[첨가제]

 

CMC(Carboxy Methyl Cellulose)는 LiB(리튬이온전지) 제조용을 중심으로 수요가 증가하고 있다.
CMC는 광범위한 분야에 투입되고 있으며 2021년에는 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증)에 따른 활동 제한이 완화되면서 경기가 서서히 회복됨에 따라 수요가 증가세로 전환됐다.
일본시장은 2021년 자동차용 LiB를 중심으로 내수출하가 10% 이상 늘어 코로나19 이전 수준을 회복했다.
세계적으로 전기자동차(EV) 시장이 본격적으로 성장함에 따라 음극재 슬러리에 사용되는 CMC 수요가 증가하고 있으며, CMC 생산기업들은 품질 향상, 공급 안정화에 통해 수요 확보에 힘을 기울이고 있다.

 

식물섬유 사용으로 친환경성 우수
CMC는 목재펄프, 목화솜펄프 등 천연 식물섬유를 원료로 사용하는 음이온계 수용성 고분자로 의약품, 화장품, 토목, 식품, LiB 등 광범위한 분야에 투입되고 있다.
고순도 펄프에서 얻을 수 있는 셀룰로스(Cellulose)에 MCA(Monochloroacetic Acid)를 반응시켜 셀룰로스수산기를 카복실메틸기로 치환한 후 중화, 정제, 건조, 분쇄 등을 거쳐 백색 과립 형태로 생산하고 있으며 목질 베이스 원료를 사용해 생분해성을 보유하고 있다.
기름, 그리스, 유기용매에는 불용성을 나타내나 보호 콜로이드, 유화 분산성, 고체 분산성이 뛰어나고 셀룰로스 특유의 막을 형성하는 성질에 따라 투명한 피막을 형성하며 전분, PVA(Polyvinyl Alcohol)에 비해 생물화학적 산소요구량(BOD)이 낮은 것이 특징이다.
CMC는 순도에 따라 99% 이상을 A, 70% 이상을 S, 60% 이하를 B 그레이드로 분류하고 있다.
셀룰로스의 무수글루코오스 단위 중에는 수산기가 3개 있으며 수산기의 에테르화도(DS)에 따라 점성을 비롯한 특성이 달라지는 것으로 파악되고 있다. 이론적으로는 DS 3.0까지 얻을 수 있으나 실용적으로는 0.5-1.6이 주류를 이루고 있다.

 

일본, 2021년 출하량 1만2500톤으로 11% 증가
일본에서는 CMC를 주로 의약품‧화장품용으로 사용하고 있으며 토목, 식품 등이 뒤를 잇고 있다.
1990년대 이후에는 LiB용 수요가 급속도로 증가해 주력 용도로 정착했으며 DKS를 비롯해 다이셀미라이즈(Daicel Miraizu), 니치린케미칼(Nichirin Chemical), 니폰페이퍼(Nippon Paper) 4사가 경쟁하고 있다.
니폰페이퍼는 최근 시마네(Shimane) 소재 고쓰(Gotsu) 공장에서 CMC 생산설비를 신규 가동해 독자적으로 개발한 CMC 수용액 속에 함유된 미용해 겔 입자의 크기를 줄인 LiB용 그레이드와 셀룰로스를 매우 가볍게 카복실메틸화한 식품용 그레이드 공급을 확대하고 있다.
일본은 2021년 CMC 내수출하가 8613톤으로 전년대비 14%, 수출이 3920톤으로 7% 늘어 총 출하량이 1만2533톤으로 11% 증가했다.


내수출하는 2020년 코로나19에 따른 경제활동 및 소비활동 침체로 마이너스 성장을 나타내면서 8000톤대가 무너졌으나 2021년에는 활동 제한이 완화됨으로써 안정세를 회복했다.
수출은 중국이 생산을 확대하고 있는 LiB용이 주류를 이루고 있고, 수입량은 5459톤으로 48% 급증했으며 중국산 비중이 무려 90%에 육박하고 있다.
파스, 정제, 로션 등에 사용되는 의약품‧화장품용 수요는 2020년 감소세를 나타냈으나 2021년에는 증가세로 전환됐다.
토목용은 어스드릴(Earth Drill), 연속지중벽, 요수가압실드 등 대규모 공사에 투입되고 있으며 코로나19로 중단된 각종 공사가 재개됨에 따라 안정세를 회복했다.
식품 분야에서는 식품첨가제로 광범위하게 투입되고 있으며 냉동내성이 있어 냉동식품에도 사용되고 있다. 2020년에는 코로나19의 영향으로 집에 머무는 시간이 늘어나면서 수요가 증가했으나 2021년 일단락된 것으로 파악된다.

 

LiB용, 일본제품이 글로벌 시장 장악
일본 CMC 생산기업들은 LiB를 유력한 성장분야로 설정하고 수요 확보에 힘을 기울이고 있으며 세계적으로 일본산 CMC가 LiB용으로 가장 많이 투입되고 있다.
CMC는 주로 음극 페이스트의 바인더로 사용되고 있다.
음극은 활물질을 분산시킨 페이스트를 집전체에 도포하며 CMC는 활물질을 용매에 균일하게 분산시킴과 동시에 활물질을 집전체에 밀착시키는 역할을 하는 것으로 파악되고 있다.
가장 많이 사용되는 수계 페이스트는 SBR(Styrene Butadiene Rubber)과 CMC를 조합한 바인더를 채용하고 있다.
CMC는 보호 콜로이드에 따른 활물질 분산 안정, 표면보호 기능에 따라 음극 바인더에 적합하며 에테르화도에 따라 점성을 제어할 수 있는 점도 이점으로 작용하고 있다. 활물질은 종류별로 점도 조절이 요구되기 때문이다.


LiB 시장은 전기자동차를 비롯한 전동자동차가 성장을 견인하고 있다.
글로벌 자동차 생산기업들은 세계적으로 지구온난화 방지를 위한 이산화탄소(CO2) 배출량 감축 움직임이 가속화됨에 따라 전기자동차 도입에 주력하고 있으며 자동차에 탑재하는 배터리를 확보하기 위해 대규모 투자에 박차를 가하고 있다.
LiB는 자동차용 수요가 대폭 증가할 것이 확실시됨에 따라 고성능화, 저코스트화에 대한 요구가 높아지고 있다. 특히, 안전성은 물론 항속거리를 연장하기 위한 고용량화, 입출력과 에너지밀도 양립이 요구되고 있다.
자동차용 LiB는 글로벌 시장이 2021년 약 4조8000억엔에서 2035년 26조4000억엔으로 8.5배 확대될 것으로 예상된다. 중국과 유럽이 각각 9조엔대로 최대시장을 형성하고 북미는 3조9000억엔, 일본은 1조7000억엔으로 8-9배 성장할 것으로 예측된다.


LiB는 재생에너지가 보급됨에 따라 축전지용 수요도 증가하고 있다. 태양광발전, 풍력발전은 계절과 날씨에 발전량이 좌우됨에 따라 안정적으로 전력을 공급하기 위해서는 고정 가능한 대형 축전지가 필수적이다.
음극 페이스트 바인더로 사용되는 CMC는 LiB의 주요 소재는 아니나 요구성능을 실현하기 위해서는 필수적인 것으로 파악되고 있다.
일본 CMC 생산기업들은 이전부터 음극 페이스트를 집전체에 평활하고 균일하게 도포하기 위해 미세하게 미용해 부분을 줄인 고순도제품을 개발하는 등 연구개발(R&D)에 힘을 기울였으며 앞으로도 기술력을 향상시켜 경쟁우위를 유지할 방침이다.
최근에는 원료가격 상승으로 가격 인상이 불가피한 것으로 파악되고 있다.
국제유가 상승이 펄프, 가성소다(Caustic Soda), MCA, 용제 등 CMC 생산에 투입되는 소재 가격에도 영향을 미쳐 채산성이 크게 악화되고 있으며 일부는 공급가격 인상으로 대응하고 있는 것으로 알려졌다. (J)


표, 그래프: <일본의 CMC 출하동향, CMC의 용도 및 효과·기능, CMC의 용도별 요구 특성 ①, CMC의 용도별 요구 특성 ②>

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