환경오염 막는 폐배터리 재활용 기술

전기차 열풍 타고 신성장기술로 주목

전기자동차가 부상하면서 노후된 폐배터리의 재활용이 성장 가능성이 높은 신기술로 주목받고 있다. 전기차에 주로 사용되는 리튬이온 배터리는 500회 정도 충전하면 성능이 급격히 떨어진다. 1회 충전 시 주행 가능 거리가 300~400㎞ 임을 감안할 때 15만~20만㎞ 주행 후에는 배터리를 교체하게 된다.

이처럼 버려지는 폐배터리는 심각한 환경오염을 유발할 수 있다. 실제로 국립환경과학원은 친환경차 폐배터리를 산화코발트, 리튬, 망간, 니켈 등을 1% 이상 함유한 유독 물질로 분류하고 있다. 친환경을 위해 개발한 전기차에서 나오는 배터리가 오히려 환경을 오염시키는 역설적인 상황을 야기하는 셈이다.

하지만 폐배터리도 회수처리를 거치면 재활용이나 재사용이 가능하다. 폐배터리 중 잔존 가치가 70~80% 이상인 것은 에너지저장장치(ESS)용으로 재사용할 수 있다. 재사용이 어려울 만큼 성능이 떨어진 폐배터리의 경우 분해해 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등의 희귀금속을 추출해 재활용하면 된다.

전기자동차 열풍을 타고 노후된 폐배터리의 재활용이 성장 가능성이 높은 신기술로 주목받고 있다. ⓒ Clker-Free-Vector-Images(Pixabay)

전기차 배터리는 폐기 처리 후에도 70~80%의 용량은 재활용할 수 있는 자원으로 알려져 있다. 따라서 폐배터리 재활용 시스템이 완비되면 전기차 배터리의 생산 비용을 30~60% 인하하는 것도 가능하다.

전기차 폐배터리는 아직까지 전 세계적으로 표준화된 평가나 재활용 기준이 없다. 때문에 폐배터리를 재활용하려는 기업이나 연구소들은 현재 제각기 다른 방식으로 리사이클링을 하고 있는 실정이다.

친환경 산업을 선도하고 있는 독일은 2009년 12월부터 배터리 수거 의무를 규정하는 신배터리법을 도입했다. 이에 따르면 배터리 제조업체 및 수입업체, 유통업체는 노후한 배터리의 회수 및 재활용 의무가 있다.

배터리 구성요소 96% 재활용

독일 화학기업인 뒤젠펠트는 분쇄기로 리튬이온 배터리를 분쇄물질과 전해질 중 하나만 남을 때까지 분해해 파쇄된 재료로부터 이전의 원료인 흑연, 망간, 니켈, 코발트, 리튬 등을 얻는 기술을 개발했다. 이 물질들은 다시 모터용 배터리의 재생산에 투입되는데, 모든 배터리 구성요소의 96%를 재활용할 수 있는 것으로 알려졌다.

독일의 정부출연 연구기관인 프라운호퍼 연구소는 셀의 개별 구성요소를 분리할 수 있는 충격파를 유발하는 전자 유압식 분쇄기로 리튬이온 배터리를 분쇄한다. 이 방식에 의한 화학적 활성 물질은 개별 요소와는 달리 직접 다시 투입이 가능하다. 이와 더불어 이 연구소에서는 리튬-황 배터리, 리튬 기반 고체 배터리와 같은 대체 배터리 기술을 재활용할 수 있도록 자체적인 리사이클링 공정 개발도 병행하고 있다.

2016년부터 미국과 유럽을 제치고 세계 최대 전기차 시장으로 부상한 중국은 올해부터 폭발적인 전기차 배터리 교체기를 맞게 된다. 중국자동차기술연구센터에 의하면 올해 중국의 폐배터리는 약 20만 톤에 이르며, 2025년엔 35만 톤 규모에 이를 것으로 전망된다.

수십만 톤 규모의 폐배터리 회수 및 재활용을 관리하기 위해 중국 정부는 2년 전부터 시범사업을 시행하고 가이드라인을 제시하는 등 다양한 노력을 기울이고 있다. 산시성, 상하이시 등 17개 성‧시를 시범지역으로 정해 각 지역마다 재활용센터를 세우고 배터리 제조사 및 중고차 판매상, 폐기물 회사와 공동으로 회수 및 재사용이 가능한 시스템을 구축했다.

중국배터리연맹에 의하면 폐배터리 재활용 산업은 올해 약 65억 위안(한화 1조 1000억원)에 이를 것으로 예상된다.

중고 배터리 시장 15년 후 30억 달러 규모

일본도 지난해 3월 개최된 국제이차전지전에서 전기차 배터리 재활용이 최대 이슈로 부각될 만큼 관심이 높다. 전기차 리튬이온 배터리를 재사용하기 위한 공장을 2018년 3월 후쿠시마현에 설립한 닛산자동차는 효율이 80% 이하로 떨어진 배터리를 다시 개선해 전기차 배터리용으로 재판매하고 있다. 도요타 역시 하이브리드용 중고 배터리를 편의점에 보조전원으로 활용하는 방안을 도입하는 한편 폐배터리에서 금속원료를 추출해 각종 산업 분야에 재활용하고 있다.

우리나라는 최근 환경부에서 세계 표준이 없는 폐배터리 재활용 표준을 선점할 수 있도록 폐배터리 잔존가치와 안정성을 평가하는 기준을 마련하겠다고 밝혔다. 또한 전남 나주시는 총 231억 원을 투입해 배터리 재활용센터를 건립할 계획이며, 포항시도 2022년까지 배터리 재사용산업에 총 1000억 원 투자하는 협약식을 가졌다.

프라운호퍼 연구소의 추산에 의하면 미국에서만 올해까지 약 5억 개의 리튬이온 배터리를 폐기해야 한다. 우리나라의 경우 친환경차 폐배터리가 2024년에 약 1만 개가 나오며, 2040년에는 폐배터리 총 누적 발생량이 약 245만 개까지 늘어날 것으로 전망된다.

시장조사업체 네비건트 리서치는 중고 배터리 거래가 점차 활성화될 경우 관련 시장 규모가 2035년에는 30억 달러(한화 약 3조 5600억원)까지 확대될 것으로 전망했다.

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