배터리 공급망 경제학: 전기 자동차 확장을 위한 기반 마련

전기 자동차 혁명은 자동차 산업의 친환경적이고 지속 가능한 미래를 약속하며 순조롭게 진행 중입니다. 그러나 전기 자동차의 인기가 높아지고 있음에도 불구하고 몇 가지 중요한 장애물이 전기 자동차의 광범위한 채택을 가로막고 있습니다.

이러한 과제의 최전선에는 특히 배터리와 같은 핵심 부품과 관련된 공급망 문제가 있습니다. 가장 시급한 문제 중 하나는 배터리 음극에 필수적인 리튬, 코발트, 니켈 등 희귀하고 필수적인 광물에 대한 의존도가 높다는 점입니다. 

이전에 광물 채굴과 관련된 인권 및 환경 문제에 대해 다룬 적이 있으며, 이러한 문제에 대해 계속 알아가고 있습니다. 이 글에서는 경제적 측면에 좀 더 초점을 맞췄습니다. 

이러한 필수 소재의 공급망이 안정적이지 않고 필요한 인프라가 아직 완전히 개발되지 않았지만, 작년에는 특히 인플레이션 감소법 덕분에 상당한 진전이 있었습니다.

공급망 문제 및 "친환경 금속" 

공급망 역학은 제조업체에 대한 필수 원자재의 적시 공급과 배송에 영향을 미치는 공급망 내의 변동을 포괄합니다. 

전기차 배터리 공급망 요약

전기차 시장에서 발생하는 공급망 문제의 대부분은 리튬 이온 배터리 생산에 사용되는 구리, 니켈, 망간과 같은 '친환경 금속'에 대한 수요 증가에서 비롯됩니다. 

이러한 소재는 실제로 그렇게 희귀하거나 찾기 어려운 것은 아니지만 일반적으로 소량만 존재하기 때문에 문제는 소재를 찾는 것이 아니라 추출 및 가공하는 데 있습니다. 

전 세계 정부가 전기 자동차와 충전 인프라에 투자하기 시작하면서 이러한 금속에 대한 수요가 계속 증가하고 있으며, 공급망이 새로운 수요에 맞춰 조정됨에 따라 가격이 상승하고 대기 시간이 길어지고 있습니다. 

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이러한 친환경 금속과 같은 필수 원자재에 대한 접근 통제를 강화하는 국가들로 인해 이 문제는 더욱 악화되고 있습니다. 

예를 들어, 인도네시아는 2020년에 니켈 광석의 수출을 전면 금지하고 정제된 니켈 제품으로만 거래를 제한했습니다. 이 정책으로 인해 기업들은 원시 니켈을 해외로 운송하는 대신 인도네시아에 돈을 투자하여 니켈 정제소를 건설해야 했습니다. 

인도네시아는 세계 최대의 니켈 매장량을 보유하고 있어 전 세계 전기 배터리 생산의 핵심 국가이다.

이는 인도네시아 경제에 큰 도움이 되었고 인도네시아는 많은 돈을 벌었지만(2년 만에 수입이 30억 달러에서 300억 달러로 증가), 니켈 가격이 상승하고 원자재에 대한 접근성이 제한되었습니다. 

필리핀과 짐바브웨도 니켈 및 리튬 광석에 대해 유사한 규제를 제정할 계획입니다. 이러한 정책은 지역 경제를 강화하지만, 상품 가격을 부풀리고 주요 원자재에 대한 접근을 제한하기도 합니다. 

이들 국가는 외국으로부터 천연자원을 보호하고 지역 경제를 발전시키는 데 기득권을 가지고 있습니다. 이러한 광물의 채굴과 가공에서 중국의 역할이 커지면서 배터리 공급망은 더욱 복잡해졌습니다. 

중국은 현재 전 세계 리튬 정제 프로젝트의 약 67%를 소유하고 있으며, 이러한 광물에 대한 중국의 영향력은 향후 몇 년 동안 줄어들지 않을 것으로 예상됩니다.

부피 가중 평균 리튬 이온 배터리 팩 및 셀 단가 비중, 2013~2022년

이러한 조치로 인해 주요 원자재 가격이 상승하고 원자재 수급에 차질을 빚을 수 있는 자원 보호주의가 더욱 강화될 수 있다는 우려가 커지면서 제조업 부문의 불안감이 고조되고 있습니다. 

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궁극적으로 친환경 금속의 높은 추출 비용은 전기차 시장의 수요를 적절히 충족시킬 가능성을 낮추고, 생산 속도를 늦추고 전기차의 최종 비용을 증가시킵니다.

리튬 시장은 공급 부족을 겪을 수 있다.

좋은 소식 

배터리 기술의 발전과 배터리 대체 소재 찾기, 배터리 재활용, 강력한 사회적 및 환경적 보호를 통한 현지 채굴 장려 등 여러 가지 잠재적 솔루션이 존재합니다.

기술 발전 

배터리 음극에 사용되는 니켈, 망간, 코발트(NMC)의 대안을 찾기 위한 추가 개발이 이미 진행 중이며, 그 중 하나인 리튬 인산철 음극(LFP)이 인기를 얻고 있습니다. LFP는 더 저렴하고 성능 향상에 도움이 될 수 있습니다. 

테슬라는 이미 일부 모델에 LFP 배터리를 사용하고 있으며, 포드나 폭스바겐과 같은 제조업체도 일부 전기 자동차에 이 화학 물질을 활용할 계획이라고 발표했습니다. 

최근 몇 년 동안 전고체 배터리에 대한 연구도 활발히 진행되고 있으며, 메르세데스-벤츠와 도요타를 비롯한 여러 자동차 제조업체가 이 기술에 막대한 투자를 하고 있습니다. 

이 기술은 리튬 이온 배터리의 액체 전해질을 고체 세라믹으로 대체하여 동일한 물리적 공간에 더 많은 에너지를 저장하고 충전 시간을 단축할 수 있습니다. 나트륨 이온 배터리는 리튬을 리튬보다 저렴하고 널리 사용되는 소재인 나트륨으로 완전히 대체하는 또 다른 개발 기술입니다. 

배터리 재활용 

공급망에 대한 수요를 줄이기 위해 필요한 또 다른 단계는 배터리의 전체 수명을 포괄하는 순환 경제를 통해 강력한 재활용 방식을 확립하는 것입니다. 

미국 국립재생에너지연구소의 분석가들은 리튬 이온 배터리를 재활용하고 재사용하면 공급망을 안정화하고 자원 채굴과 추출을 줄이며 환경 파괴를 줄일 수 있는 잠재력이 있다는 사실을 발견했습니다.  

현재와 미래의 배터리 재활용에 더 잘 대처할 수 있도록 인프라를 개선함으로써 미국은 수명이 다한 오래된 배터리에서 가치와 광물을 추출하는 순환 경제를 만들 수 있습니다. 현재 테슬라는 매주 50톤의 재활용 물질을 통해 오래된 배터리 셀 금속과 재료의 92%를 재활용할 수 있습니다. 

전 테슬라 최고 기술 책임자였던 JB 스트라우벨은 배터리와 기타 전자 폐기물을 재활용하는 스타트업 레드우드 머티리얼즈를 설립했습니다. 

최근 레드우드 머티리얼즈는 10억 달러의 사모펀드를 유치했으며, 미국 에너지부로부터 네바다주에서 재활용 사업을 확장하기 위해 20억 달러의 대출을 약속받았습니다. 

레드우드 머티리얼즈에서 CNBC의 필 르보와 JB 스트라우벨이 이야기를 나누고 있다.

이 회사의 모델은 중고 전기차 배터리를 해체하여 니켈, 구리, 코발트, 리튬과 같은 귀금속을 추출한 다음 용도를 변경하여 새로운 전기차를 위한 새로운 부품을 제조하는 데 중점을 두고 있습니다. 

이들의 주요 목표는 배터리 국내 생산을 늘리는 것이며, 이는 글로벌 무역 및 공급망 문제를 완화하기 위한 전략적 조치입니다. 

레드우드와 재활용 재료의 활용을 극대화하기 위해 노력하는 비슷한 사명을 가진 다른 기업들은 전기차가 환경에 미치는 영향을 상쇄하고 미국 내 운송 부문의 탄소 발자국을 줄이는 데 도움을 줄 수 있습니다. 

미국 내 채굴 

마지막으로, 현지 채굴이 증가하면 공급망에 대한 압력을 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 미국은 땅에서 리튬을 추출하는 속도가 느려서 현재 전 세계 리튬의 약 1%만 생산하고 있습니다. 

이론적으로 미국은 75만 톤 이상의 채굴 가능한 리튬을 보유하고 있어 2025년까지 연간 약 7만 5천 톤의 리튬 수요 증가를 충족할 수 있습니다. 그러나 채굴은 수요에 비해 뒤처져 있으며, 배터리 생산 능력은 리튬 원석 공급보다 두 배나 빠르게 증가하고 있습니다. 

쉐보레, 캐딜락, GMC의 모기업인 제너럴 모터스(GM)는 리튬 채굴에 6억 5천만 달러를 투자하여 자체 공급망을 관리하고 통제할 계획입니다. GM은 Lithium Americas와의 파트너십을 통해 매년 최대 100만 대의 전기차를 생산할 수 있는 충분한 리튬을 채굴할 수 있을 것으로 예상하고 있습니다. 

이러한 수준의 원시 추출 및 가공은 향후 공급망 문제에 확실히 도움이 될 것이며, 잠재적으로 다른 자동차 제조업체들도 자체 전기차 생산에 필요한 충분한 원료를 확보하기 위해 채굴 산업에 진출할 수 있습니다. 

이는 또한 추가적인 환경 파괴에 대한 우려를 불러일으키기 때문에 새로운 채굴에는 엄격한 환경 규제도 따라야 합니다.  

인플레이션 감소법은 이미 영향을 미치고 있다. 

2022년 바이든 대통령이 서명한 인플레이션 감소법은 이미 전기차 배터리 원료의 미국 내 채굴 및 가공에 대한 공공 및 민간 부문의 대규모 투자를 이끌어냈습니다. 그러나 이 법의 비교적 덜 알려진 조항이 재활용을 강화하는 데 도움이 되었습니다. 

이 조항은 "원산지에 관계없이 미국에서 재활용된 전기차 배터리 원료를 미국산으로 자동 인정하여 보조금을 지급한다"는 내용입니다. 

따라서 재활용 배터리를 사용하는 모든 자동차 제조업체에서 생산하는 차량은 북미에서 조립되고 가격 요건을 충족하는 한 현재 연방 세금 인센티브를 받을 수 있습니다. 

이 이니셔티브는 미국에서 제조업 부활의 시작을 알리는 신호탄으로, IRA가 제정한 재활용 조항으로 인해 미국 내 공장 건설이 급증하는 동시에 자동차 제조업체들이 배터리 재활용 연구에 더욱 박차를 가하도록 동기를 부여하고 있습니다. 

최근 미국 에너지부는 미국 내 배터리 재활용 개선 노력을 기울이는 기업에게 1억 9,200만 달러를 추가로 지원할 것이라고 발표했습니다.

이것은 시작에 불과하다.

전기 자동차 시장의 미래는 이러한 복잡한 공급망 문제를 극복하고 지속 가능한 핵심 소재 공급원을 확보하는 데 달려 있습니다. 

친환경 금속과 관련된 높은 추출 및 가공 비용은 생산 속도를 늦추고 전기차의 궁극적인 비용을 상승시켜 급증하는 전기차 수요를 충족할 수 있는 전망에 그림자를 드리우고 있습니다. 

더 깨끗한 자동차의 미래를 향해 계속 전진하기 위해서는 업계 관계자, 정책 입안자, 제조업체가 경제성과 환경적 고려사항의 균형을 유지하면서 안정적인 공급망을 보장하는 혁신적인 솔루션을 위해 협력해야 합니다. 그래야만 전 세계적으로 완전한 전기차 보급에 도달할 수 있습니다.

 

https://blog.greenenergyconsumers.org/blog/the-economics-of-battery-supply-chains

The Economics of Battery Supply Chains: Paving the Way for Electric Vehicle Expansion