EVA/POE의 전체 산업 체인 분석

머리말

최근 몇 년간 태양광 산업의 급속한 발전으로 인해 태양광 필름용 원료 입자(EVA/POE)에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있습니다. 이에 따라 중국 플라스틱 압출기의 수요도 함께 증가하고 있습니다. 통계에 따르면, 전 세계 필름 생산 능력의 거의 대부분이 중국에 집중되어 있습니다. 동시에 EVA와 POE는 핵심 포장재료이며, 중국은 여전히 수입 의존도가 높습니다. 2021년에도 우리나라의 EVA 수입 의존도는 여전히 50%를 넘을 것이며, 해외 제조업체들이 POE를 독점하고 있습니다. 수입 의존과 하류 수요의 급격한 확대, 그리고 낮은 국내 생산 비율은 EVA 및 POE 소재의 발전을 위한 광범위한 시장 공간을 가져왔습니다.

태양광 필름의 종류와 비교

중국의 태양광 산업은 일찍 시작되었으며, 발전 수준이 높고 산업 사슬의 많은 단계에서 높은 생산 능력을 보유하고 있습니다. 특히 태양광 필름 산업에서는 글로벌 태양광 산업 발전의 촉진자이자 선도자가 되었습니다. 업계 재편 이후 외국 기업들은 시장에서 철수했습니다. 포스터의 연례 자료에 따르면, 태양광 필름 기업의 생산비 중 약 90%는 직접 원료 비용입니다.

중국 플라스틱 압출기의 원료인 EVA/POE는 태양광 필름의 핵심 원료이기도 하며, 현지화 비율은 낮습니다. 2021년 기준 중국의 EVA 생산 능력은 총 177만 2천 톤으로 세계 총량의 27%를 차지하며, POE/POP의 세계 생산 능력은 중합 공정, 메탈로센 촉매, 알파올레핀 등 여러 요소로 인해 100만 톤을 넘어섰습니다. 이러한 과정에는 높은 기술적 장벽이 존재하며, POE 생산 능력은 주로 다우, 미쓰이, LG 등의 기업에 집중되어 있으며, 중국은 아직 POE의 대규모 산업적 응용을 실현하지 못했습니다.

시장에는 네 가지 주요 태양광 필름이 있습니다: 중국 플라스틱 압출기 투명 EVA 필름, 백색 EVA 필름, POE 필름, 그리고 공압출 EPE 필름입니다. 투명 EVA 필름은 가격 우위와 가공 성능 우위로 현재 시장의 주류 포장재료가 되었으며, 약 52%의 점유율을 차지합니다. 백색 필름 EVA는 EVA 수지에 이산화티타늄 및 기타 백색 충전제를 일부 첨가하여 2차 빛을 개선한 것으로, 주로 단일 유리 및 이중 유리 모듈의 후면 포장에 사용됩니다. 백색 EVA를 투명 EVA 대신 사용할 경우, 이중 유리 모듈의 출력 증가는 7~10W에 달하며, 단일 유리 모듈의 출력 증가는 1~3W에 이릅니다.

중국 플라스틱 압출기, POE 필름은 독특한 anti-PID 성능, 높은 저항률, 수분 분해가 쉽지 않다는 점에서 이중 유리 모듈의 주류 포장 원료입니다. 공압출 공정을 통해 EVA와 POE 수지를 혼합해 EPE 필름을 압출하며, EVA의 뛰어난 가공성과 POE의 우수한 anti-PID 성능 및 수증기 저항성을 모두 갖추고 있습니다. CPIA의 예측에 따르면, 향후 몇 년간 투명 EVA와 백색 EVA 필름의 시장 점유율은 감소하고, EPE 필름의 시장 점유율은 크게 증가할 것입니다. 이에 따라 중국 플라스틱 압출기의 수요도 크게 증가할 것입니다.

EVA 시장의 현황과 전망

EVA는 화학 산업 사슬의 중하류에 위치하며, 직접 원료는 에틸렌과 아세트산비닐입니다. EVA 생산 능력의 급속한 확대에 따라 에틸렌 기반 아세트산비닐의 수요도 크게 증가했습니다. 반면, 지난 5년간 에틸렌 기반 아세트산비닐의 생산은 효과적으로 확대되지 않았습니다. 이로 인해 수요와 공급 간의 모순이 점점 더 두드러지고 있습니다.

중국 플라스틱 압출기의 EVA는 용액 중합, 유화 중합, 현탁 중합, 고압 벌크 연속 중합의 네 가지 생산 공정을 거칩니다. 현재 산업 생산은 고압 벌크 연속 중합 방식으로, 이는 관형 또는 가마 방식으로 나눌 수 있습니다. 바젤의 관형 기술과 엑손모빌의 오토클레이브 기술은 현재 태양광 소재 생산의 주류입니다. 바젤의 관형 방식은 펄스 밸브를 장착해 반응 과정 중에 반응기 내벽을 세척하고, 폴리머의 부착을 줄이며 결정성을 낮춥니다. 이로 인해 점의 형성이 지속적이고 높은 비율로 태양광 소재를 생산할 수 있습니다. 가마 방식은 펄스 밸브를 장착하지 않습니다. 초고압 상태에서 EVA는 에틸렌과 VA에 용해되었다가 냉각 시 튜브 벽에 침전해 벽에 달라붙게 됩니다. 가마 방식은 태양광 소재 생산 시 반응기를 자주 세척해야 하며, 태양광 소재의 비율이 상대적으로 낮습니다.

중국 플라스틱 압출기 EVA는 VA 함량에 따라 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다: EVA 수지(VA 함량 51%-40%), EVA 엘라스토머(VA 함량 40%-70%), EVA 에멀젼(VA 함량 70%-95%). 아래에서 다루는 것은 모두 EVA 수지입니다.

IHS 통계에 따르면, 2021년 전 세계 EVA 생산 능력은 650만 톤이며, 동북아시아, 북미, 서유럽의 세 지역이 88%를 차지합니다. 한국은 118만 톤(18%), 일본은 64만 톤(10%), 중국 대만은 51만 톤(8%)입니다.

2017년부터 2020년까지 전 세계 EVA 생산 능력의 성장률은 비교적 느렸습니다. 2021년에는 탄소 피크와 탄소 중립의 추진으로 인해 글로벌 태양광 산업이 새로운 발전 단계에 진입했으며, EVA 역시 새로운 발전 기회를 맞이했습니다. 2021년 전 세계 신규 EVA 생산 능력은 110만 톤에 달했으며, 이 중 중국의 신규 생산 능력은 80만 톤, 한국은 30만 톤이었습니다. 향후 몇 년간 전 세계 신규 생산 능력은 여전히 주로 중국 제조업체에 집중될 것입니다. 저희 추산에 따르면, 2022년부터 2024년까지 전 세계 신규 EVA 생산 능력은 108만 톤에 도달할 것으로 예상되며, 연평균 성장률은 5.3%입니다.

중국 플라스틱 압출기의 EVA 생산 능력은 주로 연안 및 내륙 석탄화학 기지에 분포해 있습니다. 중국 동부의 EVA 생산 능력은 무려 66%를 차지하며, 중국 북부와 서북부는 각각 17%, 17%를 차지합니다. 국내 소비의 90%는 육지에서 발생하며, 두 지역 간의 차이는 뚜렷합니다. 중국 동부의 필름 및 케이블 기업들의 급속한 확장으로 인해 태양광 소재와 케이블 소재의 소비 비중이 더욱 높아졌습니다. 소재 분야에서는 주로 폼과 핫멜트 접착제의 소비가 많습니다.

최근 몇 년간 대규모 정유 및 석탄-올레핀 개발로 민간 기업들이 잇따라 EVA 분야에 진출하면서 공급 주체가 다양해졌습니다. 국유기업, 합작기업, 민간기업의 삼각 구도가 형성되었습니다.

현재 중국에서는 세 개의 기업만이 태양광 등급 투명 EVA를 생산할 수 있습니다. 2021년부터 2022년까지 많은 장비들이 생산에 투입되지만, 태양광 소재의 효과적인 증가는 없었으며, 현재 공급 측면은 여전히 제한적입니다. Sailbond, Lianhong, Formosa Plastics 및 해외 자원이 주요 공급원으로, 현재 태양광 소재를 생산할 수 있는 장비들은 모두 가동 중이며, 다른 장비들을 태양광 소재로 전환하는 것은 복잡하고 점도가 높습니다. 장기적으로 생산 시 파이프라인이 막힐 수 있으며, 오래된 장비들은 생산을 중단하고 전환될 예정입니다. 태양광 소재는 파이프라인을 청소하기 위해 자주 정지해야 합니다. 신규 생산능력 측면에서 보면, Sinochem Quanzhou, Yangzi Petrochemical, Yanchang Yulin은 아직 태양광 소재를 생산하지 않았으며, 2022년에는 주로 Zhejiang Petrochemical과 LG 공장에서 태양광 소재가 증가할 것으로 보입니다. Dushanzi의 EVA 20만 톤이 최근 인도될 예정이며, 9월 30일에 가동될 것으로 예상됩니다.

장기적으로 볼 때, 중국의 EVA는 여전히 많은 신규 생산능력 계획을 가지고 있지만, 태양광 소재를 생산하려면 여전히 긴 생산 기간이 필요합니다: 프로젝트 건설 기간은 약 3년이며, 생산 후 LDPE를 먼저 생산한 뒤 EVA 생산으로 전환하는 데 0.5~1년이 걸립니다. 품질이 확보된 제품이 안정적으로 생산된 후에도 하류 필름 제조업체들이 시험 생산하는 데 3~6개월이 필요하며, 전체 프로젝트 주기는 약 4년 정도 소요됩니다. 또한 모든 태양광 소재를 생산할 수 있는 것은 아니며, 관형 태양광 소재의 수율 상한은 80%-100 %이고, 커버 방식 태양광 소재의 수율 상한은 10%-30%입니다.

EVA 제품의 지역 간 교역은 활발하지 않으며, 주로 지역 내 순환에 의존하고 있습니다. 동북아시아는 세계의 핵심 무역 중심지로, 여러 중요한 지역들과 많은 교역이 이루어지고 있습니다. 2018년 전 세계 지역 간 교역량은 총 85만 톤이었습니다. 북미, 동북아시아, 서유럽은 EVA의 순수출 지역이며, 그중 미국은 9만 톤, 동북아시아는 8만 8천 톤, 서유럽은 9만 톤의 순수출량을 기록했습니다. 주요 EVA 수입국은 동북아시아로, 중국은 세계 최대 수입국입니다. 현재 중국의 EVA 생산 능력은 부족하여 수입에 크게 의존하고 있습니다. 지난 5년간 수입 의존도는 50% 이상을 유지해왔으며, 2021년 중국의 EVA 수입량은 111만 6천 7백 톤에 달할 것입니다. 이 중 세 곳이 중국 수입의 70%를 차지합니다.

태양광 산업 등의 급속한 발전 덕분에 중국의 EVA 소비는 빠르게 성장하고 있습니다. 2021년 중국의 EVA 소비량은 205만 3천 톤에 도달할 것이며, 지난 5년간의 복합 성장률은 9.52%였습니다. EVA는 주로 태양광, 섬유·신발 소재, 전기 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있으며, 하류 소비 구조는 태양광 소재 37%, 폼 소재 28%, 케이블 소재 17%, 핫멜트 접착제 7%, 코팅 7%, 농업용 필름 1%입니다. 가장 큰 하류 소비자인 태양광 소재는 앞으로도 계속 확대될 것으로 예상됩니다.

CPIA의 글로벌 태양광 설치 용량 전망에 따라 필름 소재 비중의 변화 추세를 반영해 향후 EVA 수요를 계산했습니다. 평균 시나리오에서는:

1. 설치 용량 데이터 측면에서 보면, 글로벌 태양광 설치량의 성장률은 2021~2023년에 정점에 도달한 뒤 점차 둔화될 것입니다.

2. 평균 조건 하에서 EVA 수지에 대한 수요 증가는 2021년 24만 톤, 2022년 21만 톤, 2023년 15만 톤, 2024년 10만 톤에 달할 것입니다. 태양광 소재 생산능력 측면에서 보면, 2022년에도 태양광 소재는 여전히 부족할 것이며, 호황은 지속될 것으로 예상됩니다.

3. 국내 EVA 생산이 가속화됨에 따라 EVA의 자급률은 점차 높아지겠지만, 여전히 높은 수준의 수입 의존도를 유지할 것입니다.

POE 시장의 현황과 전망 POE 시장의 현황과 전망

중국 플라스틱 압출기의 원료인 POE, 폴리올레핀 엘라스토머는 에틸렌과 프로필렌 또는 기타 알파올레핀(예: 1-부텐, 1-헥센, 1-옥텐 등)을 공중합한 폴리올레핀 재료입니다. 폴리올레핀 플라스틱과 비교하면, 분자 사슬 내 공중합체의 함량이 더 높고 밀도는 낮습니다. 폴리올레핀 엘라스토머는 주로 에틸렌 프로필렌 공중합체와 에틸렌/알파올레핀 공중합체를 포함하며, 에틸렌 프로필렌 공중합체 엘라스토머는 에틸렌 프로필렌 고무(EPM)와 에틸렌 프로필렌 프로필렌 고무(EPDM) 두 종류가 있습니다. 에틸렌/알파올레핀 공중합체 엘라스토머는 주로 에틸렌/알파올레핀 랜덤 공중합체(POE)와 에틸렌/알파올레핀 블록 공중합체(OBC)를 포함합니다.

POE는 독특한 분자 구조 덕분에 우수한 유변학적 특성, 기계적 특성, 자외선 저항성, 뛰어난 저온 인성 등을 갖추고 있으며, 폴리올레핀과의 친화성이 뛰어납니다. 이는 변성 및 필름 제조 분야에서 널리 사용됩니다.

최종 응용 분야 측면에서 보면, 중국 시장은 자동차 산업이 주도하며 소비량은 68%, 고분자 변성은 19%, 전선·케이블은 9%, 기타 분야는 약 4%입니다. 우리나라의 POE는 수입에 의존하고 있으며, 소비 시장은 여전히 육성해야 하며, 향후 일부 고무 및 플라스틱을 대체할 수 있을 것입니다.

외국 기업들이 전 세계 POE 생산능력을 독점하고 있으며, 중국은 아직 산업적 응용을 이루지 못했습니다. 전 세계 POE/POP 생산능력은 연간 100만 톤을 넘으며, Dow가 POE 분야의 선두주자로 생산능력 비중이 가장 높습니다. 등급은 20여 가지가 넘으며, 융점 지수는 1~30g/10min으로 다양하게 분포되어 있습니다. 강력한 개발 능력과 뛰어난 제품 품질을 자랑합니다. Exxon은 세계 최초로 POE의 산업화 생산을 실현한 기업으로, 연간 생산능력은 17만 톤입니다. 이 외에도 Mitsui, LG, SK 등도 촉매 시스템을 개발해 POE 시장에서 자리 잡았으며, POE 산업은 매우 집중된 상태입니다.

현재 몇몇 국내 기업들이 POE 기술 개발에 나섰습니다. 그중 Wanhua Chemical이 가장 빠르게 진전해 파일럿 테스트를 완료했으며, 20만 톤 규모의 POE 공장은 2024년에 가동될 것으로 예상됩니다. 또한 Maoming Petrochemical, Sierbang, Satellite Petrochemical, Huizhou All 등도 POE 계획을 발표했거나 이미 파일럿 단계에 있으며, POE의 국산화 과정은 더욱 빨라질 것으로 기대됩니다.

EVA와 POE의 성능 비교

태양광 분야에서 EVA와 POE는 각각 장단점을 가지고 있습니다. EVA는 가격이 저렴하고 가공이 쉬우며 저장성이 뛰어나고 가교화 속도가 빠르며 유리 및 배플과의 결합 성능이 좋습니다. POE의 장점은 주로 우수한 물성과 PID 저항성에 있습니다. 뛰어난 저항성, 높은 수증기 차단율, 저온 및 황변 저항성을 갖추고 있습니다.

EVA의 주요 단점은 아세트산 바닐린이 빛, 산소, 습하고 뜨거운 환경에서 쉽게 가수분해되어 아세트산을 생성하며, 이는 셀 표면과 리본 등을 부식시키고 유리 내 Na와 반응해 다량의 자유 이동 Na 이온을 생성할 수 있다는 점입니다. 이러한 Na 이온은 출력 감소를 일으킵니다. 동시에 EVA는 빛과 열 환경에서 쉽게 황변해 광투과율에 영향을 미치고 모듈의 전체 출력 손실을 초래합니다.

POE의 단점은 다음과 같습니다: POE의 극성이 낮아 필름 가공 과정에서 극성 보조 용매가 필름 표면에 침전되어 매끄러운 표면과 쉬운 변위를 초래합니다. 가공 난이도가 지나치게 높고, 필름 가장자리가 걸리기 쉽습니다. 또한 POE 입자의 전체 가격은 EVA보다 높으며 비쌉니다. 일반적으로 향후 몇 년간 필름 입자에서 POE 입자의 적용 비율이 확대될 것으로 여겨지며, 이는 주로 다음과 같은 요인들 때문입니다:

1. N형 셀: 현재 P형 셀의 광전변환 효율은 24.5%에 육박하는 상한선에 도달했으나, N형 셀의 변환 효율 상한선은 더 높습니다. P형 셀의 실리콘 웨이퍼 내 도핑된 붕소-산소 복합체는 전위 감퇴를 가속화하며, N형 배터리는 스케일을 도핑해 햇빛에 의한 퇴색 저항성이 우수합니다. N형 배터리의 PID 효과는 채광면에 더욱 민감하며, 심각한 PID 감쇠를 겪은 N형 모듈은 빛이 회복된 후에도 돌이킬 수 없는 손상을 일으킬 수 있습니다. 따라서 포장용으로 POE 필름을 선택하면 모듈의 전체 수증기 투과율을 줄이고 모듈의 사용 수명을 연장할 수 있습니다. 따라서 N형 배터리의 보급 확대로 인해 POE의 수요도 증가할 것입니다.

2. 대규모 배터리 출력: 최근 몇 년간 다양한 종류의 배터리 부품의 출력이 크게 향상되었으며, 발열량이 증가하고 온도가 배터리의 전기적 특성, 예를 들어 최대 출력 및 개방회로 전압 등에 더욱 큰 영향을 미치게 되었습니다. 이에 따라 전기적 성능 요구사항도 더욱 높아질 것입니다.

3. 커버 글라스의 얇아짐과 이중 유리 구성 요소의 증가: CPIA 자료에 따르면 현재 유리 두께는 주로 2.5mm 미만, 2.8mm, 3.2mm이며, 그 중 두께 2.5mm 미만의 커버 글라스 시장 점유율은 32%입니다. 2025년까지 이 비율은 약 50%로 증가할 것으로 예상됩니다. 유리가 얇아지면서 포장재의 성능 요구사항도 높아지고 있으며, POE는 우수한 기계적 강도와 인성을 갖추고 있습니다.

EPE 필름은 EVA와 POE의 장점을 결합한 것으로, 향후 필름 분야의 중요한 발전 방향입니다. 또한 POE의 뛰어난 물성은 자동차, 전선, 케이블, 기계, 신발 밑창, 핫멜트 접착제 등에서 엄청난 응용 가능성을 가지고 있습니다. 중국화 과정의 가속화에 따라 POE는 더욱 중요한 시장 공간을 개척하게 될 것입니다.