된 화학 약품을 첨가해 '씨앗'을 형성시킨다. 이후 고객이 원하는 입도와 형상으로 만들어진다"고 설명했다.

이 과정은 전구체 품질을 좌우하는 핵심 공정이다. 60㎥ 용량의 대형 용해 설비에서 원료는 설탕물이 만들어지듯 용해된다.

설탕물처럼 원료를 용해하는 과정에서 전기 전도도가 낮은 순수를 사용한다. 노 공장장은 "전기 전도도가 낮은 순수를 사용하기 위해 공장 내에 순수 제조 설비를 구축해 순수를 직접 제조해 사용하고 있다"고 설명했다.

◆ "구리 1개 입자도 허용 안돼"…철저한 품질 관리 체계

포스코퓨처엠은 전구체 생산뿐 아니라 양극재 제조 공정에서도 엄격한 품질 관리 시스템을 적용하고 있다. 

양극재 2공장 초입에서 보안경, 방진 마스크, 신발을 감싸는 덧신, 안전모 위에 덮개까지 착용했다. 이후 에어샤워룸에 들어가 15초간 강풍을 맞으며 먼지와 이물을 제거한 뒤에야 공장 내부로 들어설 수 있었다. 전구체 공장도 동일한 품질 관리 기준이 적용된다. 

출입문 옆에는 경고 문구가 붙어 있었다.
"구리(Cu), 아연(Zn) 비자성 이물질 입자 1개 유입 시 품질불량 4.5톤 발생, 1억원 이상 손실. 반드시 출입 규정 준수"

차량과 작업자도 예외는 없다. 반드시 에어샤워룸을 통과해야 하며 모든 작업 공구 역시 '검사 필증'을 받아야만 공장 안으로 반입할 수 있다. 작은 이물 하나가 고객사 클레임으로 직결되는 만큼 품질 관리에 빈틈이 없는 모습이었다.

고재민 양극재 2공장 공장장은 "조업 자재 등도 모두 대물용 에어샤워를 통과한 뒤에야 반입할 수 있다"며 "제품 원료 입고 시에도 마찬가지다. 자동화 창고에 들어가기 전 외부 비닐 포장을 벗기고 에어샤워를 통과해야만 제품 창고에 들어갈 수 있다"고 설명했다.

공장은 창문 하나, 자재 하나까지 철저한 품질 관리 체계를 유지하고 있다. 소성로 공장 내부는 300~400도로 가동되는 상·하부 히터의 영향으로 온도 36.5도, 습도는 37%에 달했다. 외부 공기 유입을 철저히 차단하기 위해 모든 창문과 문은 닫힌 상태였고 창문은 스토퍼로 잠금 처리돼 임의 개폐가 불가능했다.

포스코퓨처엠 관계자는 "현재는 소성로가 비워져 있어 300~400도에서 온도를 유지한 상태고, 국산 전구체가 투입되면 최대 800도까지 올려 소성 공정을 진행하게 된다"고 말했다.