추상적인:본 논문에서는 우리나라의 니들 코크스 생산 및 소비 현황을 분석하고, 흑연 전극 및 음극재 산업에서의 응용 전망을 살펴본다. 또한, 원료 부족, 낮은 품질, 긴 생산주기, 과잉 생산 등의 니들 코크스 개발 과제를 연구하고, 제품 세분화, 응용, 성능 측정, 연관 연구 등을 통해 고급 시장 개발을 도모한다.
원료에 따라 니들 코크스는 오일 니들 코크스와 석탄 니들 코크스로 나눌 수 있다. 오일 니들 코크스는 주로 FCC 슬러리를 정제, 수소탈황, 지연 코크스화 및 소성 과정을 거쳐 제조된다. 제조 공정은 비교적 복잡하고 높은 기술력을 요구한다. 니들 코크스는 고탄소, 저유황, 저질소, 저회분 등의 특성을 가지며, 흑연화 후 우수한 전기화학적 및 기계적 특성을 나타낸다. 이는 흑연화가 용이한 이방성 고급 탄소 소재의 일종이다.
니들 코크스는 주로 초고출력 흑연 전극 및 리튬 이온 배터리 음극재에 사용됩니다. '탄소 정점' 및 '탄소 중립'이라는 전략적 목표를 달성하기 위해 각국은 철강 및 자동차 산업의 구조 조정 및 고도화를 지속적으로 추진하고 있으며, 에너지 절약형 저탄소 친환경 기술의 적용을 장려하고 있습니다. 또한, 전기로 제강 및 신에너지 자동차의 급속한 발전을 촉진함에 따라 원료 니들 코크스에 대한 수요도 빠르게 증가하고 있습니다. 향후 니들 코크스 하류 산업은 높은 성장세를 보일 것으로 예상됩니다. 본 논문에서는 흑연 전극 및 음극재 분야에서 니들 코크스의 활용 현황과 전망을 분석하고, 니들 코크스 산업의 건전한 발전을 위한 과제와 대응 방안을 제시합니다.
1. 니들 코크스의 생산 및 흐름 방향 분석
1.1 니들 코크스 생산
니들 코크스 생산은 주로 중국, 미국, 영국, 한국, 일본 등 몇몇 국가에 집중되어 있습니다. 2011년 전 세계 니들 코크스 생산 능력은 약 1,200kt/a였으며, 그중 중국의 생산 능력은 250kt/a였고, 중국 내 니들 코크스 제조업체는 단 4곳에 불과했습니다. 신펀정보(Sinfern Information)의 통계에 따르면, 2021년에는 전 세계 니들 코크스 생산 능력이 약 3,250kt/a로 증가할 것으로 예상되며, 중국의 생산 능력은 약 2,240kt/a로 증가하여 전 세계 생산 능력의 68.9%를 차지하고, 중국 내 니들 코크스 제조업체 수도 21곳으로 늘어날 것으로 전망됩니다.
표 1은 전 세계 10대 니들 코크스 제조업체의 생산 능력을 보여주는데, 총 생산 능력은 연간 2,130kt로 전 세계 생산 능력의 65.5%를 차지합니다. 전 세계 니들 코크스 기업의 생산 능력 관점에서 볼 때, 석유 계열 니들 코크스 제조업체는 일반적으로 비교적 규모가 크며, 단일 공장의 평균 생산 능력은 연간 100~200kt에 달하는 반면, 석탄 계열 니들 코크스 생산 능력은 연간 약 50kt에 불과합니다.
향후 몇 년 동안 전 세계 니들 코크스 생산 능력은 계속 증가할 것으로 예상되지만, 주로 중국에서 증가할 것입니다. 중국의 계획 및 건설 중인 니들 코크스 생산 능력은 약 430kT/a에 달해 과잉 생산 상황이 더욱 심화되고 있습니다. 중국 이외 지역의 니들 코크스 생산 능력은 대체로 안정적인 수준을 유지하고 있으며, 러시아의 OMSK 정유공장은 2021년에 38kt/a 규모의 니들 코크스 생산 설비를 건설할 계획입니다.
그림 1은 최근 5년간 중국의 니들 코크스 생산량을 보여줍니다. 그림 1에서 볼 수 있듯이, 중국의 니들 코크스 생산량은 지난 5년간 연평균 45%의 복합 성장률을 기록하며 폭발적인 성장을 보였습니다. 2020년 중국의 니들 코크스 총 생산량은 517kT에 달했으며, 이 중 석탄계는 176kT, 석유계는 341kT였습니다.
1.2 니들 코크스 수입
그림 2는 최근 5년간 중국의 니들 코크스 수입 현황을 보여줍니다. 그림 2에서 볼 수 있듯이, 코로나19 발생 이전 중국의 니들 코크스 수입량은 크게 증가하여 2019년에는 270kT에 달해 사상 최고치를 기록했습니다. 2020년에는 수입 니들 코크스 가격 상승, 경쟁력 저하, 항만 재고량 증가, 그리고 유럽과 미국의 지속적인 전염병 발생이라는 악재가 겹쳐 중국의 니들 코크스 수입량은 132kt에 그쳐 전년 동기 대비 51% 감소했습니다. 통계에 따르면, 2020년 수입 니들 코크스 중 석유 니들 코크스는 27.5kT로 전년 동기 대비 82.93% 감소했습니다. 석탄 코크스 생산량은 104.1kt로 전년 대비 18.26% 증가했습니다. 주요 원인은 일본과 한국의 해상 운송이 코로나19의 영향을 덜 받았고, 두 번째로 일본과 한국산 일부 제품의 가격이 중국 내 유사 제품보다 낮아 하류 주문량이 많았기 때문입니다.
1.3 니들 코크의 적용 방향
니들 코크스는 고급 탄소 소재의 일종으로, 주로 초고출력 흑연 전극 및 인공 흑연 음극 소재 생산의 원료로 사용됩니다. 가장 중요한 최종 응용 분야는 전기로 제강 및 신에너지 자동차용 전력 배터리입니다.
그림 3은 최근 5년간 중국의 니들 코크스 사용 추세를 보여줍니다. 흑연 전극이 가장 큰 사용 분야이며 수요 증가율은 비교적 정체기에 접어든 반면, 음극 재료는 지속적으로 빠르게 성장하고 있습니다. 2020년 중국의 니들 코크스 총 소비량(재고 소비량 포함)은 740kT였으며, 이 중 340kT가 음극 재료에, 400kT가 흑연 전극에 사용되어 음극 재료 소비량의 45%를 차지했습니다.
2.1 전기로(eAF) 제강 기술 개발
중국에서 철강 산업은 주요 탄소 배출원입니다. 철강 생산 방식에는 크게 고로와 전기로 두 가지가 있습니다. 이 중 전기로 제강 방식은 탄소 배출량을 60%까지 줄일 수 있고, 폐강 자원의 재활용을 실현하며 철광석 수입 의존도를 낮출 수 있습니다. 철강 산업계는 2025년까지 '탄소 정점'과 '탄소 중립' 목표 달성을 선도하고자 합니다. 국가 철강 산업 정책의 지침에 따라 많은 제철소가 전로와 고로 제강 방식을 전기로 제강 방식으로 대체할 것입니다.
2020년 중국의 조강 생산량은 10억 5440만 톤이었으며, 이 중 전기로(eAF) 제강량은 약 9600만 톤으로 전체 조강 생산량의 9.1%에 불과했습니다. 이는 세계 평균 18%, 미국 67%, 유럽연합 39%, 일본 22%와 비교했을 때 크게 낮은 수치로, 성장 잠재력이 큽니다. 2020년 12월 31일 산업정보부가 발표한 "철강 산업 고품질 발전 촉진 지침" 초안에 따르면, 2025년까지 전체 조강 생산량에서 전기로 제강이 차지하는 비중을 15~20%로 늘려야 합니다. 전기로 제강 생산량 증가는 초고출력 흑연 전극에 대한 수요를 크게 증가시킬 것입니다. 국내 전기로 개발 추세는 고급화 및 대규모화 방향으로 나아가고 있으며, 이는 대형 규격 및 초고출력 흑연 전극에 대한 수요 증가를 의미합니다.
2.2 흑연 전극 생산 현황
흑연 전극은 전기로(eAF) 제강에 필수적인 소모품입니다. 그림 4는 최근 5년간 중국의 흑연 전극 생산 능력과 생산량을 보여줍니다. 흑연 전극 생산 능력은 2016년 1,050kT/a에서 2020년 2,200kt/a로 증가했으며, 연평균 복합 성장률은 15.94%에 달합니다. 이 5년은 흑연 전극 생산 능력이 급격히 증가한 시기이자 흑연 전극 산업이 빠르게 발전한 시기입니다. 2017년 이전에는 흑연 전극 산업이 에너지 소비와 오염이 심한 전통적인 제조업이었기 때문에 국내 대형 흑연 전극 기업들은 생산량을 줄이고, 중소 규모 기업들은 문을 닫을 위기에 처했으며, 심지어 국제적인 흑연 전극 대기업들조차 생산을 중단하고 재판매하거나 시장에서 철수해야 했습니다. 2017년에는 국가 행정 정책인 "바닥철근"의 강제 퇴출로 인해 중국 내 흑연 전극 가격이 급격히 상승했습니다. 초과 이익에 힘입어 흑연 전극 시장은 생산 능력 재개 및 확장의 물결을 일으켰습니다.
2019년 중국의 흑연 전극 생산량은 1,189kT로 최근 몇 년간 최고치를 경신했습니다. 2020년에는 코로나19 팬데믹으로 인한 수요 감소로 생산량이 1,020kT로 줄어들었습니다. 전반적으로 중국 흑연 전극 산업은 심각한 과잉 생산 문제를 겪고 있으며, 가동률은 2017년 70%에서 2020년 46%로 하락하여 사상 최저 수준을 기록했습니다.
2.3 흑연 전극 산업의 니들 코크스 수요 분석
전기로(eAF) 제강 기술의 발전은 초고출력 흑연 전극에 대한 수요를 견인할 것입니다. 2025년 흑연 전극 수요는 약 1300kt, 원료 니들 코크스 수요는 약 450kT에 이를 것으로 추산됩니다. 대형 및 초고출력 흑연 전극과 접합재 생산에 있어 유성 니들 코크스가 석탄계 니들 코크스보다 우수하기 때문에, 흑연 전극 수요에서 유성 니들 코크스의 비중이 더욱 증가하여 석탄계 니들 코크스의 시장 점유율을 잠식할 것으로 예상됩니다.
게시 시간: 2022년 3월 23일