이미지 크게보기 지난 9일 충북 청주시 청원구 오창읍 더블유스코프코리아(WSK) 제1공장에서 포스코홀딩스와 WSK 직원들이 막 생산된 전기투석막의 상태를 눈으로 점검하고 있다. 전기투석막은 리튬 용액에 전기를 가해 원하는 이온을 선별, 추출할 수 있는 교환막의 일종으로, 2차전지소재용 원료인 순도 높은 수산화리튬을 만드는 포스코의 ‘전기투석공정’(BPED)의 핵심 부품이다. 포스코홀딩스 제공

■ 혁신생태계 리포트 2025 - (5) 포스코, 초격차 기술 상용화

협력사 WSK와 투석막 개발
고순도 수산화리튬 생산 성공
장비·핵심소재 해외의존 탈피
친환경에 유지관리비도 낮아

2~3년마다 교체필요 소모품
꾸준한 공급으로 실적 늘 듯

청주 = 최지영 기자 goodyoung17@munhwa.com

지난 9일 충북 청주시 청원구 오창읍 더블유스코프코리아(WSK) 제1공장. 공장에 설치된 공정 라인을 통해 생산된 2차전지소재용 원료 제조에 쓰일 이온교환막이 모습을 드러냈다. 이온교환막은 용액에 녹아 있는 양이온이나 음이온을 전기적 특성을 이용해 원하는 이온만 선별, 추출할 수 있는 교환막의 일종이다. 이른바 ‘전기투석막’으로도 불린다. 포스코와 WSK 소속 직원들은 전기투석막의 표면을 꼼꼼하게 살펴보고 있었다. 이날 작업장에서 만난 WSK 관계자는 “전기투석막 제작이 마무리되면 표면에 긁힌 흔적이 없는지, 이물질이 끼어 있지 않은지 여부를 육안으로 점검하고, 실험실로 제품을 옮겨 성능 테스트를 거친다”고 설명했다.

국내 철강 산업 1위 기업인 포스코홀딩스와 강소기업인 WSK가 초격차 기술 상용화를 위해 긴밀하게 협력하고 있다. 16일 포스코홀딩스에 따르면 WSK는 독자적인 고분자 필름 제조기술을 바탕으로 리튬이온 2차전지 핵심소재 중 하나인 분리막을 개발·제조하는 회사다. WSK는 축적해 온 기술을 바탕으로 지난 2013년부터 전기투석막 개발을 진행했다. 포스코홀딩스와 WSK는 2021년 2차전지 양극재의 핵심 소재인 수산화리튬 생산 기술에 필요한 핵심 부품인 전기투석막 공동 개발에 착수했다. 이어 양사는 2023년 12월 ‘리튬 생산용 전기투석막 공동 개발 및 국산화 협력’ 업무협약을 체결하며 속도를 올렸다. 수산화리튬은 탄산리튬에 비해 2차전지 용량과 수명을 늘리는 데 유리해 전기차용 배터리 소재로 널리 쓰인다. WSK는 지난해 2월 개발을 마친 전기투석막을 생산하기 시작했다.

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수산화리튬을 추출하기 위해선 염수 혹은 광석 원료 속에 존재하는 리튬을 화학 또는 전기적 반응을 이용해 분리하는 과정을 거쳐야 한다. 이 과정에서 포스코홀딩스와 WSK는 포스코그룹이 독자적으로 개발한 포스코형 공정, 이른바 ‘전기투석공정’(BPED) 적용을 위한 전기투석막을 만들어 수산화리튬 생산에 활용하고 있다. BPED는 특정 물질을 선택적으로 통과하는 투석막을 층층이 쌓은 스택에 전기를 걸고 리튬 용액(Li₂SO₄)을 흘려 순도가 높은 수산화리튬을 제조하는 방식이다. 기존의 화학 공정에서 황산나트륨(Na₂SO₄)과 같은 부산물이 많이 나오는 것과 달리 포스코의 BPED는 부산물 발생을 최소화할 수 있는 것으로 평가된다. 또 부산물 회수, 재활용이 가능하도록 설계돼 환경친화적이고 유지관리비가 낮아 경제성이 높다는 장점이 있다.

그동안 전기투석막은 국내에 제조사가 없어 전량 수입에 의존했지만, 포스코홀딩스와 WSK의 전기투석막 및 관련 장비 국산화 작업이 성공하면서 이런 한계를 극복했다. 양사는 이 같은 전기투석막 개발, 적용 과정을 통해 시너지 효과를 볼 것으로 예측하고 있다. 포스코홀딩스는 현재 가동 중이거나 건설하고 있는 리튬 상용화 공장 핵심 부품을 안정적으로 조달하고 원가를 절감할 수 있을 것으로 판단하고 있다. WSK는 전기투석막이 매 2∼3년마다 교체가 필요한 소모품인 동시에 지속적인 성장이 기대되는 제품인 만큼 꾸준한 공급을 통해 실적이 늘어날 것으로 보고 있다. 윤경석 WSK 기술연구소 미래소재팀장은 “전기투석법을 활용해 향후 수소 모빌리티, 에너지저장장치(ESS), 바이오에너지, 의료 분야 등 다양한 시장으로 진출할 수 있을 것으로 보인다”고 밝혔다.

세계 리튬 정제·생산에서 70%가량의 점유율을 보유하며 시장을 장악하고 있는 중국에 대한 의존도를 낮출 수 있을 것이란 기대감도 나오고 있다. 포스코그룹은 연산 2만5000t 규모의 아르헨티나 수산화리튬 1단계 공장, 포스코그룹 계열사인 포스코필바라리튬솔루션이 전남 율촌산업단지에 구축한 연산 2만1500t 규모의 광석 기반 수산화리튬 제1공장에 각각 BPED를 활용한 생산 기술을 적용했다. 현재 WSK는 아르헨티나 수산화리튬 1단계 공장 공정에 전기투석막을 일부 공급하고 있으며, 향후 수입산 전기투석막도 모두 국산 제품으로 교체할 계획이다. 포스코홀딩스는 올해 상반기 중 율촌산업단지 수산화리튬 제1공장에 전기투석막을 적용할 예정이다.

김경훈 포스코홀딩스 미래기술연구원 차세대원료연구센터 수석연구원은 “중국 외 국가를 통해 리튬을 확보하고 두 회사가 협업해 만든 BPED 개발을 확대, 적용한다면 순수 국내 기술로 수산화리튬을 체계적으로 생산·공급할 수 있다는 점에서 안정적인 공급망 구축에 기여할 수 있다”고 강조했다.

두 회사는 이번 리튬 생산용 전기투석막 공동개발 및 상용화 협력을 시작으로, 2차전지소재 제조 공정의 부산물 재활용 과정에 적용할 부품 및 설비 개발 등 협력 범위를 확대한다는 방침이다.

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