테슬라 공동 창립자 J.B. 스트라우벨, 전기차 배터리 대기업 건설

레드우드 머티리얼즈, 연간 130만 대 이상의 전기차를 생산할 수 있기에 충분한 배터리 소재 생산 목표

네바다주 맥캐런에 있는 레드우드 머티리얼즈의 배터리 재활용 및 제조 시설의 J.B. 스트라우벨(Emily Najera/Bloomberg News)

JB 스트라우벨이 운영하는 배터리 재활용 회사인 레드우드 머티리얼즈(Redwood Materials)는 전기 자동차 배터리에 필수적인 미세한 블랙 파우더를 생산하는 첫 번째 상업용 라인의 스위치를 켰습니다. 음극 활물질로 알려진 이 분말은 배터리 원가의 3분의 1을 차지합니다. 레드우드는 2028년까지 연간 130만 대 이상의 전기차를 생산할 수 있는 충분한 양을 생산할 계획이며, 이전에는 미국에서 생산된 적이 없는 다른 배터리 부품도 생산할 예정입니다.

이는 현재 중국에 종속되어 있는 미국 배터리 공급망의 전환점이 될 것입니다. 블룸버그NEF에 따르면 세계에서 두 번째로 큰 경제 대국인 중국은 전 세계 리튬 정제 능력의 70%, 전기차를 만드는 데 필요한 기타 중요 배터리 소재 생산량의 95%까지 통제하고 있습니다. 레드우드는 재활용된 중요 금속을 사용하는 국내 순환 구조를 만들어 이 문제를 해결하려고 시도하고 있습니다.

"책임감이 무겁습니다."라고 스트라우벨은 말합니다. "테슬라 초창기에 다른 제조업체들이 아직 아무것도 하지 않았을 때, 우리가 깃발을 들고 현장으로 뛰어나가 '전기차가 미래다!"라고 외치던 때를 기억합니다. 우리가 실패하면 아무도 따라오지 않을 거라고 생각했습니다. 약간 데자뷰가 느껴지기도 합니다."

레드우드의 엔지니어링 허브는 300에이커에 달하는 경사면에 다양한 완공 단계의 건물이 자리 잡고 있습니다. 산업 공정 공장이라기보다는 군사 지휘 전초기지에 더 가까운 분위기입니다. 일론 머스크가 모델 3 전기차와 스타십 로켓을 제작하기 위해 배치한 구조물을 연상시키는 창문이 없는 거대한 텐트 안에 작업실이 설치되어 있습니다. 격납고와 같은 공간 한가운데에 작은 칸막이 몇 개가 아무렇게나 세워져 있는 가운데 컴퓨터 책상이 길게 늘어져 있고, 그 사이로 작은 칸막이 몇 개가 놓여 있습니다.

728x90

텐트 작업장은 언덕 아래쪽에 막 완공된 대규모 새 사무실 단지로 이전할 예정이었습니다. 오스틴에 본사를 둔 테슬라의 최고 엔지니어링 부서에서 영입된 경영진이 속도와 환경 효율성을 위해 배터리 재활용 프로세스를 재창조하고 있는 레드우드는 산업 규모가 확장되는 가운데서도 끊임없이 변화하는 모습을 보여주고 있습니다.

이 회사의 빠른 발전은 지난 2년 동안 배터리 재활용에 대한 환경 평가를 수행하기 위해 레드우드의 데이터에 액세스 할 수 있는 권한을 부여받은 독립 스탠포드 연구원 그룹을 당황하게 만들었습니다. 화학공학 조교수이자 논문의 시니어 저자 중 한 명인 윌 타페는 연구진이 레드우드 프로세스의 일부 분석을 끝내고 보니 프로세스가 변경된 것을 발견했다고 말했습니다.

타페는 "한 달에 한 번씩 항상 조정이 이루어졌습니다."라고 말했습니다. "그래서 힘들었지만 정말 환상적이었습니다. 그들은 모든 것이 매우 빠르게 변화하는 세상을 아주 잘 헤쳐나가고 있습니다."

아직 동료 평가를 받고 있는 스탠포드 보고서에 따르면 레드우드의 재활용 및 정제 작업은 기존 재활용 방식에 비해 이산화탄소 배출량을 70%, 다른 재활용 공정에 비해서는 40% 줄인 것으로 나타났습니다. 레드우드가 현재 재활용 가능한 재료의 약 절반을 차지하는 제조 스크랩을 처리할 때 절감 효과는 훨씬 더 컸습니다.

전기차는 이미 대부분의 전기를 석탄에서 얻는 국가에서도 내연기관 자동차보다 환경 영향력이 훨씬 적습니다. 배터리 원료를 채굴하는 데 드는 비용이 상당하지만, 주요 광물의 95% 이상은 수익성 있게 재활용할 수 있습니다.

레드우드에서는 싱크대와 화장실에서 나오는 위생 폐기물을 제외하고는 어떤 것도 매립되지 않으며, 시설 밖으로 배출되는 물도 없습니다. 가스관도 없고 모든 것이 전기로 작동합니다. 또한 규모에 맞게 설계되어 수작업으로 분류하거나 번거로운 해체 작업 없이 트럭 한 대 분량의 배터리를 빠르게 분해할 수 있습니다.

재활용 업체는 결국 자동차 공장의 속도에 맞춰야 할 것입니다. 예를 들어, 캘리포니아 프리몬트에서 불과 250마일 떨어진 테슬라 공장은 작년에 56만 대의 전기차를 생산했는데, 이는 1분에 1대 이상 생산한 것입니다. 이 자동차들이 재활용될 시기가 되면 지난해 미국 전체 시장에서 처리된 전기차 배터리 재료의 거의 10배에 달하는 양이 발생하게 됩니다. 재활용업체가 이 모든 것을 처리할 수 있다면 기존의 채굴 사업과 경쟁할 수 있을 것입니다.

레드우드의 최고 기술 책임자이자 테슬라의 전 파워트레인 엔지니어링 책임자였던 콜린 캠벨은 "모든 차량이 전기로 바뀌고 광물이 모두 소비되면, 그 과정에서 손실되는 광물은 매년 2%만 보충하면 될 것"이라고 말합니다. "더 이상 땅을 파헤치는 것이 이치에 맞지 않다는 것은 모두에게 분명해질 것입니다."

레드우드의 배터리 전기 슬로우쿠커는 유해 가스를 포집하여 유용한 산업 제품으로 전환한다. (에밀리 나제라/블룸버그)

스트라우벨은 전기차 수요와 배터리 제조에 필요한 재료 사이의 격차가 커지는 것을 고민하다가 2019년에 테슬라를 떠났습니다. 레드우드는 북미에서 가장 큰 리튬 이온 배터리 재활용 업체로 빠르게 성장했고, 지난 몇 년 동안 배터리의 양면인 양극과 음극을 구성하는 복잡한 재료의 수익성이 더 높은 시장으로 진출했습니다. 이 회사는 현재 이미 널리 재활용되고 있는 가공되지 않은 알루미늄 스크랩과 건식 벽체를 만들기 위해 석고로 판매되는 황산칼슘과 같은 저가의 재료를 포함하여 약 24가지 제품을 판매하고 있습니다.

배터리를 재활용하는 기본적인 방법에는 세 가지가 있으며, 각 방법에는 문제점이 있습니다. 폐기물이 낭비되고 독성 물질이 배출될 수 있는 소각, 비용이 많이 들고 에너지가 많이 소모되는 강력한 화학 물질에 녹이는 방법, 노동 집약적이고 위험할 수 있는 기계적인 분리 방법 등이 있습니다. 지난 몇 년 전까지만 해도 대부분의 미국 재활용 업체는 단순히 배터리를 갈아서 다른 사람이 처리하도록 해외로 보냈습니다.

레드우드는 각 카테고리에서 가장 유용하다고 생각되는 부분을 차용합니다. 이 회사의 프로세스는 버려진 이어버드와 노트북 배터리부터 리콜된 쉐보레 볼트의 전기차 모듈까지 모든 것이 컨베이어 벨트에 올려지는 내부 준비 작업장에서 시작됩니다. 뒤엉킨 쓰레기들은 약 30피트 높이의 벽에 뚫린 구멍으로 운반되어 건물을 빠져나와 지상 높이 설치된 'RC1'이라고 불리는 거대한 금속 터널로 들어갑니다.

RC1은 기본적으로 수백도에서 약 1시간 동안 재활용품을 구워내는 거대한 슬로우 쿠커로, 지금까지 레드우드의 가장 큰 혁신이라고 할 수 있습니다. 기존의 소각을 통한 재활용은 화씨 1,800도가 훨씬 넘는 열을 사용하여 귀금속을 분리하지만, 이 단계에서 레드우드의 목표는 가장 효율적인 방법으로 다음 단계를 위해 재료를 보존하고 준비하는 것입니다.

중요한 점은 RC1은 산소를 전혀 사용하지 않기 때문에 연소가 일어나지 않아 배출가스가 전혀 없다는 점입니다. 접착제, 플라스틱, 불필요한 액체를 숯으로 환원할 뿐입니다. 이렇게 해서 만들어진 고급 블랙 카본은 블랙 페인트와 산업용 윤활유로 판매할 수 있습니다.

RC1은 또한 놀랍도록 적은 양의 전기를 사용하므로 레드우드가 기후에 미치는 영향을 줄이는 데 핵심적인 역할을 합니다. 가마가 가열되면 배터리에서 방출되는 에너지로 자급자족할 수 있습니다. 밤낮으로, 매주 쉬지 않고 작동하는 배터리 화로의 제어된 슬로우 모션 버전이라고 생각하면 됩니다. 작업자에게 위험을 초래할 수 있는 배터리의 전하를 안전하게 방출하는 동시에 광물과 주요 미네랄을 결합하는 물질을 분해합니다.

RC1을 떠난 후 불에 탄 배터리는 스크린을 통해 물질을 걸러내는 기계를 통과합니다. 강력한 자석이 특정 물질을 분리하는 데 사용됩니다. 미네랄이 풍부한 블랙 매스로 알려진 나머지 분진은 용매 슬러리에 섞여 대형 맥주 양조장과 유사한 다른 건물로 공급되며, 화학 물질, 압력, 필터, 증발을 사용하여 제품을 핵심 요소로 분리하는 우뚝 솟은 스테인리스 스틸 탱크가 있습니다.

배터리 재활용업체의 성배는 배터리 음극과 양극에 들어가는 고가의 부품을 생산하는 것입니다. 오늘날 이 두 제품은 거의 전량 아시아에서 생산됩니다.

배터리에서 회수한 구리가 레드우드 머티리얼즈 시설의 압착기를 통과하고 있다. (에밀리 나제라/블룸버그)

728x90

양극은 일반적으로 흑연으로 코팅된 섬세한 구리 호일로 만들어집니다. 이 호일은 머리카락 두께의 10분의 1에 불과하며 산업용 포장지처럼 넓은 롤 형태로 제공됩니다. 한 장씩 풀면 최대 9마일까지 늘어나는데, 조금만 찢어지거나 구멍이 나면 배터리 셀에 결함이 생길 수 있습니다.

미국에서 구리 호일 생산은 전례가 없었습니다. 지난 1년 동안 레드우드는 잠재 고객이 테스트할 수 있도록 샘플 롤을 생산해 왔습니다. 앞으로 몇 주 안에 이 회사의 포일이 미국 전기차에 사용될 공급망에 공식적으로 진입할 것이라고 스트라우벨은 말했습니다. "미국에서 배터리용으로 이 소재를 만든 것은 말 그대로 이번이 처음입니다."라고 그는 말했습니다.

레드우드의 단일 호일 제조 기계는 연간 13,000대 이상의 장거리 전기차에 충분한 배터리를 공급할 수 있습니다. 작은 자동차 크기만 한 완벽하게 매끄러운 티타늄 드럼은 밝은 파란색의 황산구리 액체에 반쯤 잠긴 채로 회전합니다. 수만 암페어의 전기가 흐르면서 수조에서 부드러운 구리 시트가 형성되고 이후 긴 롤에 감깁니다.

이 장비는 곧 사우스캐롤라이나에 건설 중인 공장에 9대가 추가될 예정이며, 더 많은 장비가 추가될 예정입니다. 스트라우벨에 따르면 2028년까지 이 두 곳에서 100대의 장비를 가동하여 매년 지구를 6번 감쌀 수 있을 만큼의 호일을 생산할 계획입니다.

한편 음극은 배터리의 성능, 비용 및 환경 영향을 크게 결정합니다. 최종 블랙 캐소드 파우더의 제조법을 올바르게 개발하려면 이를 구매할 각 제조업체와 협력하여 수년간의 작업이 필요합니다. 샘플은 자동차에 장착되기 전에 여러 차례의 테스트와 검증을 거쳐야 합니다. 레드우드 음극재 공장의 작업자들은 호흡 튜브가 달린 헬멧과 소매 부분의 완벽한 차단을 위해 두 세트의 장갑이 포함된 완전 밀폐형 작업복을 착용해야 합니다.

음극제 성능에 많은 것이 달려 있기 때문에 주요 배터리 제조업체에서 제품 사용을 승인하면 상업적 관계가 영구적으로 유지되는 경향이 있습니다. 블룸버그NEF의 애널리스트 앤디 리치는 "고위험, 고보상의 전형적인 사례"라고 말합니다.

화학 공장에 들어온 지저분한 검은 액체는 수천 파운드에 달하는 거대한 정제된 미네랄 소금 포대 형태로 빠져나갑니다. 캠벨이 한 자루의 안쪽을 열자 전기 자동차의 핵심인 순백의 리튬 분말이 산더미처럼 쌓여 있는 것을 보여줍니다. (에밀리 나제라 / 블룸버그)

레드우드의 인증 작업은 수년간 진행되어 왔습니다. 2022년 캔자스시티에 건설 중인 파나소닉의 새 공장에 공급하는 오프테이크 계약과 노스캐롤라이나에 건설 중인 도요타의 배터리 공장에 공급하는 또 다른 계약을 체결했습니다.

레드우드가 3월에 가동을 개시한 음극재 라인은 연간 50메가와트 규모의 음극을 생산할 예정입니다. 주요 목표는 레드우드가 내년 말 20기가와트시 버전의 대형 공장을 가동하기 전에 고객과 함께 추가 테스트를 수행하는 것입니다.

레드우드의 재활용 능력은 인상적이지만 아시아 공급업체에 대한 미국의 의존도를 깨기에는 아직 충분하지 않습니다.

이 회사는 약 25만 대의 장거리 전기차에 해당하는 연간 약 20기가와트시의 속도로 폐기물을 처리하고 있습니다. 이는 레드우드와 외부 분석가들이 미국에서 적어도 1-2년 이상 사용할 수 있을 것으로 예상했던 것보다 더 많은 배터리 재활용을 달성한 것입니다. 스트라우벨은 예상치 못한 전기차 리콜과 새로운 배터리 공장에서 예상보다 높은 수준의 폐자재가 발생했기 때문에 일정이 빨라졌다고 설명합니다.

즉, 신규 배터리 공장에서 많은 문제가 발생한다는 것입니다. BNEF의 리치는 레드우드의 수치를 보고 배터리 공장 생산량의 약 15%가 재활용 통으로 들어간다고 가정한 자신의 모델을 다시 살펴보게 되었다고 말했습니다. 그러나 많은 공장이 동시에 가동되는 미국에서는 폐기율이 25%까지 높아질 수 있다고 그는 말했습니다.

배터리 재료에 대한 경쟁도 치열해질 것입니다. 바이든 행정부의 수십억 달러에 달하는 전기차 제조 인센티브에도 불구하고 중국은 계속해서 미국 배터리 생산량을 앞지르며 세계 시장에 값싼 공급을 쏟아내고 있습니다. 수년 동안 수요가 공급을 앞지른 후 갑자기 전 세계적으로 배터리와 재료의 과잉이 발생하여 신규 진입자가 생존하기 어렵게 되었습니다. 리튬 가격은 2022년 11월 고점 대비 75% 이상 폭락했습니다.

레드우드의 일부 경쟁사, 특히 토론토에 본사를 둔 리튬 사이클은 3월에 확장 계획을 축소하면서 직원의 17%를 해고할 계획을 발표하는 등 이미 불에 탔습니다. 세계 최대 리튬 생산업체인 앨버말 코퍼레이션은 가격이 지속 불가능하다며 재활용 블랙 매스를 처리할 수 있는 사우스캐롤라이나의 정제소 건설을 중단했습니다.

한편 매사추세츠의 스타트업 어센드 엘리먼츠, 한국의 배터리 제조업체 LG화학, 테슬라의 새로운 미국 음극재 공장 건설 계획은 완전히 실현되려면 수년이 걸릴 것이다.

에너지 싱크탱크인 RMI의 미국 프로그램 매니저인 라클란 캐리는 "중국은 10년 동안 전기차를 최우선 순위로 삼아왔기 때문에 앞서 나가고 있다"라고 말합니다. "따라잡으려면 갈 길이 멀고 방해가 될 수 있는 요소도 많습니다."

하지만 레드우드를 이끌고 있는 스트라우벨의 존재는 오늘날 한 단계 도약하고자 하는 투자자들에게 매력적인 요소입니다. 그는 테슬라의 배터리 전략을 수립한 장본인이며 실리콘밸리에서 월스트리트에 이르는 그의 인맥은 회사가 20억 달러의 민간 자금을 조달하고 특정 마일스톤을 달성할 경우 활용할 수 있는 에너지부로부터 20억 달러의 대출 약정을 확보하는 데 도움을 주었습니다.

하지만 미국 내 재활용 업체 한 곳만으로는 미국 내 전기차 제조 기지를 구축하기에는 역부족입니다. 스트라우벨은 이러한 현실과 앞으로의 어려운 문제를 인정했습니다.

"단순한 진실은 그것이 매우 어려운 일이라는 것입니다."라고 그는 말했습니다. "현재 생산 중이거나 건설 중인 배터리 생산 용량이 엄청나게 많은데도 공급망의 100%가 수입산이라는 사실은 저에게는 충격적입니다."

https://www.ttnews.com/articles/straubel-redwood-materials

Tesla Co-Founder J.B. Straubel Built an EV Battery Colossus | Transport Topics