/ 폭스바겐, 팀 대거 박사

지난해 여름 현대기아자동차가 서둘러 한국의 배터리 회사들과 손잡는 동안, 3년 전부터 e모빌리티 전환을 급격히 서두른 독일 OEM들은 순차적으로 그들의 전략 이행 소식을 전해왔다. e모빌리티의 확보는 단순 차량 시스템의 변화가 아니다. 자동차 산업의 지속가능성, 신재생에너지와 국가 에너지 정책, 환경정책, 교통정책, 산업 전체가 연계돼 움직이는 거대한 국가 기반 산업이다. 시작이 자동차이며, 전통적인 자동차 강자 독일에게 전기차의 핵심인 배터리 셀은 어떻게든 손쓰고 싶은 영역이다. 마치 불사의 몸을 가진 지그프리트의 보리수 나뭇잎과 같은 것이다.   

글｜한상민_han@autoelectronics.co.kr    






폭스바겐은 2020년 11월, “우리 셀 개발자들이 미래를 설계하는데 도움을 주고 있다”면서 그들의 한 배터리 셀 개발자 인터뷰를 소개했다. 
2012년부터 리튬이온 배터리 기술을 연구해온 팀 대거(Tim Dagger) 박사는 폭스바겐 그룹, 나아가 독일 자동차, 에너지 산업의 지속가능한 미래를 위한 구조조정, 내연기관에서 전기차로의 전환, 탄소중립 배출, 배터리 셀 인하우스 생산, 배터리 기술 및 시장 경쟁 촉발 등 e모빌리티 헤게모니의 상징이었다.


폭스바겐 

2018년 폭스바겐에 합류해 잘츠기터 우수성센터(Center of Excellence in Salzgitter)에서 배터리 셀을 개발하고 있는 팀 대거는 배터리 셀에 대한 우수성센터의 첫 직원 중 한 명이다. 폭스바겐 그룹의 우수성센터는 최초 설립 이후 3년이 지난 현재 직원이 300여 명 이상으로 늘었는데, 폭스바겐은 이곳에서 배터리 전문가들과 함께 셀을 시험생산하고, 혁신적인 컨셉을 개발하고 있다. 셀 서플라이어들과 손잡고 양산 프로젝트를 진행 중이다.  

이곳의 소규모 배터리 셀 양산 파일럿 라인은 2020년 9월 개통됐다. 폭스바겐은 자체 셀 개발, 생산 노하우 축적에 1억 유로(1,316억 원) 이상을 투자하면서 더 강력하고 비용 효율적이면서 지속 가능한 ‘슈퍼 셀’을 개발하고 있다. 센터의 지식을 활용해 전기차 제작은 물론 공장 전체를 e모빌리티 체제, 탄소중립화하고 있다.   

또 센터 인근에는 테슬라 출신 피터 칼슨(Peter Carlsson)이 2016년 설립한 스웨덴의 배터리 기업 노스볼트(Northvolt)와 50:50 합작해 만든 회사가 셀 양산을 준비 중이다. 16 GWh급 배터리 셀 공장이 착공돼 2023년 말, 늦어도 2024년 초 양산을 개시할 예정이다. 

폭스바겐은 잘츠기터에서만 2023년까지 우수성센터와 파일럿 라인에 300명, 노스볼트와의 배터리 셀 공장에 700명을 고용하면서 10억 유로(1조 3,160억 원) 이상을 투자할 예정이다. 

팀은 인터뷰에서 “폭스바겐이 배터리 기술에 크게 투자하고, 독일의 배터리 셀 생산에서 있어 자동차 그룹으로 선구적인 역할을 하고 있는 것이 자랑스럽다”고 말했다. 

폭스바겐은 팀 박사가 베이징의 아우디 차이나에서도 일하고 싶어 한 것처럼, 중국에서도 배터리 셀 개발에 힘쓰고 있다.
포르쉐의 경우는 스포츠카용 고성능 배터리 개발 및 생산을 위해 독일 배터리 셀 제조업체 커스텀셀즈(Custom Cells Itzehoe GmbH)와 조인트벤처인 셀포스그룹(Cellforce Group)을 설립해 튀빙엔(Tubingen)에 배터리 공장을 건설 중이다.

폭스바겐 그룹은 전기화 추진 전략 일환에서 이처럼 배터리 셀 생산, 기술 전문성 축적에 나서는 한편, 전 세계 지역에서 배터리 확보를 위해 LG화학, 삼성, SKI(유럽), CATL(중국과 유럽) 등 여러 생산자들과 전략적 관계를 맺고 있다. 유럽과 아시아에서만 2025년부터 연 300 GWh 이상의 수요를 예상하는 폭스바겐의 전기화 이정표가 속속 세워지고 있다.  

폭스바겐의 슈테판 좀머(Stefan Sommer) 박사는 “우리는 배터리 셀 개발을 전기화의 핵심 부분으로 더욱 진전시키고, 새로운 표준을 개발해 양산으로 신속하게 전환하기 위한 자체 활동을 추진하고 있다”며 “외부의 생산자들과 함께 매우 안전한 공급 기반을 마련한 것 외에도 우리는 체계적으로 더 많은 역량을 쌓고 있다”고 말했다. 




폭스바겐 살츠기터 공장과 준공식. 좌로부터 두 번째가 슈테판 좀머 박사.



BMW

플러그인 전기차는 향후 10~20년 사이 전체 파워트레인의 20%를 점유할 전망이다.
 
전기차 생태계는 대부분 완성됐다. 전기차가 자동차의 미래임이 확실하고, 2019년 내연기관에서 전기차로의 전환이 티핑포인트를 지나면서 OEM은 배터리 밸류체인 확보가 e모빌리티 전환의 핵심이기에 명확한 전략을 수립하고 실행에 들어갔다. 특히, 독일 OEM은 배터리 셀의 내재화에 열을 올렸다. 전기차에서 배터리가, 셀이 배터리 팩에서 거의 모든 비용을 차지하기 때문이다.

독일은 그동안 자체 배터리 셀 생산이 없어 OEM이 소수 공급업체에 의존했고, 그 의존도를 갈수록 키워오며 위기감이 고조됐다. 하지만 2018년을 전후로 갈팡질팡하던 OEM, 주요 티어에 대한 정부 차원의 결단이 이뤄졌다.
  
당시 독일 정부는 “우리가 자동차 생산 강국으로서 아시아로부터 배터리 셀을 구입하고, 아시아와 미국에서 자동차의 디지털 인프라를 가져온다면 계속 잘할 수 있겠는가?”라며 셀 생산자 및 원자재 공급자와의 협력 다변화, 자체 배터리 생산체제 확립으로 배터리 시장 내 지위, 경쟁력 강화, 비용 절감 및 리스크 완화를 요구했다.
 
이후 전개된 독일 OEM의 배터리 셀 공급 의존도 완화 전략은 크게 두 가지다. 하나는 인하우스 배터리 셀 생산이다. 이는 기술적 전문지식을 습득하고 대규모 투자를 할 수 있는 독일 OEM이 감당할 수 있는 옵션이다. 이와 함께 리스크 완화를 위해 밸류체인 전체를 따라 다양한 플레이어와의 협력을 확대했다. 두 번째 옵션은 지배적인 셀 공급자 외에 노스볼트와 같은 다른 공급사들을 의도적으로 시장에 진입시키고 육성해 셀 시장의 과점 구조를 약화시키는 것이다. 새로운 플레이어가 그들의 사업을 번창시키고, 더 큰 경쟁을 불러오면, 공급 및 비용에 대한 OEM의 민감도가 그만큼 낮아진다.
    
폭스바겐보다 조금 앞선 2020년 7월, BMW 그룹은 리튬이온 배터리 셀에 대해 소재부터 배터리 셀의 구성과 설계, 생산과 재활용까지 아우르는 지속가능한 소재 사이클을 만들겠다는 목표 하에 리튬이온 배터리 셀 생산을 위한 새 시범공장 설립을 발표했다. 뮌헨 인근 파스도르프(Parsdorf)에 들어설 이 공장은 2022년 말 가동될 예정이다. 총 사업 규모는 1억 1,000만 유로에 달한다. 또한 BMW 그룹은 1억 유로를 투자해 라이프치히(Leipzig)에 2021년 중반부터 고성능 배터리 모듈 조립공장을 가동할 예정이다. 배터리 셀의 성능을 높이고 대규모 제조 가능성을 입증하겠다는 것이다. 새로운 시스템 기술과 혁신적인 생산 과정 등 배터리 셀 생산에 대한, 셀 품질, 성능, 비용 관점에서 BMW의 전문성 강화를 목표했다. 배터리 셀의 개발, 모듈 및 파워트레인 컴포넌트의 생산, 차량 공장에서 완전히 조립된 고전압 배터리의 설치까지 밸류체인의 최종 격차를 줄이겠다는 것이다.
 
BMW는 2019년 2억 유로(2,640억 원)를 투자한 배터리 셀 컨피턴스 센터(Battery Cell Competence Center)를 건립했고 새로운 파일럿 공장으로부터 노하우를 쌓아 최단 시간 내에 최적의 배터리 셀 기술을 완성하고 배터리 셀 공급업체가 그들의 사양에 맞게 생산할 수 있도록 할 방침이다. 
당시 올리버 집세(Oliver Zipse) 사장은 “셀 기술은 우리 전기차의 중요 성공 요인이다. 작동 성능과 배터리 비용 모두에 영향을 주기 때문이다. 밸류체인 전반에 걸친 탁월한 전문지식 덕분에 우리는 항상 최첨단 기술을 사용할 수 있으며 우리가 조달하고자 하는 정확한 형식뿐만 아니라 관련된 재료와 조건도 명시할 수 있다”고 말했다. 

사실, BMW의 셀 연구 기간은 10년 이상이다. 그들은 배터리 셀을 분석해오며 그들이 기존 셀 제조업체와 거의 동등한 수준의 지식을 갖고 있다고 자부하면서, 배터리 셀 프로토타입 제작을 통해 셀의 밸류체인 프로세스를 완전하게 분석하고 이해하길 원했다. 이를 통해 그들의 셀 공급자들과 같은 수준에서 일하고 그들에게 기술, 생산 기준을 제시할 수 있길 원했다.

파일럿 공장의 주요 목표 중 하나는 BMW의 전기차가 기후변화 대응에 효과적으로 기여하기 위해 모든 차량 컴포넌트들이 탄소중립 체제 확립에 기여하고, 파트너들도 이에 참여토록 하는 것이다. 특히, 배터리 셀이 에너지 집약적인 생산품으로 배터리 전기차의 CO2 배출량에서 최대 40%를 발생시키기 때문이다. BMW는 이같은 배터리 셀을 위해 폭스바겐처럼 노스볼트, 벨기에의 글로벌 배터리 소재 및 리사이클링 업체 유미코아(Umicore)와 컨소시엄 일환으로 협력 중이다. 

노스볼트는 2024년부터 스웨덴에서 건설 중인 기가팩토리에서 풍력, 수력 발전만으로 배터리 셀을 생산할 것이고 유미코어는 지속가능한 배터리 셀 개발에 기여할 것이다. 

BMW는 “우리가 셀을 직접 양산하느냐는 셀 공급시장 발전에 크게 기여할 것이다. 다양한 공급자의 글로벌 경쟁이 있는 한 심각한 의존은 없을 것”이라고 말했다.




BMW는 2019년 2억 유로(2,640억 원)를 투자한 배터리 셀 컨피턴스 센터를 건립했고 새로운 파일럿 공장으로부터 노하우를 쌓아 최단 시간 내에 최적의 배터리 셀 기술을 완성하고 배터리 셀 공급업체가 그들의 사양에 맞게 생산할 수 있도록 할 방침이다.



다임러 

폭스바겐, BMW의 이같은 노력은 탄소중립으로 가는 길목에서 독일 자동차 산업의 경쟁력을 보호하고, 탄소 배출량을 줄이기 위한 핵심 노력이다. 다임러도 마찬가지다. 하지만 다임러의 접근은 조금 다르다.
 
다임러는 카멘츠(Kamenz)에 위치한 자회사 도이치 어큐모티브를 통해 2019년부터 승용, 상용, EQ 모델을 위한 배터리 모듈 조립공장을 가동 중에 있고, 슈투트가르트 본사 인근 브륄(Bruehl), 헤델핑엔(Hedelfingen)에 새 배터리 공장 설립을 계획 중이다. 자체 셀 개발 계획은 없다. 모듈 조립에 집중하고 있다. 

사실, 다임러는 2015년까지 카멘츠에서 배터리 셀 공장을 운영했었다. 당시 계획은 다른 독일 카 메이커를 파트너로 하는 것이었다. 다임러는 그들이 함께한다면, 셀 사업 수익성을 높일 만큼 충분한 규모의 생산이 가능할 것이라고 믿었지만 잘되지 않았다. ‘적과의 동침’보다도 독일 브랜드들의 전기차 포트폴리오가 거의 제로였다는 것이 문제였다. 프랑스의 르노, 미국의 테슬라, 한국의 현대가 판매량을 올리는 동안 그들은 소극적이었다. 당시 하랄트 크뢰거(Harald Kroeger)는 “우리는 카 메이커가 셀 자체를 생산하지 않아도 된다는 결론을 내렸다”고 말했다. 

지금도 카멘츠 공장은 메르세데스 벤츠 e모빌리티의 핵심이다. 다만, 글로벌 모듈의 중심으로서 줄곧 메르세데스 벤츠의 승용, 상용차용 배터리를 생산 중이고 탄소중립성을 높이고 있다. 제2공장 역시 2018년부터 가동을 시작해 물량을 늘리고 있다. 

셀에 대한 다임러의 생각은 아직까지는 변하지 않고 있다. BMW, 폭스바겐이 그렇게 하는 동안에도 왜 다임러는 인하우스 셀 생산에 관여하지 않는 것일까? 그들은 적은 이윤 때문이라고 말한다. 셀은 재료비만 해도 배터리 전체 가격의 70%를 차지한다. 그리고 이미 셀에 대한 좋지 않은 경험을 했다. 그러는 동안 수많은 아시아 기업들이 수년간 원자재 공급업체의 대량 구매자였고, 다임러는 이들이 카 메이커의 장기적인 협력 벤처들과 함께 의지할 수 있는 전문 셀 생산업체로 성장했다고 판단했다. 

다임러는 전 세계 시장에서 배터리 셀을 구매한다. 서로 다른 공급업체들과 긴밀히 협력하면서 이미 200억 유로(26조 4,000억 원)에 달하는 물량을 구입했다. 이와 함께 공급업체 선정에서 장기목표인 탄소중립과 비용경쟁력에 초점을 맞춰 몇 년 전 새롭게 중국의 배터리 셀 제조업체 파라시스 에너지(Farasis Energy)와 손잡았다. 메르세데스 벤츠는 지분 인수를 포함한 광범위한 전략적 파트너십을 통해 비용경쟁력에 대한 야심 찬 목표와 고도의 셀 기술 개발 및 산업화를 추진키로 했다. 이 제휴는 신재생에너지에서 나오는 전기로 생산되는 배터리 셀 생산은 물론 공급망에서의 재활용, 인권 이슈를 포함한다. 기본적으로 다임러의 셀 공급계약의 전제조건은 공급망 전체 공개에 대한 동의가 포함된다.

다임러는 셀을 직접 생산하지는 않지만 셀을 포함한 전과정에 관여한다. 다임러의 배터리 셀 연구책임 안드레아스 힌테나흐(Andreas Hintennach) 박사는 “우리는 배터리의 기초연구에서 생산 성숙 단계에 이르는 모든 과정에 개입하고 있다. 리튬이온 배터리 시스템의 지속적인 최적화, 세계시장에서 통하는 배터리 셀의 추가 개발, 차세대 배터리 시스템에 대한 연구를 진행 중”이라고 말했다.  

모든 국가가 마찬가지지만, 독일의 e모빌리티 확보는 단순한 차량 시스템 변화가 아니다. 자동차 산업의 지속가능성, 신재생에너지와 국가 에너지 정책, 국가 환경정책, 국가 교통정책,  산업 전체가 연계돼 움직이는 거대한 국가 기반 산업이다. 그 시작이 자동차이며, 전통적인 자동차 강자 독일에게 전기차의 핵심인 배터리는 어떻게든 손쓰고 싶은 영역이다. 마치 배터리 셀은 불사의 몸을 가진 지그프리트의 나뭇잎 자국과 같은 것이다.



다임러의 마커스 쉐퍼(Markus Schafer) 박사와 파라시스 에너지의 유왕 CEO.  
어큐모티브의 카멘츠 공장. 생산과 물류 면적이 총 80,000 ㎡에 이른다. Industry 4.0 기술을 이용한 공장은 EQ 모델용 드라이브 배터리를 제조한다. 2018년 문을 연 두 번째 공장은 처음부터 바로 탄소중립 공장으로 설계됐다. 
 

AEM_Automotive Electronics Magazine