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바스프, 글로벌 전기차 수요 맞춰 배터리 투자 가속화
독일에 연간 15,000톤 규모의 전기차 배터리 생산 및 폐기물 처리 능력 갖춘 배터리 재활용 공장 신설
중국 및 글로벌 수요 충족 위해 양극활물질 및 고함량 망간 등 배터리 소재 생산능력 확대
글로벌 화학 기업 바스프가 탄소중립 시대의 핵심 산업으로 꼽히는 전기차 배터리 역량 강화에 나선다.
세계적으로 전기차 보급이 빠르게 늘어나면서, 배터리 소재 및 기술력 확보 뿐만 아니라 증가하는 폐배터리 처리에 대한 중요성이 대두되고 있기 때문이다. 소재 생산부터 재활용에 이르기까지 배터리의 전 생애주기에 걸쳐 적극적인 투자를 이어갈 전망이다.
◆ 독일 슈바르츠하이데에 상업적 규모의 배터리 재활용 블랙 매스 공장 신설
바스프는 독일 슈바르츠하이데(Schwarzheide)에 2024년 초 가동을 목표로 상업적 규모의 배터리 재활용 블랙 매스 공장을 건설한다. 연간 15,000톤 규모의 전기차 배터리 생산 및 폐기물(스크랩) 처리 능력을 갖출 것으로 기대된다.
바스프는 이를 통해 슈바르츠하이데 생산 단지를 양극활물질(Cathode Active Materials, CAM) 생산과 재활용을 위한 허브로 강화하겠다는 방침이다. 슈바르츠하이데 생산 단지는 중유럽의 많은 전기차 제조업체와 배터리 셀 생산업체가 밀집한 지역으로 배터리 재활용 사업에 이상적인 지역으로 꼽힌다.
블랙 매스 생산은 배터리 재활용 과정의 첫 번째 단계로 배터리의 기계적 처리에서 시작된다. 블랙 매스에는 리튬, 니켈, 코발트 및 망간 등 CAM 생산 시 사용되는 주요 금속이 다량 포함되어 있는데, 향후 운영될 배터리 재활용을 위한 상업용 습식 제련소에서 이를 원료로 사용할 예정이다.
바스프 촉매 사업 부문 사장 피터 슈마허(Peter Schuhmacher) 박사는 “바스프의 배터리 재활용 블랙 매스 공장에 대한 이번 투자는 전체적인 배터리 재활용 밸류 체인을 구축하기 위한 단계로 볼 수 있다. 이를 통해 엔드 투 엔드(end-to-end) 재활용 프로세스를 최적화하고 탄소 발자국을 줄일 수 있다”고 설명했다. “또한 수명이 다한 배터리에서 새 배터리로 거듭나기 위한 CAM 생산까지 최적화된 순환형 사이클을 구축함으로써 전체적인 배터리 생산 체계 안에서 고객을 지원하고 원자재 채굴에 대한 의존도를 줄여 순환 경제를 가능하게 할 계획”이라고 말했다.
배터리 재활용은 전기차의 탄소 발자국을 줄이기 위한 노력이자 EU 배터리 규제안(EU Battery Regulation)에 따라 예상되는 순환 중심의 정책 요구 사항을 충족하는 중요한 수단이다. EU 배터리 규제안은 리튬 이온 배터리의 재활용 효율성 및 니켈, 코발트 및 리튬에 대한 회수 및 재활용 함량 목표치를 포함한다.
◆ 양극활물질 및 고함량 망간 제품 등 중국 내 배터리 소재 생산능력 확대
이와 더불어, 지난 2021년 중국 배터리 소재 선두기업 샨샨(Shanshan)과 함께 설립한 배터리 소재 합작사 ‘바스프 샨샨 배터리 머티리얼즈(BASF Shanshan Battery Materials Co., Ltd., 이하 BSBM)’ (바스프 51%, 샨샨 49%)를 통해 중국 및 글로벌 고객을 위한 배터리 소재 생산능력을 확대한다. 합작사는 이를 통해 연간 100kt의 양극활물질(Cathode Active Material, CAM)을 생산, 빠르게 성장하는 전기차 산업의 수요를 충족시킬 예정이다.
2022년 4분기 가동 예정인 새로운 생산 라인은 다결정 및 단결정을 위한 고함량 니켈(high-nickel)과 초고함량 니켈 NCM(니켈·코발트·망간 산화물)에서부터 고함량 망간(manganese-rich) NCM 제품에 이르기까지 고도의 제품 포트폴리오를 생산하고 고객의 다양한 요구를 충족할 수 있도록 유연하게 설계되었다. 고함량 망간 제품은 이미 상당 규모로 제조되고 있으며, 제품 개발의 진전은 앞으로 더욱 가속화되어 고객의 이러한 제품 사용도 확대될 것으로 기대된다.
피터 슈마허 박사는 “바스프의 고함량 망간 제품은 다른 3원계 양극재에 비해 높은 가성비를 보여준다“며 “최근 상당한 가격 상승과 변동을 보인 코발트나 니켈에 비해 사용이 원활하기 때문에 고객에게 보다 낮은 비용으로 안전성을 추구할 수 있다”고 말했다.
이번에 확장하는 새로운 라인은 오프가스(off-gas), 폐열 및 산소 재활용을 포함한 혁신적인 에너지 회수 기술을 갖췄다. 이러한 기술이 배터리 산업에 적용된 것은 이번이 처음이며, 이는 BSBM의 광범위한 산업 운영 경험과 바스프의 화학 공정 설계 노하우가 결합된 결과다.
바스프 배터리 소재 사업 부문 총괄 및 BSBM이사회 의장 마이클 베이어(Michael Baier) 박사는 “바스프가 가진 화학적 노하우가 R&D 및 생산 분야의 기술 전문성과의 시너지를 통해 업계 선도적으로 탄소 발자국을 줄이고 지속가능한 CAM 제품 생산에 기여하게 되어 기쁘다”고 밝혔다.
이번 확장 프로젝트에는 자동화 및 지능화가 이루어진 지속가능한 공장을 위해 스마트 팩토리 솔루션이 적용된다. 공정 설계, 생산 환경 관리 및 먼지 제어 측면에서 업계 최고 수준을 구현하여 배터리 소재 산업의 주요 자격 요건을 충족함과 동시에 뛰어난 품질로 신속한 대량생산이 가능하다.
BSBM의 CEO 재이 양(Jay Yang)은 “BSBM은 세계 최고 수준의 표준을 충족하기 위해 제조 및 환경보호 설비를 지속 향상시키고 있다”며 “친환경적이고 책임감 있는 CAM 생산자가 되기 위하여 고객과 직원에 대한 회사의 약속을 지속 이행하고 있다”고 전했다.
◆ 리튬이온 배터리 제조 위한 음극 바인더 시리즈 리시티(Licity®)의 새로운 등급 출시
마지막으로, 리튬이온 배터리 제조를 위한 음극 바인더 리시티(Licity®) 제품 포트폴리오를 확장한다. 리튬이온 배터리의 한계를 극복하기 위해 설계된 바스프의 리시티 바인더는 우수한 가공성과 코팅 용이성이 특징으로 기계적 및 전기화학적 특성이 우수하다. 이번에 나오는 바스프의 2세대 스티렌부타디엔고무(SBR) 바인더 리시티 2698 X F는 실리콘 함량 20% 이상의 음극에 최적화됐다. 해당 제품은 리시티 제품군의 기존 특성에 더하여 배터리 용량과 충·방전 주기를 늘리고 충전 시간을 단축한다.
리시티 2698 X F는 바이오매스 균형 접근법(biomass balance approach)에 따라 제조가 가능하며, 접근법에 따라 바스프의 생산 공정에 공급되는 바이오매스는 바인더에 할당된다. 바스프는 리시티 바인더의 생산 원료부터 고객들에게 공급되기까지 전 과정에서 경제적 측면과 동시에 환경 및 사회적 책임 또한 중요시하고 있다.
바스프 유럽·중동·아프리카(EMEA) 파이버 본딩(Fiber Bonding) 사업 총괄 토르스텐 하벡(Thorsten Habeck) 박사는 “내연기관차에서 전기차로의 시장 변화가 가시화되고 있다“며 “바스프의 새로운 배터리 바인더 리시티 2698 X F를 통해 배터리의 낮은 용량과 긴 충전 시간과 같은 문제를 해결할 수 있다”고 전했다.
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바스프, 차세대 IGBT 반도체 위한 고성능 폴리프탈아미드(PPA) 소재 출시
세미크론 댄포스, 태양광 및 풍력 에너지 시스템 위한 인버터용 Semitrans 10 IGBT에 적용
글로벌 화학기업 바스프가 차세대 전력 반도체IGBT(절연 게이트 바이폴라 트랜지스터) 하우징 제조에 최적화된 폴리프탈아미드(PPA) 소재를 개발했다.
바스프는 새로운 울트라미드 어드밴스드(Ultramid® Advanced) N3U41 G6을 통해 전기차, 고속 열차, 스마트 제조 및 재생에너지 발전 등에 활용되는 고성능의 안정적인 전자 부품에 대한 수요 증가에 대응할 수 있을 것으로 기대된다.
IGBT는 전력 전자장치에서 전기 회로의 효율적인 스위칭 및 제어를 가능하게 하는 전력용 반도체의 일종이다. 차세대 IGBT를 위한 소재 확보가 중요한 상황에서, 울트라미드 어드밴스드 N 등급은 뛰어난 내화학성과 치수 안정성으로 IGBT의 견고성, 장기 성능 및 신뢰성을 향상해 에너지 절약, 전력 밀도 및 효율성 향상에 대한 증가하는 요구를 충족시킬 수 있다.
바스프의 PPA소재는 이러한 이점으로 전력 분야의 글로벌 선도 기업인 세미크론 댄포스(Semikron Danfoss)의 태양광 및 풍력 에너지 시스템 인버터에 적용되는 Semitrans 10 IGBT의 하우징으로 사용되고 있다.
IGBT는 현대의 전자기기, 특히 재생 에너지 부문에서 필수적으로 사용되는 부품으로, 더 높은 온도에서 작동되면서도 안정성과 성능을 유지할 수 있어야 한다
세미크론 댄포스의 연구 및 사전 개발 담당 요른 그로스만(Jörn Grossmann)은 “바스프의 새로운 PPA 소재를 통해 Semitrans 10의 성능과 효율성에 대한 새로운 기준을 정립했다. 바스프의 소재는 열악한 환경에서도 높은 절연성을 보이며, 조립 공정에서 단기적으로 나타나는 피크 온도에서도 뛰어난 견고성을 유지했다”고 설명했다.
고성능 소재와 스마트 설계의 결합으로 스위칭 속도를 높이고 전도 손실을 줄이는 동시에 열 관리 효율을 개선하여 전력 제품 관련 요구 사항에 대응할 수 있다.
특히, 비할로겐 난연제를 사용하는 레이저 감응형 울트라미드 어드밴스드 N3U41G6은 높은 열 안정성, 낮은 수분 흡수율 및 우수한 전기적 특성이 결합된 제품이다. 600V(IEC 60112 기준)의 높은 CTI(Comparative Tracking Index, 비교 추적 지수)가 특징으로, 기존 제품보다 연면거리가 낮고 절연성이 우수하여 IGBT의 소형화 지원이 가능하며, UL 인증 등급은 150°C의 우수한 전기적 RTI(상대 온도 지수) 값을 보여준다.
IGBT 제조 시, 바스프의 PPA는 사출 성형 후 금속 핀과 클램프를 반도체와 조립하는 데 사용되는 포팅 재료와 호환될 수 있다.
바스프 전력 전자 분야 애플리케이션 전문가 요헨 슈베르트(Jochen Seubert)는 “바스프의 PPA는 전 세계적으로 공급되고 있으며, 샘플링 서비스 및 고객 중심의 기술도 지원하고 있다”며, “새로운 PPA 소재는 전력 제품의 발전에 크게 기여하여 재생 에너지로의 글로벌 전환을 지원할 것으로 기대된다”고 전했다.
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콘티넨탈, 차세대 유압 부싱 휠셋 개발.. 철도 유지보수 비용 절감
콘티넨탈의 유압식 휠셋 가이딩 부시는 쉽게 부착할 수 있기 때문에 대차를 수정하지 않고도 개조할 수 있다
교통 서비스 제공업체는 휠셋의 유지 보수 비용을 줄일 수 있다
콘티넨탈(Continental)은 기차의 대차용 부시를 안내하는 차세대 유압 휠셋을 개발했다고 밝혔다. 이 부싱은 트랙이 휠셋에 가하는 압력을 기존 유압 부싱보다 훨씬 더 잘 적응시킬 수 있다.
휠셋에 영향을 미치는 압력의 고급 균형은 중요한 열차 구성 요소의 수명을 늘리므로 서비스 간격이 길어지고 계획되지 않은 수리 작업이 줄어들 수 있으므로 유지 보수 비용을 줄일 수 있다. 동시에 트랙 슬리퍼가 바퀴에 미치는 영향이 눈에 띄게 줄어들기 때문에 승객의 편안함은 향상된다.
콘티넨탈 유압 부싱은 기존 유압 부싱보다 훨씬 높은 정적 및 동적 종방향 강성을 구별할 수 있다. 이는 커브에서 매우 부드러운 휠셋 유도를 얻을 수 있고 트랙의 압력이 감소하도로 한다. 반면에, 고속 직선 도로에서는 높은 방향 안정성을 제공한다.
콘티넨탈의 유압식 휠셋 가이딩 부시는 쉽게 부착할 수 있기 때문에 대차를 수정하지 않고도 개조할 수 있다. 예를 들어, 유지 보수 비용 분야에서 어려움을 겪고 있는 열차 운영자가 이미 운행 중인 열차에 이를 설치하는 것도 쉽다.
콘티넨탈의 그룹 섹터인 ContiTech의 산업용 솔루션 EMEA 비즈니스 영역의 운영 유닛 다이내믹 및 서스펜션 솔루션 책임자인 Sara Grotsch는 “우리의 휠셋 가이딩 부시가 오늘날 표준보다 압력에 더 잘 적응함에 따라 레일과 휠의 마모는 기존 유압 부싱에 비해 현저히 낮을 수 있으며 다른 모든 요소는 동일하다”고 설명했다.
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현대자동차·기아, 이포레스트 테크데이 2024 개최
SDF가 구축되면 제조 지능이 고도화되고 유연성이 확보되는 만큼 데이터와 소프트웨어를 기반으로 한 의사결정 및 공장 운영이 가능하다
소프트웨어 중심 공장(SDF)로의 전환을 위한 미래 비전 제시
현대자동차와 기아가 스마트팩토리 혁신 제조기술을 공유하기 위한 신기술 전시회인 ‘E-FOREST TECH DAY(이포레스트 테크데이) 2024’를 열고 SDF(Software Defined Factory, 소프트웨어 중심 공장)로의 전환을 위한 미래 비전을 제시한다.
올해로 5회차를 맞은 ‘이포레스트 테크데이’는 현대차·기아 제조솔루션본부 및 협력사가 제조기술 혁신을 통해 SDF 구현을 가속하기 위해 연구개발하고 있는 성과를 공유하는 행사로, 10월 22일(화)부터 24일(목)까지 현대차·기아 의왕연구소에서 열린다.
신제조기술 200여 건을 전시하는 한편 미래 신기술 방향성을 제시하기 위해 SDF, AAM, 로보틱스, 스타트업 등 4개의 테마관을 운영한다.
특히 200여 건의 전시 중 현대모비스, 현대로템, 현대위아, 현대오토에버, 현대글로비스, 현대트랜시스 등 6개의 그룹사가 28건, 스타트업이 5건의 전시에 참여한다.
또한 참가자들이 원활하게 정보를 공유하고 소통할 수 있도록 신제조기술 발표대회, 소프트웨어 유저 콘퍼런스, 빅테크 전문기업 세미나 등도 마련했다.
SDF 통해 구현할 스마트팩토리 생태계 ‘E-FOREST’
이포레스트는 고객의 가치를 실현하기 위해 모든 것을 유기적으로 연결해 제조시스템의 혁신을 추구하는 현대차와 기아의 스마트공장 브랜드로 인공지능(AI)과 로봇을 활용한 자동화 기술 및 인간 친화적인 스마트기술을 도입해 제조시스템을 혁신하고 나아가 모빌리티 산업 전체를 고도화하는 것을 목표하고 있다.
첫 글자인 ‘E’에는 보다 효율적(Efficient)이고 경제적(Economical)으로 모빌리티 산업 환경(Environment) 전체의 진보를 달성하겠다는 의미와 함께 고객 및 파트너사에 최고의 만족(Excellence)을 선사하기 위해 인공지능, 로봇 기술, DX(디지털 트랜스포메이션), ICT(정보통신기술) 등의 요소와 가치를 연결해 모두(Everyone)를 위한 혁신을 이루겠다는 뜻을 담았다.
이포레스트가 기반으로 삼는 SDF는 데이터 연결 및 디지털 전환을 통해 고객의 요구사항이 반영된 제품을 누구보다 빠르게 제공하는 생산공장으로 SDV(Software Defined Vehicle, 소프트웨어 중심의 자동차)를 생산하는 기지 역할을 수행하게 된다.
향후 SDF가 구축되면 제조 지능이 고도화되고 유연성이 확보되는 만큼 데이터와 소프트웨어를 기반으로 한 의사결정 및 공장 운영이 가능해지고 이는 생산 준비기간 단축을 비롯해 생산 속도 향상, 신차 투입 시 투자 비용 절감, 품질 향상 등의 효과를 일으킬 것으로 기대된다.
AI 자율제조 산업 이끌어갈 혁신 기술들
‘이포레스트 테크데이 2024’에서는 제조 AI와 디지털 트윈, 물류·조립 자동화, 로보틱스 솔루션, AAM 제조기술 등 다양한 혁신 기술 200여 건을 전시한다.
핵심 기술로는 △물류로봇(AMR) 주행 제어 내재화 기술 △비정형 부품 조립 자동화 기술 △무한 다축 홀딩 픽스처(고정장치) 기술 △SPOT(스팟) 인더스트리 와이드 솔루션 △UAM 날개, 동체 자동 정렬 시스템 등을 꼽을 수 있다.
‘물류로봇(AMR) 주행 제어 내재화 기술’은 물류로봇 활용에 필요한 제어 및 관제 소프트웨어 알고리즘을 내재화한 기술로, 기존 전진 및 직진 이동만 가능하던 것과 달리 앞뒤 관계없이 전 방향 이동이 가능하며 좌우 바퀴 회전수를 제어해 중량물을 올린 상태에서도 물류로봇이 매끄럽게 곡선 주행을 할 수 있도록 해준다.
‘비정형 부품 조립 자동화 기술’은 AI 비전 알고리즘을 통해 호스류 및 와이어류 등 형태가 고정되지 않은 비정형 부품도 인식하고 피킹 포인트를 자동으로 산출해 제어 명령을 내리는 프로그램으로, 휴머노이드 로봇이 공장에 본격 도입될 경우 자율적인 공장 운영을 위해 필수적인 기술이다.
‘무한 다축 홀딩 픽스처(고정장치) 기술’은 도어, 후드, 휠 등 각종 파트를 조립하기 위해 기존에는 각 파트에 맞는 픽스처가 별도로 필요했다면 이를 하나의 픽스처로 조립할 수 있도록 해주어 픽스처 제작 비용 절감은 물론 공장 유연화에 매우 효과적인 기술이다. 파트가 바뀔 때마다 해당 정보가 PC에 자동 입력되고 이를 통해 픽스처의 파트 고정 포인트가 자동으로 이동돼 해당 파트를 고정할 수 있다.
‘SPOT(스팟) 인더스트리 와이드 솔루션’은 인공지능과 비전 처리, 빅데이터 처리 등을 활용한 지능형 점검 기술을 도입해 스팟이 눈, 코, 입에 해당하는 각종 센서를 통해 공장 환경에서 실시간 안전 점검과 설비 점검을 수행할 수 있는 기술이다.
마지막으로 ‘UAM 동체, 날개 자동 정렬 시스템’은 차량 대비 10~100배 이상의 조립 정밀도를 요구하는 UAM의 특성을 고려해 고중량의 UAM 동체와 날개를 1㎛(마이크로미터) 단위로 자동 정렬해 가며 정밀 체결하는 기술로, 통상 3~5일 소요되는 과정을 단 몇 시간 작업으로 단축할 수 있다.
한편 올해 ‘이포레스트 테크데이’에서는 신제조기술 발표 대회 및 소프트웨어 유저 퍼런스를 비롯해 빅테크 전문기업을 초청해 세미나도 진행한다.
신제조기술 발표 대회에서는 글로벌 생산공장의 경쟁력을 향상시키는 신기술 사례를 공유하고 소프트웨어 유저 콘퍼런스에서는 소프트웨어 활용 내재화 및 데이터 기반 업무 활성화가 가능한 분야별 성과를 발표할 계획이다.
현대차·기아는 약 9000명의 현대차그룹 임직원·협력사·대학 및 정부 연구기관 등이 이포레스트 테크데이에 참가해 미래 제조공장을 선도할 신기술을 공유할 것으로 기대한다며, 이번 행사를 계기로 생산 공장에 신기술 활용 분야를 더욱 확대해 나갈 계획이라고 밝혔다.
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