실리콘계 음극 소재는 실리콘 산화물(SiOx), 실리콘-카본(Si/C) 복합체, 실리콘 합금(Si Alloy)으로 구분된다. 이 중 SiOx(실리콘 산화물)는 약 1,500mAh/g의 이론 용량을 갖는다 [도표 110].

현재 흑연에 첨가되는 SiOx 함량은 5%~7% 수준으로 EV용으로는 포르쉐 타이칸에만 적용되고 있으며(대주전자재료 공급), 타이칸에 공급하는 실리콘 음극재의 초기 효율은 약 85% 내외로 알려져 있다. 다만 실리콘 첨가 비율 10% 이상이 되어야 에너지 밀도 개선 및 충전 시간 단축 효과가 크기 때문에 코팅, 도전재 개발 등을 바탕으로 기술 개발이 진행중이다. 더불어, 초기 효율을 높인 제품들을 지속 선행하여 개발되고 있고, 동시에 주력 제품 외 차기 제품도 R&D를 진행 중인 것으로 파악된다.

SiOx는 순수 실리콘보다는 용량이 낮지만 충방전 과정에서 생성되는 산화물(Li2O, Li4SiO4 등)이 실리콘의 부피 팽창, 수축의 완충재로 작용하여 구조적 붕괴를 방지하는 역할을 한다. 이에, 사이클 수명이 보다 안정적인 형태를 보인다. 다만, 최초 사이클 이후 낮은 충방전 효율, 부피 팽창에 의한 사이클 감소 등 해결해야 할 기술적 과제가 많이 남아 있다.

실리콘 카본 복합체는 실리콘을 나노화 한 후, 이를 흑연과 혼합해 복합화 하는 방식이다. 일반적으로 SiOx는 Si/C 대비 초기 효율은 높지만, 양산 과정이 상대적으로 복잡해 비용 이슈가 있는 것으로 알려져 있다. 

테슬라의 경우, 경제성을 동시에 고려하기 때문에 SiOx에 코팅 기술을 활용할 계획이다. 그리고 중국, 한국, 일본 기업들은 SiOx 또는 Si/C 복합체에 SWCNT 도전재 적용으로 진행되고 있다.

실리콘 음극재 시장 규모는 30년까지 연 평균 49% 성장할 것으로 예상한다. 2030년 기준 실리콘 음극재의 사용 비중은 음극재 전체의 중량 기준 8% 수준이지만, 높은 ASP로 인해 전체 음극재 시장 규모(금액 기준) 대비 실리콘 음극재 시장 비중은 30%에 달할 것으로 예상한다 [도표 102].

실리콘 음극재의 대중화와 보급 확대를 위해서는 생산성을 높이는 것이 주안점이다. 실리콘이 흑연 음극재 대비 중량 당 가격이 높은 이유는 안정적으로, 높은 생산성 하에서 양산하기 어려웠기 때문이며, 앞으로는 생산성을 우선 개선 후, 이를 기반으로 수익성을 확보한 상태에서 단가를 합리적으로 낮춰가려는 노력이 필요하다

현재 대주전자재료의 실리콘 음극재 단가는 $60~$70/kg로 알려져 있으며, 흑연계 ($6~$7/kg) 대비 높은 수준에 형성되어 있다. 다만, 아직 전체 음극재 중량 중 일정 비율을 첨가하는 형태인 첨가제 형태로 쓰이고 있기 때문에 아직까지 원가 부담은 크지 않다 [도표 101] (10% 첨가, $70/kg 가정 시 75KWh 배터리 기준 EV 대당 비용 증가분은 $520 수준)

미국 내 EV 수요는 2025년, 2030년 384GWh, 837GWh로 각각 연 평균 86%, 39% 성장할 것으로 예상한다 [도표 57]. 2030년 EV 침투율 전망치를 51%로 가정하였지만, 궁극적으로 EV 침투율이 100%에 이른다면 미국 내 약 1,500GWh 이상의 배터리 수요가 발생할 것으로 예상한다.

앞으로는 미국 현지 고객사에게 안정적으로 배터리 공급 자체가 가능한 업체 마저도 소수에 국한될 것으로 예상된다는 점이다. 국내 셀 업체 입장에서의 기대 요인은 미국 시장 내에서의 공급자 우위 포지션 구축이다. 구체적으로는 미국 내 신규 수주 모멘텀과 이로 인한 중장기 Capa 가이던스 확대, 혹은 배터리 업체 입장에서의 우호적인 수주 비중 확대가 예상된다.

법안에서 명시한 배터리 부품에는 (1) 전극 활물질: 양극재, 음극재, 음극박(동박), 솔벤트, 리튬염(전해질), 첨가제, (2) 배터리 셀, (3) 배터리 모듈이 있다.배터리 부품의 일정 비율 이상(2023년 50%로 시작하여 매년 10%p 상향)을 북미에서 제조 또는 조립해야 보조금 지급 기준을 충족하는데, 이는 배터리 및 소재 공장을 북미 역내에 갖추면 해결될 문제이다.

실제로 국내 배터리 업체를 필두로 국내 양극재, 음극재, 전해액, 동박 업체 모두 북미 진출을 계획하고 있으며 계획된 증설이 차질 없이 진행 된다면 장기적으로 법안 충족에 무리가 없을 것으로 판단한다 [도표 51].

국내 이차전지 체인에 속해있는 업체들은 확정된 고객사 및 잠재 고객사의 수요에 맞춰 북미 증설을 지속 계획하고 있으며, 보통 2025년 전후로 북미 Capa 계획을 제시하고 있다. 셀 업체 중 가장 공격적인 북미 진출을 제시한 기업은 LG에너지솔루션(25년 260GWh)이며, 양극재 업체 중에서는 포스코케미칼(25년 캐나다 3만t, 미국 6만t)과 에코프로비엠(26년 18만t), 전해액(질) 기업 중에는 엔켐(25년 28만t)이 있다.

배터리의 원가를 분석해 보면, 2022년 기준 재료비 비중이 약 60% 이상을 차지하고 있으며, 이 60% 중 양극재 원가가 70% 이상(NCM8 시리즈 기준)을 차지한다. 상대적으로 고가인 광물을 사용하는 동시에 연중 급등한 메탈 가격으로 양극재의 원가 비중은 전체 배터리 재료비 중 70%, 전체 배터리 원가 중 약 35%~40% 차지한다 [도표 45].

NCM811 기준 양극재의 원가를 분석해보면, 리튬과 니켈의 비중은 각각 27%, 58%로, 니켈과 리튬의 합산 비중이 약 85%를 차지한다 [도표 46]. 다시 말해, 전체 배터리에 사용되는 광물의 원가 중 니켈과 리튬만 적절하게 조달 하여도 법안의 요건을 충족할 수 있다. 단기 법안 요건 충족을 위해서는 리튬과 니켈의 소싱이 주안점이다.

23년에는 배터리에 사용되는 광물의 전체 가격 중 40% 이상에 대해 미국 및 우방 국가에서의 광물 조달이 필요하다. 22년 4분기 기준 현 시점의 메탈 시세가 앞으로도 유지된다고 단순하게 가정하면 양극재에 사용되는 광물의 원산지만 조정하여도 70%의 요건까지는 충족할 수 있다.

탈 중국화에 대한 대응 방안은 아직까지 불투명 

장기적으로 배터리 소재의 탈 중국화가 필요한 것은 자명하지만, 현재 니켈을 제외한 전체 핵심 광물 정제련 시장의 50% 이상을 점유하고 있는 중국의 공급망 배제 정책은 단기에 달성하기 쉽지 않을 것으로 판단한다.

다만, 향후 법안의 세부 항목이 어떻게 설정되는 지와 무관하게 현 시점 판단 가능한 부분은 핵심 광물 자체 공급망 확보의 중요성이 이전 보다 높아졌다는 점이다. 실제로 IRA 법안 통과를 기점으로 기업들의 현지 지분 투자, 장기 공급 계약 등의 광물 투자 활동이 활발하게 진행되었다 [도표 42].

또한, 북미 역내 생산 시설 확보의 중요성이 부각되었다. 역내 생산을 유도하는 분위기는 USMCA 및 BBB 법안을 통해 이전부터 엿볼 수 있었지만, 앞으로 역내 공급망 확보는 해외 진출의 필수 요건이 될 것으로 보인다.

태양전지 구조에 있어서도 변화의 속도는 매우 빠르다. BSF(Back Surface Field) 태양전지는 PERC 등장 이전 30년 동안 일반적으로 사용되어 오던 기술이다. 현재 태양전지 시장의 주류인 PERC 구조가 본격적으로 상용화된 시점이 2019년(글로벌 태양전지 중 PERC 비중 14%)이었고, 23년 이후 차세대 태양전지인 TOPCon 태양전지가 본격적으로 양산될 예정이기 때문에 태양광 시장의 기술 개발 속도는 과거 대비 빨라지고 있다

또한 23년 이후 폴리실리콘 가격 하락에 따른 원가 부담의 점진적 개선이 예상되는 가운데, TOPCon 태양전지 기반 모듈은 기존 PERC 대비 와트 당 1~2센트 가격이 비싸지만 발전단가(LCOE)를 감안하면 이미 PERC 대비 경제성에서 앞서고 있어 변화의 속도는 더욱 가팔라질 것으로 전망한다.

현재 TOPCon셀 양산은 중국에서 가장 먼저 이뤄지고 있다. 11월 1일 Jinko Solar는 광전효율 25%의 TOPCon 태양전지 생산 성공을 발표했다. Jinko Solar의 Tiger Neo라는 이름의 TOPCon 모듈은 기존의 PERC 모듈 대비 3~6%정도 광전 효율이 높은데, 이는 동일 모듈 용량 기준으로 6~10% 많은 발전이 가능하다는 것을 의미한다. 현재 Jinko Solar는 10GW 규모의 TOPCon 모듈 생산능력을 보유하고 있는 것으로 알려졌고, 23년 연간 판매하는 모듈 중 50% 이상이 n-type 기반의 모듈일 것으로 전망했다.

23년 TOPCon 태양전지의 글로벌 생산능력은 149GW로 증가할 것으로 예상되며 출하량도 22년 18GW대비 +244.4% 증가한 62GW 수준으로, 글로벌 태양전지 내 비중은 20%까지 확대될 것으로 예상된다. 26년까지 글로벌 태양전지 내 TOPCon의 비중은 기존의 PERC 시장을 대체하며 40%까지 확대될 것으로 예상되기 때문에 가격이 높은 고효율 태양전지 시장 위주의 태양광 산업 개편이 예상된다.

22년 기준 미국의 태양광 밸류 체인내 공급망 점유율은 미미하다. 폴리실리콘(7.3%)을 제외한 셀/모듈 단에서 비중은 1% 미만으로, 미국이 전 세계 태양광 수요 점유율 중 9.8%로 2위인 점을 감안하면 턱없이 부족하다. 22년 6월 미국 정부가 발표한 동남아산 관세 유예 사례에서도 확인할 수 있듯이 현재 미국은 중국산 태양광 부품에 대한 의존도가 매우 높은 상황이다. 따라서 향후 미국내 태양광 산업 성장성을 고려할 때 중국에 대한 의존도가 높은 것은 에너지 안보에 위협이 될 수 있고 이를 해결하고자 미국은 강력한 세제 혜택을 바탕으로 자국 내 태양광 생태계 육성에 집중하고 있다.

- 에틸렌 기준 전 세계 생산능력은 21년 20,560만톤에서 22년 21,575만톤으로 YoY +4.9% 증가할 것으로 예상된다.

- 특히 동북아 지역의 에틸렌 생산능력은 21년 6,138만톤에서 22년 6,837만톤으로 YoY+11.4% 증가할 것으로 예상되기 때문에 아시아 역내 수급 상황 악화는 불가피할 것으로 보인다.

- 특히 중국 내 NCC 증설 물량이 집중되어 있는데, 중국의 21년 에틸렌 생산능력은 ‘21년 3,947만톤으로 전년대비 +23% 증가한데 이어 22년 에틸렌 생산능력은 4,488만톤으로 전년대비 +13.7% 증가할 것으로 예상된다.

- 23년에도 상당한 규모의 증설이 예정되어 있는데 23년 전 세계 에틸렌 생산 능력은 22,698만톤으로 전년대비 +5% 이상 증가할 것으로 예상된다.

- 특히 21~23년도 에틸렌 증설 물량중 68%가 동북아 지역에 집중되어 있기 때문에 국내 NCC 업체들의 스프레드 감소에 따른 가동률 하락이 불가피 할 것으로 전망한다.

- 10월 이후 하반기 에틸렌 생산능력 증가분은 290만톤으로 추정되며 상반기 대비 증설물량 증가는 다소 완화될 것으로 예상되지만, 최근 경제성망 전망치가 하향 조정되는 등 화학 제품 수요에 대한 우려감으로 본격적인 가동률 회복세는 기대하기 어렵다.

- 또한 23년 상반기 에틸렌 증설량은 전년대비 483만톤 증가, 하반기 증설량은 446만톤으로 예상되기 때문에 23년 연내 수급 개선에 따른 NCC 설비 가동률 상향 조정은 쉽지 않을 것으로 보인다.

23년도 연간 천연가스 가격은 여전히 높은 변동성이 예상되지만, 현재 유럽의 안정적인 천연가스 재고량, 전력가격 하향 안정화 영향으로 천연가스 가격은 하락세가 이어지고 있다. 동절기 이후 가스 재고 비축이 재개되는 3월부터 가스 가격이 반등을 보일 가능성이 높지만 22년도와 유사한 수준의 가격 급등이 재현될 가능성이 낮다고 전망한다.

가스가격 급등 가능성이 낮다고 판단하는 첫번째 이유는 1) 유럽의 러시아산 가스 의존도가 예상대비 빠른 속도로 낮아졌다는 점이다

또한 LNG 수입 설비가 예상 대비 빠르게 증가함에 따라 LNG 수입량은 증가할 개연성이 높다. 21년 하반기 이후 천연가스 가격이 급격하게 상승했던 이유는 러시아산 PNG를 대체할 수 있는 LNG 수입 설비가 부족해 조달 과정에서의 병목현상이 발생했기 때문이다. LNG 육상 수입터미널을 건설하기까지 최대 4년의 시간이 소요되기 때문에 단기간에 유럽의 LNG 수입량이 증가하는데 한계가 있을 것으로 예상했지만, FSRU(Floating, Storage, Re-gasification Unit)의 도입으로 LNG 수입량이 예상대비 빠르게 증가할 것으로 보인다

독일은 LNG 육상 수입터미널을 보유하고 있지 않기 때문에 FSRU를 통해서 LNG수입량 증대에 가장 적극적인 행보를 보이고 있는데 22년 9월 5번째 FSRU 추가 임대 계약을 발표한 바 있다. 해당 계약을 통해 5년간 LNG를 연간 5bcm 수입할 수 있고 앞선 4개의 FSRU 계약을 통해 확보한 20bcm 수입능력에 더해 총 25bcm의 LNG 수입능력이 증가할 것으로 예상된다.

글로벌 정제설비 증설 역시 부담 요인

중국의 수출물량 증가 외에 글로벌 정제설비 증설도 석유제품 공급 증가에 따른 정유 업종 시황 악화 요소다. 코로나 이후 현재 연간 생산능력 대비 석유제품 수요 비율이 82% 수준을 상회함에 글로벌 정제설비 폐쇄는 일단락 되어가고 있다.

유럽과 미국의 정제설비 가동률은 22년 8월 기준 각각 87.8%, 90.6%로 코로나 이전 수준인 평균 85% 수준을 넘어섰고, 20년도부터 가속화된 정제설비 축소로 전체 생산능력이 감소했음을 감안하면 현재 최대 가동률에 도달했을 것으로 추정한다.

반면 22년 연간 정제설비 증설 물량은 168.7만만b/d로 예상되기 때문에 22년 연말 이후 정제설비 생산능력은 순감소에서 순증설(105만만b/d)로 돌아설 예정이다. 또한 23년 이후에도 예정되어 있는 정제설비 증설량은 상당하다. 23년 예상 순증설 물량은 155만만b/d(증설 220만만b/d, 폐쇄 -65만만b/d)로 22년 대비 약 +40%의 생산능력이 증가할 것으로 예상된다. 지역별 비중은 아시아가 30% 이상으로 가장 높고, 다음은 중동(20%)으로 약 만 47만b/d의 증설이 예상된다.

중동의 정제설비 증설은 Diesel 수급 약화 요인으로 작용할 것으로 예상된다. 중동산 원유 도입 비중이 절대적인 해당 지역의 중간 유분 수율을 35% 가량으로 가정하면 22년말 이후 연간 42만 b/d의 디젤 제품 추가 공급이 예상 되기 때문이다.