최근 글로벌 ESS 시장이 급성장을 하면서, LG에너지솔루션도 ESS용 LFP배터리 시장에 빠르게 진입하고자 하고 있습니다.

2026년 완공되는 미국 애리조나 ESS용 LFP 생산라인(16Gwh 규모 예정) 가동에 앞서, ESS용 LFP 밸류체인이 잘 갖춰진 중국에서 먼저 ESS용 LFP배터리를 생산하려고 하는 것으로 보여집니다.

LG엔솔 남경공장의 일부 NCM라인을 LFP로 전환함으로써 생산시설 구축에 소요되는 시간을 최소화하는 전략을 사용하는 것으로 여겨지는데, 국내 대기업의 예상보다 빠른 ESS시장 진입은 국내 2차전지 소재업체 중 ESS용 LFP배터리에 대한 노출도가 높은 기업들에게도 매우 긍정적으로 작용할 듯 보여집니다.

관련기업으로는 산화철 기업인 EG, 전해액 기업인 엔켐, 동화기업, 솔브레인, LiPF6 관련업체인 후성, 중앙디앤엠 등이 있습니다.

참고로 ESS용 인산철배터리는 안정성과 경제성, 수명이 중요하기 때문에 범용 소재들(건식분리막, LiPF6, 전해액, 천연흑연 등)의 비중이 높습니다.
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LG에너지솔루션 컨콜 중 ESS용 LFP관련 내용.

- 연내 오창 4680 원통형 생산라인 세팅 , 남경 ESS라인 LFP 전환
Q) ESS 생산 및 판매 계획 시점? ESS 하반기 실적 전망?
A) 하반기 견조한 실적 예상. 매출 크게 증가 예상되는데, 매출 인식은 적정 수익성 기반 프로젝트. 금년 남경 ESS NCM 일부 캐파를 LFP 전환. 26년 애리조나 16Gwh LFP 제품 양산 통해 북미 지역 공급.


https://www.newspim.com/news/view/20230727000439

52도 폭염 중국, 글로벌 위기 불러오나?

최근 전세계가 감뭄과 폭우 등 이상기후로 몸살을 앓고 있는 가운데, 중국 또한 극심한 기상이변을 겪고 있는 상황입니다.

특히 기록적인 폭염으로 인한 고통이 매우 심한 상황인데, 작년과 마찬가지로 8월 이후 전력난을 겪을 가능성이 높아지고 있습니다.

중국은 이미 2022년 극심한 전력난을 겪은 상황이기 때문에 태양광 및 육상풍력과 같은 신재생에너지 뿐 아니라 석탄화력, 원전 등 전방위 적인 에너지 확충에 몰두하고 있는 상황입니다.

올해 중국이 경기침체로 많은 산업분야가 어려움을 겪고 있는 것에 반해, 신재생에너지, 전력분야는 호황을 이어가고 있는 이유도 중국의 취약한 전력상황과 맞닿아 있다고 보여집니다.

전통적으로 상반기는 신재생에너지 설치 비수기지만, 2023년은 상반기부터 신재생에너지 설치가 붐을 이루고 있고 특히 설치기간이 가장 짧은 태양광 발전의 설치가 두드러지고 있습니다.

중국 2차전지 산업도 태양광 설치 증가로 ESS용 배터리 출하량이 크게 증가하여, 전기차 시장에 이은 또 다른 성장동력으로 자리잡고 있습니다.

이러한 에너지 문제는 중국만의 문제가 아니고, 글로벌 공통적인 문제로 2023년부터 신재생에너지 설치(특히 태양광)가 미국과 유럽, 인도를 중심으로 빠르게 늘어나고 있는 상황입니다.

현재 계속되고 있는 글로벌 이상기후는 앞으로의 에너지 전환을 더욱더 가속시킬 것이며, 관련산업인 2차전지, 신재생에너지(태양광, 풍력), 전력기기 산업의 성장은 향후 계속해서 이어질 것입니다.

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중국은 현재 폭염피해가 심각한 상태임.
7월 16일 중국 투르판 분지 기온 52.2도로 역대 중국 기온 최고치를 기록.
베이징은 35도 이상의 고온이 4주 이상 지속되고 있으며, 기상관측 사상 처음으로 3일 연속 40도를 기록
허베이성 및 텐진도 40도 이상의 고온을 기록 (중국 비상경보 4단계 중 최고등급인 적색 등급 발령)

폭염으로 인해 중국 전역에서 폭력사태 및 취약계층 사망이 발생하고 있음.
중국에서는 중년, 노년 계층의 24%가 에너지 빈곤층임.

2022년에도 중국 전역에 폭염으로 인한 전력난이 있었는데, 올해는 지난해보다 폭염이 더욱 일찍 시작되었고 온도도 더 높은 상태로 중국의 전력난이 2022년보다 더 심해질 수 있다고 우려되고 있음.
2022년 중국 현지에서 16,500여 곳의 공장이 전력난으로 공장 가동이 중단되었음.

중국 쓰촨성의 경우 폭염과 가뭄으로 인해 올 봄부터 발전량이 감소 중에 있음.

현재 중국은 석탄발전을 최대한 활용하여 전력난에 대처하고자 하고 있음.
올 상반기 중국 석탄 수입 규모가 전년동기대비 93% 증가.
2023년 1분기 계획된 신규 석탄 발전소가 전년 대비 2배 이상 증가

중국 최대 호수인 포양호(양쯔강 중하류)의 수위가 역대 최저 수준을 기록 중에 있음.
이 지역은 중국 전체 벼 생산량의 65%, 중국 전체 식량 생산량 중 32%를 차지하는 지역임.

중국 북부 지역을 중심으로 지속적인 폭염과 강우량 부족으로 가뭄이 발생 중임.
하북, 내몽고, 감숙성에서는 가뭄으로 올해 농작물 수확량이 급감할 것으로 예상

중국 농작물 수확 감소 시, 농작물 수입이 늘어나 전세계 농작물 가격 불안을 야기시킬 수 있음.
포린 어페어스에 따르면, “중국 이상기후로 인한 세계 식량 문제는 우크라이나 전쟁이나 코로나19보다 더 큰 충격을 줄 수 있다”고 언급하였음.


유럽

최근 남부유럽의 기온이 40도를 넘으면서 지난 7월 20일 기준으로 1주일 동안 폭염으로 1.1만명이 사망하였음.

폭염에 가장 많이 노출되는 계층이 경제적 취약층으로 이는 심각한 사회문제가 되고 있음.

https://www.youtube.com/watch?v=N7edG-Hs_FA

SMM 자료에 따르면, 2023년 상반기 글로벌 ESS용 배터리 출하량은 87.0Gwh로 전년동기 대비 122% 증가하였음.

CATL은 2023년 2분기에 약 18Gwh 이상의 ESS용 배터리를 출하하여 전분기대비 20% 이상 증가하였으며, 2023년 상반기로는 33Gwh 이상의 ESS용 배터리를 출하하여 전년동기 대비 약 130% 이상 증가하였음.

2분기 CATL의 ESS용 배터리 총 이익률은 20.6%, 단위 총 이익은 0.16위안/Wh로 추정되어 전분기대비 소폭 감소(-1%)하였음.

하반기 에너지 저장 및 설치 성수기가 도래함에 따라 CATL의 ESS용 배터리 출하가 빠르게 증가할 것으로 예상되며, 2023년 CATL의 ESS용 배터리 출하량은 약 85Gwh로 전년 대비 80% 증가할 것으로 예상됨.

자료인용 : Guosen Securities 발간, CATL 보고서 (2023. 07. 27)

2023년 상반기에 중국 태양광 신규 설치가 78.42Gw로 전년 동기 대비 153.95% 증가하였으며, 2022년 설치량 95Gw의 80% 이상까지 다다랐습니다.
IEA는 연초 중국의 태양광 신규 설치량을 140Gw로 전망하였는데, 하반기가 성수기이며, 현재 중국이 심각한 전력난 우려되고 있기 때문에 올해 중국 신규 태양광 설치량은 예상치를 크게 상회할 것으로 보여집니다.

글로벌 태양광 설치시장은 올 하반기부터 미국과 인도를 중심으로 성장할 것으로 예상되고 있으며, 글로벌 전체적인 태양광 시장의 성장은 2024년부터 가속화될 것으로 보여집니다.
현재 중국이 자국 수요를 중심으로 성장하고 있으며, 향후 계속해서 확장되는 Capa를 바탕으로 글로벌 시장으로의 수출을 늘려 갈 것으로 예상됩니다.

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2023년상반기 중국 태양광 설비에 대한 수요가 크게 증가하여, 1월부터 6월까지 태양광 설비의 신규 설치량이 78.42Gw로 전년 동기대비 153.95% 증가하였으며, 6월 한달동안 17.21Gw로 전년동기 대비 140.03% 증가하였음.

2023년 상반기 중국의 태양전지 누적 수출액은 1,805.78억 위안으로 전년동기 대비 17.9% 증가하였음.

다운스트림의 강력한 시장 수요와 공급단에서의 Capa 확장으로 2023년 상반기 중국의 실리콘 재료, 웨이퍼, 셀 및 모듈의 생산량이 모두 60% 이상 증가하였음.

자료인용 : Central China Securities 발간, 2023년 상반기 글로벌 태양광시장 및 전망 (2023. 07. 26)

CNESA, EIA 등 자료에 따르면, 중국, 미국, 유럽 3지역의 에너지저장장치(ESS)의 설치량은 2023년 78.5Gwh를 기록하여 전년 대비 98% 성장할 것으로 예상되고 있으며, 2024년에는 124.1Gw로 yoy로 58% 성장할 것으로 전망됩니다.

중국의 성장률이 가장 높은 가운데, 미국 및 유럽에서의 ESS설치량도 빠르게 증가할 것으로 예측되고 있습니다.

참고로 2022년 기준, 글로벌 EV용 배터리 출하량은 517.9Gw였습니다.

지구온난화와 미중 갈등

● 지구온난화 → 탈탄소 → 에너지변환(화석연료→재생에너지) → 신재생에너지(태양광/풍력) → 전력인프라, 태양광관련 인프라, 배터리(전기차 전환, ESS)
※ 재생에너지 : 수력, 원자력(우라늄도 재생됨) 등 / 신재생에너지 : 태양광, 풍력 등

● 미중 갈등 → 중국의 미국/유럽 시장 진입을 억제 → 국내 배터리, 전력인프라 관련 기업 수혜
※ 미중 갈등은 제조업이 인력중심(중국)에서 자동화(리쇼어링 ; 로봇, AI)로 가속화 시키는 역할도 하고 있음.


○ 에너지산업의 패러다임 변화 (열에너지에서 전기에너지) → 신재생에너지(태양광, 풍력), 전력인프라
※ 열에너지(화석연료)는 저장과 이동이 용이하나 전기에너지는 저장과 이동이 어려움 → 수소, 배터리(ESS), 송배전 전력인프라

○ 자동차산업 패러다임 변화 (내연차에서 전기차) → 배터리

지구온난화 문제와 서방과 중국(+러시아)의 갈등은 세계가 직면해 있는 가장 큰 이슈이며, 현재 한국 주식시장도 탈탄소와 미중 갈등의 수혜주들이 높은 주가 상승률을 보여주고 있는 상황입니다.

지구온난화 문제는 에너지 패러다임을 열에너지(화석연료)에서 전기에너지(신재생에너지)로 바꾸는 것으로, 이 가운데서 선진국과 자원부국(중동, 러시아 등)과의 갈등이 빚어지고 있습니다.

에너지 패러다임으로 인한 국가 간의 갈등에 미국과 중국의 패권 갈등이 증폭되면서 글로벌 제조업을 장악하고 있던 중국으로부터의 De-risking 움직임이 서방(특히 미국)에서 나타나면서, 관련된 국내 업체들이 수혜를 보고 있는데, 국내 배터리와 전력기기 산업이 대표적입니다.
그리고 여기서 한발 더 나가, 제조업 패러다임이 저렴한 노동력을 바탕으로 글로벌 분업화를 통한 효율추구에서 리쇼어링과 가치 중심의 블록화로 전환되면서, 로봇과 AI산업의 성장으로도 연결되고 있습니다.

또한 에너지 전환에서 가장 주목을 받고 있는 산업 중 하나는 100년만에 패러다임 변화(내연차에서 전기차)를 겪고 있는 자동차 산업입니다.

글로벌 경기침체 문제가 끊임없이 제기되고 있는 상황 속에서도 에너지변환과 미중 갈등은 계속 이어질 가능성이 높고, 관련된 산업들은 앞으로도 타 산업 대비 높은 성장성을 구가할 것으로 보여집니다.

태양광 전지(PERC, Topcon, HJT)별 증착공정 가스 및 처리 (엘오티베큠, 지앤비에스 에코)

태양광 전지는 주로 PERC(Passivated Emitter and Rear Cell/Contact), Topcon(Tunnel Oxide Passivated Contact), HJT(Heterojunction ; 이종접합) 등의 공정을 사용하며, 현재 PERC 전지가 많이 사용되어지고 있음.

PERC 공정에서는 후면 유전체막의 passivation에서 더 많은 공정 폐가스가 발생하며, 이 공정에서 주로 TMA/SiH4,NH3 및 N2O를 사용하는 PECVD 장비를 사용함.
다량의 실란(Silan)은 실란탑에 의해 연소되는 반면 TMA 및 아산화질소 공정은 배기가스 프로세스를 통해 처리해야 함.
TMA의 자연 발화 및 폭발 특성은 옥외에 있는 산(酸)세척 처리 시스템의 위험요소임.
액화 특성으로 인한 폭발 위험성을 줄이기 위해 파이프라인에서 가스들을 미리 처리해야 함.

TOPCon 공정 기술의 업그레이드를 위해서는 PERC 생산라인에 붕소 증폭 장비를 추가해야 해서 PERC 생산라인에 LPCVD 또는 PECVD를 추가해야 함.
처리해야 하는 주요 공정 폐가스는 BC13/SiH4/B2H6/NH3/PH3/H2임.
PH3는 독극물이며, BCI3는 물을 만나면 격렬하게 반응함.

HJT 핵심 장비인 비정질 실리콘 증착 장비는 주로 CVD 공정을 사용하며, 고유 비정질 실리콘층, P형 비정질 실리콘층 및 N형 비정질 실리콘층을 도금하는데 이 단계는 기존 PERC공정의 확산 공정을 대체하고 이종 접합 구조를 구성하여 공정 난이도가 높음.
처리해야하는 주요 공정 폐가스는 NF3/SiH4/B2H6/PH3/CO2/H2임.
챔버 세척가스로 NF3를 더 많이 사용하기 때문에 완전한 분해가 어렵고 일반 배기가스 프로세스가 처리하기 어려워 분해 온도가 95% 이상의 처리 효율을 달성하려면 1,100도 이상에 도달해야 하며 일부 업체는 C2F6 또는 CF4를 챔버 세척가스로 사용하여 유효 분해 온도가 더 높음.

https://www.xwhj-sh.com/?p=16742

주식시장의 주목을 받고 있는 CNT에 관한 내용으로,
MWCNT는 현재 기술적으로 성숙되어져 있어 많은 업체들이 진입을 시도하고 있습니다.

MWCNT는 CNT제조보다 분산기술이 더 중요하며, 나노신소재가 이 분산기술에 있어 장점을 지니고 있습니다.

SWCNT는 제조공정이 매우 어려워, 현재 러시아 옥시알이 글로벌 시장을 독점(90%)하고 있으며, 현재 일부 중국(Cnano) 및 한국 업체(제이오 등)들이 관련 시장에 뛰어들고는 있으나 중국 업체의 속도가 좀 더 빠른 상황입니다.

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● CNT 제조 과정 및 분산제

현재 MWCNT의 경우 단일 생산라인에서 연 수천톤 규모로 양산 가능한 수준까지 올라왔음.
LG화학이 단일 생산라인으로는 세계최대 생산량을 가지고 있음.

MWCNT를 모아서 1m㎡의 단면적을 가지는 와이어를 제작했다고 가정하면 이 와이어는 6.4톤에 해당하는 물체를 들어올릴 수 있을 정도의 강한 기계적 강도를 지닐 수 있음.

CNT는 높은 전도성으로 인해 기존 전도체인 Carbon Black을 대체해 나가고 있음.

그래핀은 2차원적 구조를 지니고 있지만, CNT는 그래핀이 말려 있는 3차원적 구조를 지니고 있음.
직경이 수-수십 나노미터에 이르며 형상이 튜브와 비슷하다고 해서 CNT라고 불림.
즉, CNT는 그래핀이 모양만 변형된 상태이기 때문에 전기전도도가 그래핀과 매우 유사한 특성을 지님.

CNT는 합성 조건에 따라, SWCNT와 MWCNT, 직경(1 – 100nm)과 길이(1 – 수십 마이크론)등이 다양하게 합성될 수 있음.


○ CNT 제조방법

MWCNT의 가장 잘 알려진 생산 방법은 유동층 반응기에 촉매와 에탄 혹은 메탄가스를 주입하여 반응시킴.

촉매 입자를 반응기에 투입한 후 온도를 700도까지 상승시킨 이후 질소와 수소의 혼합가스를 주입하여 촉매입자를 반응기에서 움직이게 하고 동시에 탄소의 원료인 에탄이나 메탄 가스를 주입함.

CNT를 제조하기 위해서는 촉매입자 위에서 메탄/에탄 가스가 분해되어야 하는데 이러한 반응은 고온에서 만 일어날 수 있음.

고온으로 가열된 촉매 입자가 반응기 내부에서 주입되는 가스(질소, 수소 혼합가스)에 의해 부양되어진 상태에서 탄소원자의 소스가 되는 메탄가스가 주입됨.
메탄가스(CH4)는 촉매 표면과 접촉하면 고온에서의 촉매작용에 의하여 탄소와 수소의 결합이 깨지면서 탄소원자 하나와 수소원자 4개로 분리되며, 수소원자들은 서로 결합하여 수소가스로 변환되어 반응기로부터 빠져나가게 됨.

다량의 메탄가스가 촉매 표면에서 이런 과정을 반복하게 되면 촉매표면에 다수의 탄소원자가 존재하게 되고, 원자상태의 탄소는 탄소원자들끼리 결합을 시도하게 됨.

촉매 표면에 산재된 탄소원자들은 주어진 조건에서 가장 안정된 형태로 성장하게 되는데 이때 탄소원자들은 튜브의 구조를 택하게 됨. (CNT)

이때 CNT의 성장재료인 메탄가스의 투입량과 시기를 조절하면서 CNT의 양과 길이, 직경 등을 조절할 수 있음.

이때 생성된 CNT들은 얽힌 실타래와 같은 형상을 가지게 되며 CNT를 2차전지 첨가제로 사용하기 위해서는 얽힌 실타래를 풀어줘야 하며, 용매에 균일하게 분포시킬 수 있게 분산시켜줘야 함.

개별 CNT와 CNT사이에 상호작용이 강하게 나타나기 때문에 엉켜져 있는 CNT다발을 기계적으로 서로 띄어 놓더라도 시간이 지나면 다시 뭉치게 됨.

뭉쳐있는 CNT들을 밀링머신이라는 장비에 투입시켜 물리적 힘을 가함으로써 CNT간의 상호작용을 약화시킴.
이렇게 분리된 CNT들을 다시 엉키지 않게 표면처리를 해주는데, 이때 표면처리용으로 사용되는 물질은 한쪽은 CNT와의 상호작용이 큰 화학적 구조를 지니고 있으며, 다른 한쪽은 용매와의 상호작용이 크게 만들어져 있음.
이런 성질을 지닌 물질로 CNT를 코팅하게 되면 CNT들이 장시간 얽히는 현상을 억제할 수 있음.

이런 성질을 지닌 물질들을 통상 분산제라고 함.

CNT의 경우 주로 고분자 형태로 된 분산제를 사용

이렇게 제조된 CNT 분산용액은 2차전지 양극재와 음극재에 혼합되어 사용되면, 기존의 탄소 도전재(Carbon Black)에 비해 소량만 사용하더라도 전기전도도를 높여주는 특성을 지닐 수 있음.

MWCNT의 생산과 분산방법은 현재 상당한 기술적 성숙이 이뤄져 있으며, 한국, 일본, 중국에서 대부분의 생산이 이뤄지고 있음.
MWCNT 관련 업체 : LG화학, 제이오, 금호, CNano(중국) 등

SWCNT의 경우 OCSiAL이라는 러시아 업체에 의해서 독점되고 있음. (글로벌 생산량의 90%)
최근 중국 CNano가 SWCNT의 본격적 양산 진입을 선언하였음.

https://www.youtube.com/watch?v=8EFk3pjaWzw