기가팩토리, 어떻게 하면 빨리 건설할 수 있나?

• 리튬이온 배터리 공장, 즉 기가팩토리 건설이 속도와 효율 면에서 업계를 선도하고 있다.
• 프리패브리케이션(prefabrication)과 디지털 기획 프로세스로 기가팩토리 건설 속도를 높일 수 있다.
• 전기차 수요가 늘어남에 따라 모든 자동차 제조업체가 이 같은 이점을 누릴 수 있다.

기가팩토리 건설은 이제 놀라울 정도로 빨라졌다. 대부분의 건물이 완공되기까지 수 년이 걸리는 반면, 각각의 리튬이온 배터리 공장은 수 개월 만에 완공이 가능하다.

테슬라의 창업자인 일론 머스크가 만들어 낸 기가팩토리(gigafactory)라는 용어는 수 십억을 측량하는 단위인 기가(giga)에서 유래했다. 이는 테슬라 기가팩토리4와 같은 전기차(EV)에 사용되는 배터리를 생산하는 공장을 의미하며, 현재 독일에서 건설 중이다. EV의 비용을 줄이기 위한 가장 빠른 방법은 배터리 생산 비용을 감소하는 것이다.

독일의 자동차 연구소인 IfA의 스테판 라인들(Stefan Reindl) CEO가 슈피겔 온라인(Spiegel Online)과의 인터뷰에서 “배터리와 그 안에 들어가는 셀을 개발하는 데에는 수십 억 달러의 비용이 든다”고 밝혔다. 그는 또 “그래서 제조업체들은 지출된 모든 비용에 대해 가능한 많은 배터리를 생산해야 한다. 따라서, 제조업체들은 시간당 킬로와트 혹은 메가와트 보다는 기가와트 차원에서 EV 배터리를 생산해야 한다. 엄청난 규모의 작업이다”라고 강조했다.

앞으로 배터리로 움직이는 전기차에 대한 글로벌 수요를 충족시키기 위해, 현재 전 세계적으로 엄청난 수의 기가팩토리가 건설 중이다. 예를 들어, 현재 유럽에서만 20여 개의 기가팩토리가 있다.

앞으로 배터리로 움직이는 전기차에 대한 글로벌 수요를 충족시키기 위해, 현재 전 세계적으로 엄청난 수의 기가팩토리가 건설 중이다. 예를 들어, 현재 유럽에서만 20여 개의 기가팩토리가 있다.

독일만 따져보아도, 폭스바겐과 노스볼트(Northvolt)가 북부 잘츠기터 지역에 리튬이온 배터리 공장을 건설 중이고, 중국 첨단 기술 기업인 에스볼트(Svolt)는 남서부에 위치한 잘란트 지역을 생산 부지로 선정했다. 테슬라와 기타 기업들은 북동쪽 지역인 베를린 프라덴부르크에 공장을 세우고 있다. 독일 리서치 및 컨설팅 업체인 외코 인스티튜트(Öko-Institut)는 이르면 2050년까지 글로벌 수요를 충족하려면 220개 기가팩토리가 필요할 것이라고 예상했다.

독일의 자동차 전문 기술, 배터리 생산에 유리

배터리 운송 및 저장 비용이 너무 높기 때문에 전문가들은 배터리 공장을 계획할 때 항상 자동차 제조 공장 근처 장소를 찾는다. 독일의 자동차 제조 공장 근처에서 전문 엔지니어 수급이 용이하다는 점도 배터리 공장 건설과 운영을 위한 완벽한 기반을 갖추고 있다고 할 수 있다. 높은 수준의 정부 지원금도 독일의 배터리 산업을 지원하고 있다.

제조업체들에게 이러한 조건은 유럽 중앙에 위치한 독일의 지리적 이점과 더불어, 독일에 투자하기 좋은 이유가 된다.

기가팩토리는 유행어처럼 번져, 테슬라 배터리 공장 외 다른 배터리 공장뿐 아니라, EV 공장을 지칭하는 말이 됐다. 이 용어는 엄청난 관심을 받고 있는 전기 업계의 모든 측면을 나타낸다.

공장이 지어지는 속도도 주목받고 있다. 다른 건물들이 완공되기까지 수 년이 걸리는 반면, 기가팩토리는 몇 개월 안에 완성된다. 이 점에 있어 일론 머스크가 선구자라 할 수 있다. 그는 자동차 산업뿐 아니라 건설 산업에서도 첨단을 달리고 있다. 머스크 테슬라 CEO는 베를린 브란덴부르크 지역에 건설 중인 테슬라의 기가팩토리4가 세계에서 가장 빠른 속도로 지어진 공장이 됐으면 한다. 2020년 7월에 착공한 이 공장은 올해 완공을 목표로 하고 있다.

Giga Berlin progress pic.twitter.com/ekpG5qcbUi

— Elon Musk (@elonmusk) February 1, 2021

테슬라 기가팩토리4를 짓고 있는 건설 회사들

많은 독일 건설사들이 테슬라 기가팩토리4 프로젝트에 참여하고 있으며, 여기에는 건설 및 부동산 기업인 골드벡(GOLDBECK)도 포함돼 있다. 골드벡은 BMW, 지멘스 및 젤리 제조회사 하리보와 같은 세계 유명 기업의 주차 공간, 물류 시설, 생산 현장, 사무실 등을 건설한다. 또한 학교와 주거용 건물도 세운다.

골드벡의 최근 프로젝트는 테슬라 기가팩토리4다. 골드벡 인터내셔널의 외르그 스트로마이어(Jörg Strohmeier) 메니징 디렉터는 머스크와 그의 팀을 상대로 직접 협상을 벌였다. 스트로마이어가 머스크의 출생지인 남아프리카 공화국에서 성장했다는 사실이 도움이 되었을지도 모른다.

스트로마이어 디렉터는 “머스크가 2019년 공개적으로 독일의 기가팩토리4를 상하이의 기가팩토리3보다 짧은 기간 내 세우기를 원한다고 공개적으로 발표했을 때, 이미 시장을 선도했다고 할 수 있다”라고 말했다. 이 요건을 충족하려면 디지털 기획과 프리패브리케이션이 필요했으며, 이 둘은 골드벡의 주요 관심 분야였다. 그는 이어 “이 정도 규모의 생산 시설을 그렇게 짧은 시간 안에 만들어 낼 수 있는 유일한 방법은 표준화된 부품과 조정 가능한 계열생산을 사용하는 것이다”라고 전했다.

골드벡은 건물을 제품이라고 생각하며, 자동차 업계도 같은 시각을 가지고 있다. 자동차 제조업체들은 보통 예상치 못한 지연을 차단하고 계획에 맞춰 자동차를 완성한다. 골드벡 또한 건설 현장에서 이와 같은 성과를 기대한다. 필수 부품은 사전 제작하며, 현장에서는 조립만 하면 된다. 짧은 공사 기간 뒤에 숨겨진 또 다른 요인은 주문형(built-to-suit) 공장이 대신에 다기능 건물로 기가팩토리를 설계한다는 점이다. 스트로마이어는 “언젠가는 전기차 대신 로켓을 만들 것이다”라며 농담하듯 말했다. 이어 “이 공장에서 충분히 가능한 일이다”라고 힘주어 말했다.

골드벡은 자동화 및 디지털화 된 기획 프로세스를 사용한다. 여기에는 오토데스크 BIM360 에서 클라우드 기반 BIM 모델을 사용한 정보 공유도 포함된다. 스트로마이어는 “대서양을 가로지르는 시차가 있는 상황에서, 디지털 툴이 없었다면 이 정도 속도의 계획은 생각조차 할 수 없었을 것이다”라고 밝혔다. 2020년 코로나 사태가 시작되면서 30명의 테슬라 엔지니어가 하루 아침에 독일을 떠나 미국에서 일해야 했다고 밝혔다. 스트로마이어는 디지털 기술로 기가팩토리를 짓는데 걸리는 시간을 1/3 줄일 수 있다고 믿는다.

빠르고, 효율적이며, 경제적인 건설을 위한 클라우드 기반 작업

기가팩토리와 같은 대규모의 건설 프로젝트를 수행하기 위해서는 엄청난 수의 사람이 필요하다. 독일 건설 대기업 막스 뵈글(Max Bögl)의 요한 브라운(Johann Braun) 감사회 위원 겸 중앙부 건물 건설 부문장은 “즉, 개별 팀이 서로 깊이 의존하고 있으며, 특히 계획과 프로세스의 조화에 있어 특히 그렇다”라며, “프로젝트에 참여한 개인은 가치 사슬 내 모두에게 정보를 업데이트해 줘야 한다”라고 전했다.

브라운 부문장은 직원들이 업무 시간 중 2/3는 정보를 모으고 업데이트 하는데 사용된다고 추측한다. 이 시간을 품질 향상에 투자하는 편이 낫다. 그는 “이런 시간 낭비를 줄이기 위해 우리는 정보의 주요 자료로 BIM을 사용한다”라고 말하며, “우리는 계획을 시작하자마자 건설 프로젝트의 디지털 트윈(digital twin)을 만들어 프로젝트와 관련된 모든 정보를 추가한다”라고 밝혔다.

빌딩 데이터 모델에 중앙 액세스 포인트를 제공해, 프로젝트에 참여한 모두가 어느 때든 장소나 시간대와 관계없이 프로젝트 상태를 확인할 수 있다. 브라운은 “모델에서 나온 데이터는 메쉬 용접 기계 및 철근 성형기와 같은 장비를 제어하는 데에도 사용될 수 있다”라고 말했다. 클라우드 기반 작업흐름과 산업화된 건설 접근법으로 막스 뵈글은 빠르고, 효율적이며, 경제적으로 건물을 세운다.

한편, 건축 업체인 콜베커 게잠트플란(Kohlbecker Gesamtplan)은 테슬라 기가팩토리4 건설의 하청업체로, 유사한 디지털 전략을 추구하고 있다. 콜베커의 안드레아스 토마쉐브스키(Andreas Tomaschewski) 디지털 책임자는 “테슬라는 4차 산업에 대해 명확하고 진보적으로 이해하고 있다”라고 하며, “목표에 도달하기 위해서는 최신 기술, 네트워크로 연결되고 디지털화된 건설 방식을 사용해 건물을 지어야 한다”라고 전했다.

콜베커는 BIM 360을 이용한 클라우드에서 작업하고 있는데, 토마쉐브스키는 이를 “빠르고 정확한 의사소통 수단”이며 모든 프로젝트 관계자 사이에서 더 나은 협력을 위한 게임 체인저라고 설명했다. 콜베커의 최고 법인장 베네딕트 곤돌프(Benedikt Gondolf)는 “고객, 도급업자 사이의 단순한 관계는 사라졌다. 모두가 같은 모델을 사용하고 있기 때문에 단일 수준에서 더 원활한 팀워크가 이뤄지고 있다”라고 말했다.

콜베커는 배터리 조립과 배터리 부품 제조 공장 모두를 건설한 경험이 있다. 두 곳의 메르세데스 벤츠 배터리 공장과 배터리 제조를 위한 양극화 물질을 제조하는 바스프(BASF) 공장 계획에 모두 참여했다. 또한 인정받는 배터리 공장 전문업체이며, 중국 배터리 업체 CATL과 독일 하노버에 있는 폭스바겐 전기 밴(e-van) 공장의 하청업체이기도 하다.

브라운은 모듈러 건설 전문가로서 기가팩토리 건설의 중요성을 이해한다. 그는 프리캐스트 콘크리트 부품의 수요가 “일반적인 공장”보다 몇 배나 더 많으며, 일반적인 공장에서 프리캐스트 콘크리트 기둥은 각각 10톤 정도인 반면, 기가팩토리에서는 70톤 가까이까지 나간다고 설명한다.

건설사들이 독일의 대표적인 자동차 회사의 설계 책임자들로부터 문의를 받는 것은 당연한 일이다. 그들의 첫 번째 질문은 어떻게 기가팩토리를 단지 몇 달 안에 완성할 수 있느냐는 것이다. 대답은 간단하다. 프리패브리케이션과 디지털 기획이다.