킨텍스서 ‘이차전지 산업이해 및 작업환경 관리방안’ 세미나 진행

 

2019년 완전 개정된 산업안전보건법, 지난해 시행된 중대재해처벌법(이하 중처법) 등으로 산업 내 안전 및 보건 관리가 한층 높은 수준으로 요구되기 시작했다. 해당 배경이 지속되던 중 최근 산업 안전 관련 법률과 경제 활성화 간 균형이 국가 성장 측면에서 화두인 상황이지만, 산업 안전에 대한 목소리는 여전히 높다.

 

이 양상은 우리나라 미래 먹거리로 평가받는 이차전지 산업에도 점차 뿌리내리고 있다. 지난 4월 산업통상자원부(이하 산업부)가 발표한 ‘이차전지 산업경쟁력 강화 국가전략’에서는 우리 정부가 바라보는 이차전지 잠재성과 정부의 정책 방향성·투자 기조 등을 엿볼 수 있다.

 

 

해당 전략에는 2030년을 기한으로, ‘전기차용 차세대 전지 세계 최초 상용화’, ‘이차전지 인력 1만 6000명 배출’, ‘이차전지 세계 시장 점유율 40% 달성’, ‘국내 이차전지 100% 순환체계 확립’ 등에 대한 구체적 청사진이 마련돼 있다. 이렇게 우리 산업에서 중요성이 증대되는 이차전지 산업 내 안전 관리 방안은 어떤 방향을 가리키고 있을까?

 

이달 5일 경기 고양시 대화동 소재 킨텍스에서 ‘이차전지 산업이해 및 작업환경 관리방안’ 세미나가 개최됐다. 이번 세미나는 2023 국제안전보건전시회(KISS 2023) 내 부대행사인 ‘2023 안전보건 세미나 및 우수사례 발표대회’ 프로그램 안에 구성된 세션이다.

 

산업안전보건연구원 직업환경연구실이 주관하는 본 세미나는 정지연 한국산업보건학회 회장이 좌장을 맡아 진행됐다. 여기에 이광용 산업안전보건연구원 직업환경연구실 연구위원, 장미연 산업안전보건연구원 연구원, 정동길 포스코퓨처엠 에너지소재안전환경그룹 그룹장이 주제발표를 담당했다.

 

정지연 한국산업보건학회 회장은 개회사에서 “앞으로 이차전지 산업이 새로운 우리 먹거리가 될 것이며, 이차전지 산업 내 모든 구성원이 서로 협력하고 관심을 가져야 건강한 작업 환경이 구축돼 이차전지 산업이 성장하는 데 밑거름이 될 것”이라고 말했다.

 

정 회장은 이어 “오늘 세미나를 통해 이차전지 산업이 안전 보건 영역에서 나아가야 할 길에 대해 알게 되길 바라며, 이차전지에 활용되는 무기화학물 및 무기물에도 많은 관심 가져주길 바란다”고 부연했다.

 

이어지는 세미나 첫 발표는 이광용 산업안전보건연구원 직업환경연구실 연구위원이 ‘이차전지 산업 동향’을 주제로 발표를 진행했다. 이 위원 발표 주요 내용은 이차전지 산업 동향 및 이차전지 산업 이후 산업 전망이다.

 

 

이광용 연구위원은 “1859년에 탄생해 자동차 및 전동지게차 등에 활용된 납축전지(Pb-acid)를 시작으로 오늘날 ESS·IT기기·전기자동차 등에 탑재되는 리튬 이온 전지(Li-ion)가 등장했다”며 전지의 기원 및 종류에 대해 설명했다. 이 위원은 이중 리튬 이온 전지가 우리나라 산업을 이끌 것이라 전망했다. 우리나라뿐만 아니라 중국, 미국 등이 해당 산업 투자에 뛰어든 동향을 덧붙였다.

 

그는 이어 배터리 재생업, 배터리 제조업, 양극재·음극재·분리막·전해질 등 이차전지 기본 구성 소재를 다루는 세부 산업에 대해 설명했다. 특히 양극재에 투입되는 양극활물질에 많은 산업이 얽혀있다고 강조했다. 해당 소재에 전구체 및 리튬이 첨가되는데, 리튬 재생 산업도 이와 연계돼 따로 산업이 형성돼 있는 구조도 언급했다.

 

한편 이차전지 핵심소재 중 양극재에는 니켈·코발트·망간·알루미늄 등 원료가 들어간다. 니켈은 에너지밀도, 코발트는 안정성 및 수명에 관여한다. 또 망간은 안정성, 알루미늄은 에너지 출력에 강점을 가지는데, 이 위원은 용도 및 목적에 따라 유연하게 원료를 적용하는 것이 효율적이라고 분석했다.

 

음극재는 최근 각국에서 실리콘을 이용한 실리콘 음극재 개발에 주력하는 중이다. 몇 해 전부터 이차전지 산업 내 입방아에 오르내리는 빈도가 늘어가는 ‘실리콘 카바이드(SiC)’가 이에 해당된다.

 

이어 이광용 연구위원은 바인더·분리막·접전장치·전도물질 등 이차전지 제조 공정에 활용되는 10가지 세부 산업에 대해 발표했다. 여기에는 셀을 감싸기 위한 금속 제품, 알루미늄 바디를 제조하는 과정에서 활용되는 산업 등 더욱 세분화된 산업이 존재한다.

 

곧장 글로벌 배터리 산업 동향 및 우리나라 이차전지 산업 선결 과제에 대한 이 위원의 발표가 이어졌다. 그는 “현실적으로 우리나라 이차전지 산업은 지금 이 시점에서 주력 먹거리로 대표하기 힘들다”며 “이는 이차전지 4대 핵심소재에 들어가는 대부분 원료를 중국에 의지하고 있는 상황이 그 근거”라고 지적했다.

 

또 다른 한편 일본은 카보네이트 및 첨가제 계열에서 고유 노하우와 기술을 갖고 있다는 점도 경계할 지점이라고 평가했다. 이를 해결하기 위해 소재 산업에서 음극재 영역에 대한 투자를 확대해야 한다는 솔루션을 제시했다.

 

이어 글로벌 배터리 소재 시장규모는 2030년에 대폭 증가할 것이며, 특히 음극재 소재 시장이 2021년보다 약 4배가량 성장할 것이라 내다봤다. 그는 여기에 배터리 재생 관련 산업에 대해서도 언급했는데, 이차전지 재생 공정을 통해 리튬을 생산하는 사업장이 늘어날 것이라고 전망했다. 이미 LG에너지솔루션, 삼성SDI 등이 이 산업에 뛰어들었다.

 

이차전지 산업 해결과제에 대한 내용도 이어졌다. 이 위원은 ESS 분야 과제를 해결해야 이차전지 산업이 성장할 것이라는 솔루션을 내놨다. 이 분야를 해결하면 비행기, 선박 등 산업 성장이 가속화될 것이라는 게 그의 설명이다.

 

그는 마지막으로, ‘재생 합성 연료’로 불리는 ‘이퓨얼(e-Fuel)’을 이차전지 대항마로 선정했다. 이퓨얼은 이차전지와 같이 탄소 중립에 관여할 핵심 기술로 평가받는다. 태양광·원자력 등을 이용한 전기 생산, 전기 분해를 통해 수소 추출, 수소에 이산화탄소를 결합해 메탄·천연가스·LPG 생성 등 생산 공정 및 과정에 따라 각기 다른 합성 연료가 탄생한다.

 

우리나라 기업 중 포스코홀딩스·삼성 등이 이퓨얼에 투자를 시작했다. 현재 유럽에서는 이퓨얼 추출 공법을 개발 중이다. 이와 관련해 유럽연합(EU) 내 국가에서 운영되는 비행기의 약 4%가량이 2025년부터 지속가능 항공연료(Sustainable Aviation Fuel 이하 SAF)를 의무로 사용하게 될 예정이다. 이광용 연구위원은 “이차전지 산업군 관계자가 서로 힘을 합쳐 산업을 이끌어 나가길 바란다”며 주제발표를 마쳤다.

 

이어지는 발표는 장미연 산업안전보건연구원 연구원이 ‘이차전지 산업 취급 화학물질 및 작업환경’을 주제로 이어받았다. 장 연구원은 “리튬은 광석·염호·자연계·재생 공정 등을 통해 얻지만 현재는 광석이나 염호를 통해 회수하는 방식이 일반적”이라며 “국내에서는 올해 광석에서 리튬을 추출하는 기술 사용화를 추진할 계획”이라고 밝혔다.

 

 

그는 배터리 제조 과정 내 입자성 물질을 다루는 공정에 대해 작업 안전 관리가 필요함을 강조했다. 대부분 원료 투입·제품 포장 공정에서 분말 및 분진으로 인해 작업자가 피해를 입을 수 있다는 것이다.

 

장미연 연구원은 이와 관련해 양극재 특히 양극활물질에 대해 설명했다. 양극활물질이 이차전지 산업 내에서 규모 및 생산성이 가장 크다고 분석했다. 특히 양극활물질 원료인 전구체 종류 중 가장 많이 활용되는 NCM전구체에 황산니켈6수화물·황산코발트7수화물·황산망간수화물 등 황산계가 사용된다는 점을 주목했다. 해당 전구체 제조 공정 중 원료 투입·포장 등에서 작업자가 분말 노출 위험에 직면할 수 있다고 지적했다.

 

음극활물질은 국내에서 천연 흑연만 활용해 제조된다. 장 연구원은 음극활물질 제조 공정 내 소성 공정에서 작업자에게 위험 요소를 제공한다고 분석했다. 그는 이에 대해 카보네이트 계열 용매 공정에서 사업장 차원의 관리가 이루어지지 않는다는 점을 지적하며 관리가 필요해 보인다는 분석을 내렸다. 산업안전보건연구원은 현재 카보네이트 공정 평가 기준을 정립 중이다.

 

분리막 공정에서는 폴리에틸렌·폴리프로필렌·파라핀왁스 등이 활용된다. 작업 안전과 관련해 특히 ‘염화메틸렌’ 또는 ‘디클로로메탄’이라 불리는 물질이 가장 큰 문제로 지적되는데, 해당 물질은 발암물질로 분류돼 있기에 더욱 주의가 필요하다. 분리막 공정 내 코팅액 제조 과정에서 분말이 작업자에게 노출될 가능성이 크다.

 

이어 장미연 연구원은 도전재와 집전체 공정 내에서 작업 안전 위험 요소를 평가했다. 도전재는 탄소나노튜브 제조 공정에서, 집전체는 동막 제조 공정에서 근로자 안전에 위협을 가한다고 조사 결과를 발표했다.

 

반면 장 연구원에 따르면 바인더 공정은 앞선 공정 중 일반적 작업 환경에서 작업자 위험 노출 가능성이 가장 낮은 것으로 분석됐다. 그는 이어 제조 공정 내 작업 안전을 위협하는 앞선 이차전지 제조 공정을 네 단계로 분류해 참관객의 이해를 도왔다. 전극·조립·활성화·팩 등 공정이 장 연구원이 나눈 제조 공정 네 단계다.

 

장 연구원은 우선 믹싱 공정에서 전극을 절단하면서 집전체에 묻은 양극 및 음극활물질이 비산돼 작업자에게 노출될 가능성을 경계했다. 조립 공정 내 전해액 주입 단계에서는 카보네이트 물질이 작업자에게 노출될 가능성을, 활성화 공정 내 에이징 및 드레싱 과정에서 작업자의 안전이 위협된다고 염려했다. 이 과정은 특히 파우치형 배터리 가스 제거 단계에서 위협 상황이 두드러지는 것으로 나타났다.

 

마지막으로 배터리 재생 산업 내 작업 안전에 관한 내용이 이어졌다. 해당 작업은 폐배터리 및 양극활물질을 원료로 재생하는 과정이 주로 진행된다. 그는 “여기서 배터리 분해 과정에서 작업자가 카보네이트에 노출될 가능성이 크다”고 말했다. 

 

이어 그는 “또 분쇄 과정에서 이미 작업이 이루어진 통을 다음 분쇄 설비에 장착하는데, 이 과정에서도 작업자의 위협이 감지된 것으로 조사됐다”고 말했다. 장 연구원에 따르면 포장 공정에서도 니켈 등 화학물이 작업자에게 노출되는 위험이 있다. 장미연 연구원은 “내년에는 연구를 세분화해 위험성 평가 기준을 마련할 계획”이라며 “앞으로 사업 안전 환경 구축을 위해 노력하겠다”며 발표를 마무리했다.

 

더불어 정동길 포스코퓨처엠 에너지소재안전환경그룹 그룹장은 공정 설비 개선을 강조했다. 그는 “반도체 산업과 같이 부스 타입의 제조 설비가 마련돼야 하며, 제조 공정 내 온도 측면에서도 자동제어 방식을 채택해야 할 것”이라며 “특히 공정 내 소재 원료 입자 및 먼지 제거 방식으로, 기존 터는 방식보다 흡입하는 방식을 통해 시스템을 고쳐나가야 한다”며 개선방안을 제시했다.

 

 

한편, 2023 국제안전보건전시회는 이달 3일부터 사흘간 킨텍스에서 진행된다. 해당 전시회는 한국산업안전공단이 주최를, 안전보호구협회와 경연전람이 주관 및 운영을 맡은 산업 안전 행사다.

 

헬로티 최재규 기자 |