석유화학은 원유나 나프타를 분해해 에틸렌, 프로필렌 같은 기초 원료를 만들고, 이를 다시 플라스틱·합성섬유·자동차 부품·포장재·전자제품 소재로 연결하는 산업입니다. 한때 한국의 대표 수출 산업이었고, 여수·울산·대산의 대형 석유화학 단지는 중국의 거대한 수요를 겨냥해 성장했습니다.

그런데 지금은 전제가 달라졌습니다. 중국이 더 이상 한국 석유화학 제품을 대량으로 사 가는 시장에 머물지 않고, 직접 대규모 공장을 지어 기초 화학제품을 생산하는 경쟁자가 됐기 때문입니다. 여기에 중동 산유국까지 원료 경쟁력을 앞세워 석유화학 설비를 확장하면서, 한국 기업이 가장 강했던 범용 제품 시장의 수익성이 크게 흔들리고 있습니다.

그래서 최근 국내 석유화학 기업들이 반도체와 AI, 로봇, 전기차, 고기능성 소재 쪽으로 눈을 돌리는 것입니다. 중요한 것은 “화학회사가 갑자기 반도체 회사를 하겠다”는 뜻이 아닙니다. 반도체를 직접 설계하거나 생산하는 것이 아니라, 반도체를 만들 때 반드시 필요한 고순도 화학물질과 접착재, 열 관리 소재, 절연 소재를 공급하는 쪽으로 이동하는 것입니다.

석유화학의 위기는 왜 중국에서 시작됐나

한국 석유화학 산업의 가장 큰 변화는 중국의 자급률 상승입니다. 과거 중국은 빠르게 성장하는 제조업과 건설업을 뒷받침하기 위해 한국에서 에틸렌과 각종 합성수지, 화학 중간재를 대량 수입했습니다. 한국 기업 입장에서는 중국이 가장 중요한 고객이었고, 국내 대형 설비 투자도 상당 부분 중국 수출을 전제로 이뤄졌습니다.

하지만 2020년대 들어 중국은 자국 내 정유·석유화학 복합단지를 대규모로 늘렸습니다. 원유를 정제해 휘발유와 경유만 만드는 데 그치지 않고, 나프타와 에틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌까지 한 단지에서 생산하는 구조를 빠르게 구축했습니다. 중국의 에틸렌 및 관련 제품 자급률은 2020년 약 50% 수준에서 2025년 80%를 넘는 수준까지 높아졌다는 분석도 나옵니다.

이 변화는 단순히 한국의 중국 수출이 줄어드는 문제로 끝나지 않습니다. 중국산 범용 화학제품이 동남아시아와 인도, 중동, 유럽 등 다른 시장으로도 밀려 나오면서, 한국 기업은 기존 수출 시장에서도 더 낮은 가격의 중국산 제품과 경쟁해야 하는 상황이 됐습니다.

특히 한국은 원유와 천연가스가 거의 나지 않는 나라입니다. 원료를 수입해 나프타를 만들고, 이를 다시 분해해 화학제품으로 가공하는 방식입니다. 반면 미국은 셰일가스 기반의 저가 에탄을 활용할 수 있고, 중동은 원유와 천연가스 자체가 풍부합니다. 중국도 대규모 내수시장과 국영기업 중심의 투자 여력을 바탕으로 공급능력을 빠르게 키웠습니다.

결국 한국 기업이 범용 플라스틱 원료만으로 가격 경쟁을 이어가기에는 구조적으로 불리해지고 있습니다. 생산량을 늘려서 해결할 수 있는 문제가 아니라, 설비 효율을 조정하고 더 비싸게 팔 수 있는 고부가 제품 비중을 늘려야 하는 국면입니다.

1분기 흑자, 업황 회복으로 봐도 될까

최근 일부 석유화학 기업이 2026년 1분기에 흑자를 냈다는 점은 분명 긍정적입니다. 롯데케미칼은 2023년 3분기 이후 약 10개 분기 만에 분기 흑자를 기록했고, LG화학 석유화학 부문도 원료 가격 상승에 따른 재고평가 효과와 일회성 요인으로 수익성이 개선됐습니다.

다만 이것을 곧바로 “석유화학 불황이 끝났다”는 신호로 해석하기는 어렵습니다. 중동 정세 불안으로 원유와 나프타 가격이 급등할 때, 기업들은 상대적으로 저렴한 가격에 확보해 둔 원료 재고를 보유하고 있었습니다. 이후 제품 가격이 먼저 오르면, 낮은 원가의 재고로 만든 제품을 높은 가격에 판매하면서 단기적으로 이익이 좋아질 수 있습니다.

이를 석유화학 업계에서는 흔히 래깅 효과 또는 재고평가 이익이라고 부릅니다. 원료 가격과 제품 판매 가격이 움직이는 시점에 차이가 생기면서 발생하는 일시적 이익입니다.

문제는 중국발 공급과잉이라는 근본 원인이 사라진 것이 아니라는 점입니다. 국제유가 상승은 단기적으로 제품 가격을 밀어 올릴 수 있지만, 장기적으로는 원료비와 물류비, 해상보험료, 전력비 부담까지 함께 높입니다. 나프타를 비싸게 사야 하는 한국 석유화학 기업에는 반드시 좋은 소식만은 아닙니다.

결국 1분기 실적은 숨통을 틔워 준 요인일 수는 있어도, 구조적 회복을 의미한다고 단정하기는 어렵습니다. 향후 실적은 원유와 나프타 가격, 중국의 추가 증설 속도, 글로벌 경기 회복, 국내 설비 감축이 실제로 얼마나 진행되느냐에 더 크게 좌우될 가능성이 높습니다.

그래서 한국 석유화학은 ‘양’보다 ‘특수 소재’로 간다

기존 범용 석유화학 제품은 대량생산과 가격 경쟁이 핵심입니다. 폴리에틸렌과 폴리프로필렌, PVC, 범용 합성수지처럼 표준화된 제품은 품질 차이가 크지 않기 때문에 결국 가격이 가장 중요한 경쟁 기준이 됩니다.

반도체용 소재는 구조가 다릅니다. 반도체 공정은 미세한 오염에도 수율이 떨어질 수 있고, 소재 특성이 조금만 달라져도 칩 성능과 생산 안정성에 영향을 줍니다. 따라서 고객사 인증을 받는 데 시간이 오래 걸리고, 한 번 공급망 안에 들어가면 쉽게 다른 업체로 바꾸기 어렵습니다.

이 때문에 반도체 소재는 범용 화학제품보다 부가가치가 높고, 기술 장벽도 높습니다. 물론 진입이 쉽다는 뜻은 아닙니다. 높은 순도, 안정적 품질, 장기 공급 능력, 고객사 공정과의 호환성, 엄격한 인증 절차를 모두 통과해야 합니다.

LG화학, 2035년까지 R&D 15조원 투입

LG화학은 최근 2035년까지 연구개발에 총 15조원을 투자하겠다는 중장기 전략을 제시했습니다. 이 가운데 약 70%인 10조원 이상을 반도체·모빌리티·로봇 소재에 집중한다는 계획입니다. 이는 석유화학 중심의 사업구조에서 벗어나 AI 기반 고부가 소재 기업으로 전환하겠다는 선언에 가깝습니다.

반도체 분야에서 LG화학이 주목하는 영역은 첨단 패키징 소재입니다. 반도체 칩을 단순히 작게 만드는 경쟁을 넘어, 여러 칩을 가깝게 붙이고 빠르게 연결하는 패키징 기술의 중요성이 커지고 있기 때문입니다.

구체적으로는 칩과 기판을 붙이는 접착 소재, 신호 손실을 줄이는 저유전 소재, 고성능 칩에서 발생하는 열을 밖으로 빼내는 열 관리 소재 등이 핵심 후보입니다. AI 가속기와 HBM 메모리는 계산량이 많고 열 발생도 크기 때문에, 칩 자체뿐 아니라 패키징과 열 관리 소재의 중요성이 더 커지고 있습니다.

LG화학 입장에서는 단순히 신제품을 하나 더 만드는 문제가 아닙니다. 기존 석유화학 부문의 경기 변동성을 줄이고, 고객사 인증과 기술력을 기반으로 장기 공급이 가능한 소재 사업의 비중을 높이려는 전략입니다. 인수합병 가능성까지 열어 둔 것도 자체 개발만으로는 기술 확보 속도가 느릴 수 있기 때문입니다.

롯데화학군과 OCI홀딩스도 공급망을 넓힌다

롯데화학군은 반도체 공정에 쓰이는 현상액 생산능력을 확대하고 있습니다. 롯데케미칼과 일본 도쿠야마의 합작사인 한덕화학은 울산 공장에 이어 경기도 평택 포승지구에 신규 생산시설을 건설하고 있습니다.

이 공장에서 생산할 핵심 제품은 TMAH, 즉 테트라메틸암모늄하이드록사이드입니다. TMAH는 포토레지스트에 빛으로 회로 패턴을 새긴 뒤, 필요한 부분을 드러내는 현상 공정에 쓰이는 핵심 화학물질입니다. 반도체와 디스플레이의 미세회로를 구현하는 과정에서 빠질 수 없는 소재입니다.

한덕화학은 평택 공장 건설을 통해 TMAH 생산능력을 기존보다 약 50% 늘리는 것을 목표로 하고 있습니다. 단순히 물량을 늘리는 것만이 아니라, 울산과 평택의 이원화 생산체계를 통해 고객사 공급 안정성을 높이려는 목적도 있습니다. 반도체 업계에서는 소재 공급이 멈추는 것 자체가 생산 차질로 이어질 수 있기 때문에, 안정적인 공급망은 가격만큼 중요한 경쟁력입니다.

OCI홀딩스는 반도체용 폴리실리콘에 더 큰 투자를 하고 있습니다. OCI홀딩스는 일본 도쿠야마와 함께 말레이시아 사라왁주에 합작법인 OTSM을 설립했고, 2029년부터 연간 8,000톤 규모의 반도체용 폴리실리콘을 생산한다는 계획입니다.

현재 OCI는 군산 공장에서 연간 약 4,700톤의 반도체용 폴리실리콘을 생산하고 있습니다. 따라서 말레이시아 신규 공장이 본격 가동되면, 기존 군산 생산능력보다 더 큰 추가 공급 라인이 생기는 셈입니다.

OCI의 전략에서 특히 눈여겨볼 부분은 저탄소 생산입니다. 말레이시아 사라왁 지역의 수력발전을 활용해 고순도 폴리실리콘을 생산하려는 계획인데, 반도체 고객사들이 제품 품질뿐 아니라 공급망의 탄소배출까지 평가하는 흐름과 연결됩니다.

국내 구조조정과 신사업 전환은 동시에 진행된다

한국 석유화학 기업들이 반도체 소재로 움직이는 이유는 기존 설비를 그대로 유지한 채 신사업만 추가하기 위해서가 아닙니다. 범용 석유화학 설비의 과잉 문제를 줄이는 구조조정과, 고부가 소재를 키우는 사업 전환이 동시에 진행되고 있습니다.

대표적으로 정부는 석유화학 산업의 설비 감축과 재편을 지원하고 있고, 대산 단지에서는 롯데케미칼과 HD현대오일뱅크, HD현대케미칼을 중심으로 구조조정 방안이 추진되고 있습니다. 롯데케미칼 대산 NCC는 3년간 가동을 멈추는 방안이 포함됐습니다.

NCC는 나프타를 분해해 에틸렌과 프로필렌을 만드는 석유화학의 핵심 설비입니다. 그러나 글로벌 공급이 이미 넘치는 상황에서 모든 기업이 설비를 계속 돌리면 제품 가격은 더 떨어지고, 손실만 커질 수 있습니다. 따라서 일부 설비의 가동을 줄이고, 생산성을 높이며, 고부가 소재로 자원을 옮기는 작업이 필요해진 것입니다.

해외 석유 기업은 왜 데이터센터 전력으로 들어가나

한국 석유화학 기업이 반도체 소재로 이동한다면, 미국의 대형 에너지 기업들은 AI 데이터센터에 필요한 전력 자체를 공급하는 쪽으로 움직이고 있습니다. 대표적인 사례가 셰브런과 마이크로소프트의 장기 계약입니다.

셰브런은 미국 텍사스주 페코스 지역에서 마이크로소프트 데이터센터 캠퍼스에 전력을 공급하는 20년 계약을 맺었습니다. 이 프로젝트는 ‘프로젝트 킬비’로 불리며, 천연가스 기반의 전용 발전시설을 데이터센터 인근에 구축하는 방식입니다.

계획상 초기 전력 공급은 2028년부터 시작하고, 장기적으로 발전 용량은 최대 2.67기가와트까지 확대될 수 있습니다. 이는 대형 원전 여러 기에 맞먹는 수준의 전력 수요가 데이터센터 한 곳의 생태계에서 필요해지고 있다는 뜻입니다.

데이터센터는 일반 공장과 다릅니다. AI 모델 학습과 추론, 클라우드 서비스는 24시간 멈추지 않고 돌아가야 합니다. 전력망 연결이 늦어지거나, 송전선 증설이 지연되거나, 전력 품질이 불안정하면 수십억 달러 규모의 데이터센터 투자가 제 기능을 하지 못할 수 있습니다.

셰브런 입장에서는 원유와 가스 가격 변동에만 의존하지 않고 장기간 안정적인 현금흐름을 확보할 수 있는 기회입니다. 마이크로소프트 입장에서는 전력망 증설을 기다리는 대신, 데이터센터와 발전시설을 가까이 배치해 전력 확보 속도를 높일 수 있습니다.

결국 AI 산업의 확장은 반도체 기업만의 호황이 아닙니다. 전력회사, 천연가스 생산기업, 발전설비 기업, 송전망 기업, 냉각장치 기업, 화학소재 기업까지 산업 전반의 수요 구조를 바꾸고 있습니다.

반도체 소재가 석유화학의 새 HBM이 될 수 있을까

시장에서는 종종 SK하이닉스의 HBM 사례를 떠올립니다. 한때 메모리는 가격 변동이 큰 범용 산업으로 여겨졌지만, AI 서버용 HBM은 높은 기술 장벽과 강한 수요를 바탕으로 전혀 다른 수익 구조를 만들었습니다.

석유화학 기업도 비슷한 변화를 꿈꿀 수 있습니다. 범용 제품에서는 중국과 중동 기업을 이기기 어렵더라도, 반도체 공정용 초고순도 소재나 첨단 패키징 소재, 열 관리 소재, 로봇용 고기능성 엔지니어링 플라스틱에서 독자 기술을 확보한다면 산업의 위치가 달라질 수 있습니다.

다만 HBM 성공을 단순히 다른 산업에 그대로 대입할 수는 없습니다. 반도체 소재는 고객사 인증 기간이 길고, 초기 투자비도 크며, 한 가지 기술을 개발했다고 바로 대규모 매출로 연결되지 않을 수 있습니다. 일본과 미국, 유럽, 대만의 소재 기업들이 이미 강한 영역도 많습니다.

결국 승부는 “반도체 관련 소재를 만든다”는 선언이 아니라, 실제 고객사 양산라인에 들어갈 수 있는 품질과 공급 안정성을 확보하느냐에 달려 있습니다. AI 반도체 수요가 아무리 커져도 소재 기업이 고객사 인증을 받지 못하면 매출은 늘지 않습니다.