– 주목할 만한 네덜란드 배터리 기술 기업
– 전기 자동차 시장
네덜란드는 유럽에서 전기차를 적극적으로 도입한 국가 중 하나이다. 자동차 시장 규모로는 EU 내 7위를 차지하고 있으며 최근 10년간 연간 신차 판매량은 평균 45만 대 내외를 유지했다. 한편, 네덜란드 자동차 산업은 GDP에서 차지하는 비중이 1% 미만으로 경제성장 기여도가 높은 것은 아니다. 주요 자동차 제조사로는 BMW(독일)와 제3자 계약을 체결한 VDL Nedcar이 유일하다. 또한, 틸부르흐(Tilburg) 지역에서 운영 중이던 테슬라(Tesla) 공장은 지난 2021년 여름 폐쇄됐으며 현재는 Tesla Energy를 위해 사용되고 있다.
네덜란드의 신차 시장은 성숙기 또는 포화 단계에 접어들었다. 2017-2018년 회복기를 거쳐 2019년에 안정을 되찾았으나 코로나19 팬데믹으로 인한 심각한 경제적 타격으로 2020년 신차 등록 대수는19.8% 감소했다. 2020년 신규등록 승용차 판매량은 35만 7996대로 1980년대 이후 최저 수준이며 상용차 판매량은 전년대비 22.2% 감소한 7만 2160대로 5년 만에 최저치를 기록했다.
반면, 전기자동차 시장에서는 2020년 순수전기차(BEV) 및 플러그인 하이브리드 전기차(PHEV) 판매량이 눈에 띄게 성장했다. 이는 소비자가 전기차를 비교적 쉽게 구매할 수 있도록 하는 구매 보조금 정책의 영향이기도 하다.
2020년 7월 1일부터 신차 및 중고차 여부에 상관없이 순수전기차(BEV)를 구매하는 모든 소비자는 구매 보조금을 신청할 수 있게 되었다. 또한, 보조금 제도는 전기차 개인 대여(리스)에 대한 내용도 포함하고 있다. 즉, 해당 보조금 제도는 개인 소비자의 전기차 구매 및 대여(리스) 활성화를 목적으로 고안되었으며 신차 구매 시 4000유로, 중고차 구매 시 2000유로의 보조금을 지급하고 있다. 2022년 신차 구매 보조금은 당초 3700유로로 알려졌으나 3350유로로 인하됐으며 중고차 구매 보조금은 2000유로로 유지될 예정이다. 2023년, 2024년 신차 구매 보조금은 각 2950유로, 2550유로로 점차 감소될 예정이며, 2025년에는 전기차에 대한 모든 보조금이 종료된다.
<네덜란드 전기차 판매 TOP10>
[자료: rvo.nl]
네덜란드 리튬 이온 배터리 시장
유럽에서는 주로 독일과 프랑스의 자동차 산업을 위해 리튬 이온 기술에 초점을 맞춘 10개의 기가 팩토리(Giga-factories, 전기차용 배터리를 만드는 대형 공장)를 계획하고 있다. 유럽배터리연합(European Battery Alliance)은 유럽 내에서 배터리를 생산할 수 있도록 ‘배터리 내제화’를 위한 행동 의제(Action Agenda)를 발표했다.
향후 몇 년 내 리튬 이온 배터리를 위한 생산시설은 공급 과잉일 것으로 전망된다. 그러나 2030년 이전에는 전력 시설망의 전기차 및 저장장치 사용이 폭발적 증가하면서 공급이 부족할 것으로 예상된다. 이러한 양상은 충전식 배터리의 가격 상승과 수급 불안정에 영향을 미치고, 배출 감소 및 에너지 전환 계획에도 영향을 미칠 것이다.
네덜란드에서는 엄격한 정부 규제와 연료 연소 엔진의 단계적 폐지 계획에 따라 리튬 이온 배터리 사용이 눈에 띄게 증가할 것으로 전망된다. 먼저, 국가 차원에서 환경 악화를 적극적으로 관리하고 2025년부터는 휘발유 및 디젤 연료 차량 판매를 전면 금지할 계획이다. 이는 전기차 생산 대수를 10배로 증가시켜 결과적으로 리튬 이온 배터리 시장에 긍정적 효과로 작용할 것으로 보인다. 아울러 풍력 에너지는 국가 철도 시스템의 에너지원으로서 상당한 양의 리튬 이온 배터리를 필요로 한다.
<배터리 시스템 구성>
[자료: fic.com.tw]
리튬 이온 배터리 시장은 전기차 보급 확대, 산업 전력 분야 및 지속 가능 연료에 대한 수요 증가로 빠른 속도로 성장 중이다. 특히 전기차 및 재생 에너지 저장 시스템과 같은 신흥 시장이 리튬 이온 배터리 시장의 성장을 주도하고 있다. 네덜란드를 포함한 중국, 독일 등 국가에서는 고도의 배터리 기술 개발을 지원하기 위해 다양한 계획을 추진하고 엄격한 규제를 시행하고 있다. 네덜란드의 리튬 이온 배터리 시장 규모는 2020년 27억7000만 달러를 기록했으며, 2021년부터 2030년까지 연평균 10.9% 상승하여 2030년에는 74억 2000만 달러에 이를 것으로 보인다.
<글로벌 리튬 이온 배터리 시장>
[자료: mnmks.com]
<국가별 리튬 이온 배터리 시장 규모(2017-2020년)>
(단위: 백만 달러)
[자료: mnmks.com]
<국가별 리튬 이온 배터리 시장 규모 및 전망(2021-2030년)>
(단위: 백만 달러)
[자료: mnmks.com]
네덜란드 배터리 산업 현황
전기차, 전기 자전거, 전동 트럭 및 선박 등 미래형 모빌리티 수가 급격히 증가함에 따라 충전식 배터리 및 충전 인프라, 폐배터리 솔루션에 대한 필요성이 증가하고 있다. 충전식 배터리는 지속가능 에너지의 수요와 공급 균형을 맞춰주어 전력 네트워크에서도 점차 중요도가 높아지고 있다. 이에 인프라 및 수자원 관리부, 경제 및 기후부에서는 에너지 전환, 지속가능한 이동 수단, 순환 경제, 첨단 제조업, 무역 등 다양한 분야에 대한 분석과 정책 입안이 진행하고 있다.
네덜란드 배터리 산업의 가치 사슬(Value Chain)은 길고 복잡할 뿐만 아니라 자체적으로 원자재 채굴 및 배터리 생산을 하고 있지 않아 타 국가에 대한 의존도가 높다. 가치 사슬의 전반부인 원재료 및 배터리 셀(cell) 생산은 주로 아시아 국가들이 맡고 있으며 후반부인 배터리 재사용 및 재활용은 아직 연구개발 단계에 있다.
반면 네덜란드는 자동차 부품, 대체 재료 및 배터리 콘셉트, 배터리 관리 시스템, 배터리 재사용 및 재활용에서는 두각을 나타내고 있어 이와 관련된 새로운 직업들이 수천 개에서 수만 개까지 생겨날 것으로 전망된다.
하지만, 배터리 원자재 부족으로 인해 향후 배터리 재사용이 더욱 중요한 이슈가 되고 있다. 이에 따라 설계 단계에서는 순환 설계, 스마트 유지보수 및 수리 옵션에 대한 주의를 필요로 하며, 실사용 및 폐기 단계에서는 배터리 상태를 확인하는 것이 중요하다.
네덜란드에는 배터리 셀을 교체하거나 배터리 관리 시스템을 업그레이드해 고장난 배터리를 새롭게 탈바꿈하는 업체들이 많이 있다. 대표적으로는 Time Shift Energy Storage, Scholt Energy, VDL, Alfen, Peter Ursem이 있다. 또한 Spiers New Technologies (SNT)는 2019년 11월부터 배터리 재사용 서비스를 제공해오고 있다. 이곳에서는 2019년에만 네덜란드를 비롯한 18개 인접 국가에서 총 1,000~1,500개의 드라이브 배터리를 받았다.
또한, 2025년까지는 리튬 이온 배터리에 점점 더 많은 환원전극이 사용됨에 따라 코발트 원자재에 대한 의존도가 줄어들 것으로 전망된다. 향후 다른 개발물(예: 산화전극 기술을 위한 실리콘 흑연의 가용성)과 결합 시 에너지 밀도 증가 및 비용 감소로 이어질 것이다. 아울러, 네덜란드에서는 대체 배터리 소재(철 및 구리 불화물, 실리콘)와 재활용 소재로 구성된 배터리 개발을 위해 다양한 계획이 추진되고 있다.
TNO, 델프트·아인트호벨·트벤테 공과대학에서는 ① 희소 원자재 사용 최소화를 위한 나노 코팅, ② 폭넓은 활용성을 지닌 대체 소재에 대한 연구가 진행되고 있다. 또한, 수많은 스타트업 및 Spiers와 같은 새로운 기업에서는 배터리 재활용을 위해 버려진 충전식 배터리에서 희소 원자재를 회수하는데 힘쓰고 있다.
주목할 만한 네덜란드 배터리 기업
네덜란드는 비록 배터리 제조 측면에서는 큰 두각을 나타내지 못하고 있지만 틈새 시장을 겨냥해 배터리 모듈을 조립하는 기업들(Cleantron, SuperB, Eleo)이 있다. VDL Nedcar는 BMW 사업 관련 손실을 보전하기 위해 자동차 배터리 팩 조립을 고려하고 있으나 네덜란드에는 배터리 셀 및 전체 배터리 제조 공정을 담당하는 업체가 없는 실정이다.
하지만 아래에 소개할 7개의 네덜란드 기업은 시장에 선보일 혁신적인 배터리 기술을 보유하고 있다. 해당 기업들이 타깃하고 있는 적용처는 소재, 부품에서부터 본격적인 배터리 및 제조 장비에 이르기까지 매우 다양하다.
1) Battolyser
Battolyser는 델프트공과대학(TU Delft)에서 분사한 기업으로 이곳에서 개발한 배터리 분해기(Battolyser)는 여느 배터리처럼 전기를 저장할 수 있지만 완전히 충전 시 물을 수소와 산소로 분해해주는 기능을 갖고 있다. 일반 배터리와 전해조의 간단한 조합으로도 동일한 작업을 수행할 수 있지만, 이 분해기는 실제로 중요한 상황에서 저비용으로 더 나은 성능을 낸다는 장점을 지닌다. 또한 기존 전해조는 쉽게 켜고 끌 수 없는 반면, Battolyser의 배터리 분해기는 수소 생산 모드와 배터리 방전 모드 간에 재빠르게 전환할 수 있다.
2) Delft IMP
Delft IMP는 배터리 분말 코팅 공정을 개발했다. 환원전극 및 산화전극의 재료를 코팅하면 내구성이 향상돼 배터리 수명이 연장되는 장점이 있다. 또한, 에너지 밀도 및 배터리 안정성이 높아지며 성능 손실없이 더 저렴한 원자재를 사용할 수 있게 된다.
한편, Delf IMP는 분말 입자에 원하는 두께의 ‘나노쉘(Nanoshell)’을 입힐 수 있는 원자층 증착(ALD) 공정을 적용했다. 관형 반응기를 통과하는 동안 입자는 표면과 반응하는 기체 전구체와 접촉한다. 이에 따라 코팅은 원자 층별로 형성되며 반응기 튜브의 직경과 길이에 따라 두께는 달라진다.
3) Elestor
Elestor의 미션은 킬로와트(kWh)당 최저 비용으로 저장 시스템을 구축하는 것이다. Elestor는 몇십년 전 NASA에서 개발한 기술을 기반으로 레독스 플로우 배터리 기술(Redox Flow Batter)을 개발했다. 이 배터리는 전자를 화합물에 저장하는데 이 화합물은 전자(전기)가 과잉인지 여부를 파악하는 역할을 한다. 전자는 일반적으로 동일한 화학반응을 통해 필요할 때 역방향으로 방출된다. Elestor의 플로우 배터리(Flow Battery)는 충전 시 브롬화수소를 수소와 브롬으로 분해한다. 이러한 활성 물질은 구하기 쉽고 저렴하며 에너지 및 전력 밀도를 높여주는 강점을 지닌다.
4) E-Magy
E-Magy는 리튬 이온 배터리의 산화전극에 중점을 두고 있다. 산화전극 제조 시 에너지 밀도 면에서는 실리콘 소재의 우수성이 널리 알려졌으나 일반적으로는 흑연이 주로 사용돼 왔다. 그 이유는 실리콘을 사용하면 리튬 이온을 반복적으로 흡수, 방출하는 과정에서 기계적 응력을 다루는 것이 어렵기 때문이다.
하지만 E-magy의 모기업 RGS Development에서는 강한 압력에도(entertaining guests?) 균열이 발생하지 않는 나노 스폰지(Nanosponge) 실리콘 주조 공정을 만들었다. 나노 스폰지는 기존 흑연 소재 대비 40% 높은 에너지 밀도를 만들어 충전 시간을 단축시키고 생산 비용까지 줄여주는 강점을 지닌다.
E-Magy는 전기차 시장에 초점을 두고 현재 1개의 생산 시설을 운영 중이며 앞으로 생산 시설을 더 확장해 나갈 준비를 하고 있다. 또한, 연간 최대 50만 대의 전기차에 공급할 수 있는 3,000톤의 나노다공성 실리콘을 대량생산하는 것을 목표로 하고 있다.
5) Leydenjar
E-magy기업과 유사한 방향으로 Leydenjar 역시 리튬 이온 배터리용 실리콘 산화전극 사업에 역점을 두고 있다. 다만, E-magy는 소재가 아닌 제조 장비를 판매한다는 차이점이 있다. Leydenjar의 핵심 기술은 본래 우수한 성능의 태양 전지를 만들려고 한 PV(Photonvolatics) 연구기관 ECN에 의해 개발되었다. 하지만, 플라즈마 강화 화학기상증착(PECVD) 공정에 따라 제조된 나노 텍스처 실리콘은 태양 전지 대신 미세한 산화전극을 보다 잘 만들어내는 것으로 밝혀졌다. Leydenjar는 이 실리콘 산화전극이 흑연을 사용한 것보다 에너지 밀도가 70%까지 증가했다고 주장한다.
이 기업은 처음에는 산화전극 제조 공정과 관련한 실제적 장점과 상업화 가능성을 입증하는데 많은 시간을 할애했다. 또한, 아인트호벤(Eindhoven) 지역에 시범 생산 라인을 구축하여 고객들이 직접 샘플 주문을 통해 기술을 테스트해볼 수 있도록 했다. 마지막 단계는 생산에 최적화된 롤투롤(Roll-to-Roll, 플라스틱 및 금속 호일 위에서 전자 기기를 제조하는 방식) 증착 장비를 개발하는 것이다.
6) Lionvolt
Lionvolt 기업은 단순한 배터리 셀이 아닌 네덜란드 최초의 배터리 셀 제조사가 되는 것이 목표이다. 이 기업은 Holst Center(기술 단지)에서 분사한 곳으로, 3D 고체 상태의 박막 리튬 이온 배터리 컨셉을 성공적으로 입증했다. 이 콘셉트는 마이크로필러의 배열로 덮인 포일로 구성돼 있으며, 마이크로필러의 각 층은 배터리 소재로 코팅이 되어 있다. 또한, 리튬 저장 전극은 전해질을 감싸고 있는 형태이다. 간단히 보면, 각 기둥은 작은 배터리로도 볼 수 있다.
이 설계는 ① 리튬 이온이 상대적으로 짧은 거리를 이동하므로 충전 및 방전 시간이 보다 빠르며, ② 액체 전해질이 필요하지 않아 수명이 길고 화재 및 폭발 위험이 낮고 ③ 설계상 무게가 가볍다는 장점을 지닌다. 이러한 이점을 활용해 Lionvolt는 단기적으로는 웨어러블 시장을 목표로 하고 있으며, 장기적으로는 자동차 및 기타 시장 진출을 위해 더 큰 규모의 3D고체 리튬 이온 배터리를 개발할 계획이다.
<호일 위의 Lionvolt사 3D 고체 리튬 이온 배터리>
[자료: bits-chips.nl]
7) SALD
SALD는 아인트호벤(Eindhoven)에 기반을 두고 있으며, 앞서 언급된 Delft IMP와 사업 방향이 유사하다. 두 기업 모두 다양한 적용처를 위해 ALD 생산 장비를 개발하고 있다. 현재의 리튬 이온 배터리 제조 시 양 사의 장비는 전극 재료에 보호 코팅을 입히기 위해 사용되지만 공정에는 차이가 있다.
SALD의 핵심 기술은 공간 ALD(Spatial ALD)로 불리는, 고속처리 생산이 가능한 또다른 종류의 ALD이다. 이것은 움직이는 기판이 다른 전구체 가스 구역을 지나도록 해서 결과적으로 나노층을 단계별로 형성한다. Delf IMP와 달리 SALD는 분말 전극 물질을 기판에 증착한 후 코팅을 적용하는데 이는 입자 표면이 완전히 덮이지 않는다는 것을 뜻한다. 즉, 입자가 닿는 곳에서는 코팅이 성장할 수 으며SALD에 따르면 해당 원리는 전자가 전극을 통해 쉽게 이동할 수 있게 돕는다.
이어지는 글에서는 네덜란드 배터리 시장의 추가 동향, 관련 정책과 규제, 연구개발 동향을 살펴볼 예정이다.
자료: rvo.nl, fic.com.tw, mnmks.com, bits-chips.nl, Whitepaper of government, ig.com, oostnl.nl, brainporteindhoven.com, fortadvocaten.nl, innovationorigins.com, groenezaken.com, wetten.overheid.nl, bd.nl, ad.nl, klimaatakkoord.nl, batterycompetencecenter.nl, ec.europa.eu 등 KOTRA 암스테르담 무역관 자료 종합