
CMC(Carboxy Methyl Cellulose)는 LiB(리튬이온전지)용 시장의 비중이 확대될 것으로 예상된다.
CMC는 셀룰로스계 수용성 폴리머로 증점제 등으로 사용되며 식품, 의약품, 화장품 등 생활용품부터 토목, 제지 등 산업 분야까지 광범위한 용도에 투입되고 있다.
생산기업들은 기존 용도 뿐만 아니라 자동차 전동화를 타고 시장이 확대될 것으로 예상됨에 따라 니즈에 대응할 수 있는 고품질 CMC 공급에 주력하고 있다.
의약·화장품부터 식품·건축까지 광범위
CMC는 다양한 분야에서 사용된다.
CMC는 고순도 펄프의 주성분인 셀룰로스에 MCA(Monochloroacetic Acid)를 반응시켜 수산기를 카복실메틸기로 치환해 생산하며 중화·정제·건조·분쇄·분류 공정을 거쳐 흰색 가루 및 과립 형태로 공급한다.
CMC는 주원료인 셀룰로스로부터 유래한 완만한 생분해성이 특징이다.
인체에 대한 높은 안전성은 물론 목질 베이스이기 때문에 친환경 소재로 평가되며 천연 접착제 대비 쉽게 부식되지 않고 경년변화가 적다. 냉·온수에 잘 녹아 투명하고 점성이 있는 액체를 만들 수 있으며 투명한 피막을 형성할 수 있고 접착 효과도 있다. 보호 콜로이드, 유화분산성, 고체분산성도 우수하다.
일본에서는 CMC를 식품첨가물, 일본약방국(JP), 의약외품원료, 사료 첨가물 공적규격에 적합한 소재로 규정하고 있으며 순도 99% 이상을 A그레이드, 약 70% 이상을 S, 60% 이하를 B로 분류한다. 고품질 니즈가 높아 A그레이드가 수요의 대부분을 차지하는 것으로 알려졌다.
CMC는 셀룰로스에 포함된 무수글루코스 단위 중 수산기 3개가 얼마나 에테르화됐는지에 따라 증점성, 분산성, 접착성, 유화 안전성, 수윤성 등 다양한 효과가 나타난다. 에테르화도는 이론상 3.0이 최고이나 0.5-1.6이 주를 이루는 것으로 알려졌다.
일본은 CMC공업협회를 구성하는 DKS, 다이셀미라이즈(Daicel Miraizu), 니치린케미칼(Nichrin Chemcical), 일본제지(Nippon Paper) 등 4곳이 CMC를 생산하고 있다.
가장 큰 비중을 차지하는 용도는 의약·화장품용으로 파악되며 파스, 연고, 치약 등에는 필수적으로 사용된다.
토목·보링(Boring) 분야에서는 어스드릴 공법, 연속지중벽 공법, 이수가압실드 공법 등에 사용하며 식품 분야에서는 다양한 가공식품에 보존성 향상, 보존 안정성 등의 기능을 부여하는 식품첨가물로 이용한다.
일본, 토목공사용 시작으로 수요 감소
일본은 CMC 수요가 감소하고 있다.
일본 CMC공업협회에 따르면, 2023년 출하량은 1만941톤으로 전년대비 8.8% 감소해 2년 연속 줄었다. 내수 출하가 8086톤으로 8.4%, 수출이 2855톤으로 9.9% 감소한 것으로 나타났다.
내수 출하량은 최근 7000-8000톤대를 오르내리고 있으며 2021년, 2022년 연속으로 증가했다. 2023년에는 감소로 전환했으나 8000톤을 확보해 선방한 것으로 평가된다. 반면, 2015년 이후 3000톤대를 유지하던 수출은 2800톤대로 떨어졌다.
의약·화장품용 수요는 안정적인 것으로 평가되나 토목·보링용 수요는 도쿄(Tokyo) 올림픽 등 대형공사가 줄어듦에 따라 감소한 것으로 판단된다.
공법 다양화가 확대된 영향도 있는 것으로 추정되며, 사료용 역시 사료 종류 변화로 감소했다.
일본 CMC 시장은 성장하는 LiB용을 제외하면 이미 대부분의 용도가 성숙기로 판단돼 보합세 또는 완만한 약세를 이어갈 것으로 예상된다.
출하량 가운데 A그레이드가 차지하는 비중은 98%에 달하며 S그레이드는 230톤에 불과했다. B그레이드는 내수, 수출 모두 없어 A그레이드로의 전환이 두드러지고 있음을 방증했다.
수입은 5957톤으로 약 4% 감소했다. 주수입처인 중국산이 5163톤으로 5.0% 줄어든 반면, 인도네시아·인디아산 수입은 증가한 것으로 나타났다.
LiB 음극재 수요가 시장 견인
CMC 시장은 LiB용 수요가 성장을 견인할 것으로 예상된다.
일본 CMC 생산기업들은 품질 개선 및 안정공급에 주력해 LiB 시장을 공략하고 있다. CMC는 음극 페이스트용 분산재(증점재)로 사용되며 페이스트의 점도를 최적화하는 기능이 있다.
음극 페이스트는 탄소 활물질과 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 접착제를 NMP(N-Methyl Pyrrolidone)라는 극성용매에 분산시킨 용제계와 활물질과 접착제에 SBR(Styrene Butadiene Rubber)과 CMC를 조합한 수계로 구분된다.
기존에는 용제계가 선행했으나 환경부하가 적으면서 안정성 등이 우수한 수계가 주류를 형성하고 있다.
음극재는 집전체인 동박에 활물질을 포함한 페이스트를 도포한 다음 건조해서 생산하는데 활물질을 균일하고 정밀하게 도포하기 위해서는 분산재가 필수적이다.
페이스트에 대한 도포 용이성과 집전체에 대한 밀착성은 점도에 달려 있다. 도포 용이성과 밀착성 등이 충분하지 못하면 음극재 수율에 악영향을 미칠 가능성이 있다.
CMC는 보호 콜로이드 성질 덕분에 활물질의 분산을 안정시키며 표면보호기능까지 있다. 에테르화도 따라 점성 조절이 용이한 점도 특징이며 음극 페이스트용으로는 수분산성이 높은 CMC가 주로 사용되고 있는 것으로 알려졌다.
CMC 생산기업들은 음극재 생산성 개선에 기여하기 위해 품질개량을 추진하고 있다. 이미 수용액의 미용해 겔 입자를 작게 만들어 도포공정에서 핀홀 발생을 억제하는 기능을 개발했으며 겔 함유량을 줄여 여과공정 없이 페이스트를 생산할 수 있게 개량하는데 성공했다.
LiB는 자동차, 정치용 등 탄소중립 실현에 필요해 중장기적으로 성장을 이어갈 것으로 예상되고 있다.
전고체전지 등 차세대 배터리 개발이 활기를 띠고 있으나 지금까지 채용실적을 고려하면 당분간 배터리 산업계의 주인공 역할은 LiB가 수행할 것으로 전망된다.
야노(Yano)경제연구소에 따르면, 글로벌 자동차용 LiB 시장은 2023년 77만5000MWh로 24.5% 성장한 것으로 파악된다.
성장률을 낮게 계산한 시장 기준 전망은 2025년 98만9000MWh, 2030년 153만6000MWh로 2023년 대비 100% 확대되고, 성장률을 높게 계산한 정책 기준으로는 2025년 124만8000MWh, 2030년 224만1000MWh로 200만MWh를 돌파할 것으로 기대된다.
일본제지는 한국, 중국 LiB 소재 생산기업들이 전기자동차 시장이 성장하고 있는 유럽 진출을 확대함에 따라 헝가리에 LiB용 CMC 사업장을 건설하고 있다. 유럽연합(EU)이 역내 자동차 공급망 확립을 추진한데 따른 대응으로 파악된다.
일본제지는 완전자회사 Nippon Paper Chemiclas Europe를 설립하고 생산·판매기지로 활용해 안정적으로 유럽 시장에 CMC를 공급할 방침이다. 신규 공장은 2024년 12월 가동할 예정이며 목표매출은 약 5000만유로 수준으로 알려졌다. (윤)