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폐배터리 재활용
매립이나 소각이 불가능한 배터리 특성상 재사용이나 재활용이 매우 중요합니다. 전기차에서 빼낸 배터리는 어떻게 활용되는지 알아보겠습니다. 위한 법적 제도적 기반이 제대로 만들어져야 합니다.
사용 후 배터리들은 먼저 철저한 검사과정을 거칩니다. 지속적인 충방전 검사와 성능 검사 등 철저한 검사 과정을 거쳐 배터리팩과 모듈에 대해 각각 A부터 E까지 등급이 매겨집니다. 이런 과정을 통해 모듈별 셀 별로 잔존 가치가 측정되고 다른 곳에 재사용할지 분해해 재활용할지 여부가 측정됩니다. 한 업체는 폐기된 배터리를 사들여 남은 수명을 측정한 뒤 새 제품에 가깝게 다시 만들어 팝니다. 중고차 경매에서 사 오는 폐배터리 값은 개당 300에서 500만 원 사이인데 재조립하면 신제품 가격의 절반인 1000만 원에 팔 수 있습니다. 지속적인 충방전 검사와 성능 검사 등 철저한 검사 과정을 거쳐 배터리팩과 모듈에 대해 각각 A부터 E까지 등급이 매겨집니다. 이런 과정을 통해 모듈별 셀 별로 잔존 가치가 측정되고 다른 곳에 재사용할지 분해해 재활용할지 여부가 측정됩니다.
분해 재활용
분해 재활용 과정을 살펴보겠습니다. 회수된 전기차 폐배터리에서 양극재와 음극재 분리 후 유가금속을 회수합니다. 공장에서는 폐배터리 확보를 위해 중국뿐만 아니라 말레이시아, 인도, 헝가리 등 해외 각국에 거점 공장을 만들어 폐배터리를 회수해 원료를 조달하고 있습니다. 이를 국내로 들여와 공장에서 원소들을 추출해 국내 배터리 재료 업체에 공급합니다. 폐배터리가 입고되면 크게 전처리와 후처리 공정으로 작업을 합니다. 그리고 화재 등 여러 위험요소 방지를 위해 방전을 하고 해체작업을 시작합니다. 그리고 파쇄와 분쇄 과정을 거치고 열처리 과정을 거치면 마지막에 검은 분말이 되어 나오는데 이 분말을 블랙파우더라고 부릅니다. 이 블랙파우더 안에 리튬과 니켈, 코발트, 망간 등의 광물이 함유되어 있습니다. 전처리를 통해 나온 블랙파우더를 다시 습식 제련하는 후처리 과정을 거칩니다. 여기서는 블랙파우더를 물과 황산에 녹여 용매 추출 공법을 사용해서 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등의 재료를 하나씩 추출합니다. 용매추출 공법은 유기용매를 이용하여 수용액에 함유되어 있는 목적 금속을 선택적으로 추출하는 방법입니다. 이렇게 추출된 전기차 배터리 소재의 핵심 소재들이 양극재 소재업체에 공급됩니다. 폐배터리의 코발트와 니켈의 회수율은 96%, 리튬은 82% 회수가 가능합니다. 불순물을 제거해 건조하면 순도 99.5%의 탄산리튬을 추출할 수 있습니다. 승용차 기준으로 500kg 중량의 배터리 하나에 코발트, 니켈, 망간의 무게는 약 50kg 정도입니다. 그중 리튬이 약 5~6kg 차지합니다. 이 광물들은 전기차에 들어가는 리튬 이온 배터리 제조에 필수적인 광물입니다. 이렇게 모인 폐배터리는 전부 다시 자원화되는 것입니다. 배터리 제조에 필요한 핵심광물은 거의 수입에 의존하고 있는데 중국 등은 핵심 광물 수출 통제를 강화하는 추세입니다. 이렇게 폐배터리의 광물이 재활용 가능하기 때문에 공급망 다변화 측면에서도 유리합니다. 폐배터리가 버려진 폐기물이나 전자 장비에서 희귀 금속류를 추출해 재활용하는 도시광산으로 주목받고 있습니다.
앞으로의 전망
전 세계 폐배터리 발생량은 향후 15년간 70배 이상으로 급증할 전망입니다. 전문가는 2040년쯤에는 폐배터리에서 나오는 원자재와 광산에서 나오는 원자재의 비율이 반반 정도가 될 것으로 예상합니다. 2023년 7천억 원 수준인 국내 배터리 재활용 시장 규모는 2030년에는 12조 원, 2050년에는 600조 원까지 급성장할 것으로 부가가치 높은 친환경산업이 될 기대가 높습니다. 전기차 폐배터리 리사이클링은 정부에서도 관심 갖는 분야입니다. 환경부는 2019년 말 대기환경보전법을 개정하여 폐배터리르 지방자치단체에 반납하는 의무를 폐지하는 한편, 2022년 1월 폐배터리의 민간매각을 허용했습니다. 전기차 보급 초기와 달리, 전기차 폐배터리 활용의 중요성이 높아지면서 정부가 관련 시장을 열어준 것입니다. 특히, 2012년을 기점으로 글로벌 전기차 시장이 급속도로 발전하여 왔고 전기차 배터리의 수명이 5~10년 사이인 것을 감안하면 전 세계적으로 전기차의 폐배터리가 쏟아져 나오고 있습니다. 또한 전기차 폐배터리에는 어느 정도 에너지가 남아있어서 ESS(Energy Storage System)나 전기차충전소에서 재사용이 가능합니다. 이렇게 재사용된 폐배터리를 재활용품으로 시장에 나오면 리튬, 코발트 등 희소금속을 회수하는 선순환 구조를 만듭니다. 2차 전지 소재 가격이 전 세계적으로 치솟는 상황에서, 배터리 재활용, 재사용 분야는 안정된 공급망을 확보하고 환경도 보호할 수 있어 미래 유망산업으로 꼽힙니다. 기존 제품에서 재활용해서 쓰는 리사이클링방식, 즉 순환경제 비중을 늘려야 할 시점입니다.