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전기차 폐배터리, 어떻게 재활용할까?

  • 작성일 2023.05.03
  • 조회수 427

도로 위 전기차가 우후죽순처럼 생겨나고 있습니다. 친환경 차의 보급 확대는 그야말로 환영할 일입니다. 도로 위에 매캐한 매연은 물론 환경오염도 줄여 지구를 지킬 수 있으니까요. 국토교통부에 따르면, 지난해 국내 신규 등록 전기차 수는 16만 4천 대입니다. 전년 대비 63.8% 증가한 수치죠. 이제 우리나라에 등록된 전기차 수는 무려 38만 9,855대입니다.

전기차의 눈부신 성장은 비단 우리나라만의 이야기는 아닙니다. 미국 환경보호청(EPA)은 2032년 판매되는 승용차의 67%가 전기차일 것으로 전망하고 있는데요. 유럽연합(EU)은 2035년부터 내연기관차를 시장에서 아예 퇴출하겠다는 입장을 밝히기도 했습니다. 탄소 배출량을 0으로 줄이기 위한 노력 중 가장 효과적이고도 시급한 것은 바로, 친환경 교통수단의 운용이니까요.

도로를 달리는 전기차…
그 끝도 친환경일까?

하지만 전기차가 점점 늘어나면서부터 발생하는 문제점이 있습니다. 바로 전기차의 배터리 문제입니다. 전기차가 등장했을 적부터 배터리를 제작하고 폐기하는 과정에서 발생하는 환경오염은 전기차를 진정한 ‘친환경’이라고 부르기 어렵게 한다는 지적이 존재해 왔습니다.

전기차 배터리의 수명은 6년에서 10년 정도로, 500회 정도 충전하면 점차 주행거리가 짧아지고 충전 속도가 느려집니다. 통상적으로 잔존 용량이 초기 용량 대비 80% 이하로 감소하면 전기차 배터리로서의 수명을 다하게 되죠. 환경부에 따르면, 국내 전기차 폐배터리 배출 규모는 2021년 1,075개에서 오는 2025년 3만 1,696개로 약 30배가량 증가할 것으로 예상됩니다.

전기차 배터리에 사용되는 원재료는 리튬, 코발트, 니켈, 망간 등이 있습니다. 이 소재들은 희귀광물로 대부분 외국에서 수입되는데요. 현재 전기차 보급 확대로 사용량이 급증함에 따라 가격이 날로 상승하고 있습니다. 그렇기에 이 소재들을 새로 채굴하는 것보다 폐배터리 내 소재들을 회수하는 것이 비용이 더 적게 드는 상황입니다.

전기차 폐배터리,
재사용&재활용을 만나다

그렇다면 전기차 배터리는 어떤 과정을 거쳐 다시 활용할 수 있을까요? 먼저 전기차 배터리는 재사용과 재활용을 통해 새로이 탄생할 수 있답니다. 폐배터리를 재사용하기 위해서는 먼저 전기차 폐배터리를 회수해야 합니다. 그 후 잔존 용량이 높은 폐배터리의 팩을 일부 개조하거나 기존 팩 그대로 수거한 뒤 해체 작업을 거치게 됩니다. 그리고 안전성을 테스트한 후 에너지 저장 시스템(ESS) 상품화를 통해 재사용할 수 있습니다. 배터리 성능이 60~80%인 경우 발전소, 충전소 등에서 전력 보조 장치로 사용할 수 있고, 20~60%인 경우 가정용 ESS로 활용할 수 있죠. 전기차의 폐배터리가 ESS로 재탄생하여 제2의 삶을 사는 셈입니다.

재활용은 말 그대로 폐배터리를 분해해 전극 소재, 코발트, 리튬, 니켈 등 고가 소재를 추출하여 재활용하는 방식을 일컫습니다. 먼저, ESS로 재사용이 불가능한 폐배터리는 분해를 거쳐 분류됩니다. 하지만 아직 배터리에 전력이 남아있을 수 있으므로 고온으로 가열해 배터리를 완전히 방전시키고 용매를 제거하는 하소 공정을 거치는데요. 이후 배터리는 가루 상태로 부서지고, 이 가루들은 개별 소재로 분리되기 위해 습식제련 공정을 거칩니다. 이렇게 추출된 원재료를 다시 양극재 생산 단계에 투입하면 폐배터리를 재활용하여 새 배터리를 탄생시킬 수 있습니다.

전기차 폐배터리,
진정한 ‘친환경’ 만든다

대한상공회의소가 발표한 ‘전기차 폐배터리 재활용산업의 원료조달 효과성 분석’ 보고서에 따르면, 국내 전기차 보급 확대에 따라 폐배터리 재활용이 늘게 되는 2035년 이후에는 배터리 생산에 필요한 핵심원료 자체 조달분이 급증할 것으로 보입니다. 2045년에는 수산화 리튬 2만 t, 황산망간 2만 1,000t, 황산코발트 2만 2,000t, 황산니켈 9만 8,000t 가량을 전기차 폐배터리 재활용으로 회수할 수 있을 전망입니다.

보고서에서는 2045년 폐배터리 재활용으로 회수 가능한 수산화 리튬 2만 t이 약 63만 개의 NCM811 배터리를 새로 만드는 데 필요한 양이라고 분석했습니다. 배터리 1개 용량을 2030년 이후 주로 보급될 예정인 100kWh라고 가정했을 때, 63만 개의 용량은 63GWh에 달합니다. 이는 현재 국내 이차전지 생산능력인 32GWh의 2배에 달하는 수치죠. 결국 NCM622* 모델로는 56만 개를 생산할 수 있다는 이야기입니다.

니켈·코발트·망간이 6:2:2, NCM811은 8:1:1로 함유된 배터리 규격

또 보고서 내용에 따르면 2022년 3만 7천 톤이던 국내 배터리 재활용 설비용량이 5년 뒤 2027년에는 16만 8천 톤으로 확대될 것으로 보고 있습니다. 하지만 2027년 재활용될 것으로 추정되는 전기차 배터리 양은 약 3천 톤으로 설비용량의 2%에 불과합니다. 2030년까지 설비용량을 유지한다고 해도 처리량은 설비용량의 11% 수준 남짓이기 때문에 100%의 설비용량 달성을 위해 추가 폐배터리와 스크랩이 필요한 실정입니다.

현재 폐배터리의 안정적 수입선 확보와 재활용 기술의 고도화는 우리나라의 전기차의 미래가 진정한 친환경으로 거듭나기 위한 중요한 대목입니다. 이에 한국에너지기술연구원은 각종 국가연구기관, 대학, 민간기업과 함께 오는 2026년까지 ‘전기차 폐배터리 양극의 고부가가치 자원순환을 위한 저탄소 통합 기술 개발’ 과제를 추진하는 R&D 프로젝트를 추진하고 있는데요. 이 프로젝트 수행을 통해 전기차에서 탈거한 폐배터리 팩으로부터 안전하게 폐양극재를 분리하고, 우수한 양극재로 업사이클링 하는 기술 개발을 통해 폐배터리 양극재 자원순환에 동반되는 탄소 발생과 비용을 저감할 계획입니다.

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탄소 제로의 꿈, 숱한 연구와 기술 개발이 지속된다면 이룰 수 있습니다.
한국에너지기술연구원은 더 살기 좋은 내일을 위해 오늘도 노력하겠습니다.

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