Special 차세대 배터리 핵심 소재 기술 개발 및 산업응용 동향(1)

폐배터리 원료추출 기술 및 향후 전망

손정수_한국지질자원연구원 배터리재활용연구단 책임연구원

1. 서론

산업의 발달로 인한 이산화탄소 발생 증가로 지구온난화 문제가 세계적 이슈로 떠오르고 집중 호우, 이상 기온 등 실제 우리가 접하는 기후 위기 문제를 해결하기 위한 방안으로 2050 탄소중립 실천이 제시되었다. 이를 실천하기 위한 구체적 방안 중 하나로 휘발유차, 경유차 등 매연을 발생시키는 내연기관 자동차를 친환경차인 전기자동차, 수소연료전지차 등으로 바꾸는

그림 1. ‘2050 탄소중립 포스터’, 오송역, 지구의 날 51주년 기념, 2021.4.22. 환경부

노력이 진행되고 있다. 테슬라에서 전기자동차를 본격적으로 상용화하면서 증가하고 있는 전기자동차는 2022년 전 세계 자동차 생산 대수 8497만 대 중에서 10%에 가까운 800만 대를 넘게 차지하였다. 전문가들의 전망은 2030년도가 되면 1억 대 생산차 중에서 30%에서 60%에 해당하는 3천만 대에서 많게는 6천만 대까지 전기차가 차지할 것으로 전망하고 있다.

그림 2. 전기자동차 전 세계 판매 대수 연도별 추이. 출처 : Canalys Estimates

그림 3. 2023년 4월 현재 국내 자동차 등록 현황

  우리나라의 경우 2023년 4월 현재 등록되어 있는 자동차 대수는 총 2,568만 대이며 이 중 전기자동차는 1.7%인 43만7천 대를 차지하고 있다.
  연도별 전기차, 수소차의 누적 등록현황을 보면 전기차의 경우 연간 10만 대 이상 증가하고 있으며 수소차의 경우 연간 1만 대씩 증가하고 있음을 알 수 있다.

그림 4. 우리나라 연도별 전기차 및 수소차 누적 등록현황.  출처 : 국토교통부 통계자료

  이와 같이 전기차의 사용이 늘면서 평균 수명 10년, 16만km를 주행한 후 폐차된다고 가정하면 2013년 생산, 시판된 전기차의 경우 폐차가 발생되기 시작하였다는 것을 의미한다. 따라서 사용 후 폐기되는 전기자동차의 핵심 부품인 폐배터리를 재활용하여 배터리로부터 코발트, 니켈, 리튬 등의 유가금속을 회수하는 것은 환경오염을 방지하는 것은 물론 이들 금속을 함유하고 있는 천연광물의 사용을 줄이고 핵심원료를 안정적으로 확보하는 차원에서도 중요하다고 하겠다.

2. 배터리 재활용 기술 현황

전기자동차 배터리 재활용이 본격적으로 관심을 끌기 시작한 2019년 전에는 전 세계적으로 20개의 재활용회사가 운영되고 있었으며 그중 메이저 5개 재활용 회사를 제외하고는 LCO 단일 배터리를 재활용하거나 중간산물인 블랙매스를 만드는 수준의 회사들이었다. 2019년 네이처 지에 G. Harper 등이 연구한 ‘전기자동차로부터 리튬이온 배터리의 리사이클링’이라는 논문이 게재될 만큼 전기자동차용 폐배터리 재활용에 대한 관심이 높아지기 시작했다.
  최근 10년 동안 다양한 폐배터리 재활용 논문들이 SCI 학술지에 게재되고 있는데 대부분은 단위 셀을 대상으로 재활용 공정을 연구한 논문들이며 중량이 200∼500kg에 달하는 배터리 팩을 대상으로 한 연구는 그리 많지 않다. 그 이유는 아직까지 전기자동차에서 배출되는 배터리 팩이 많지 않고 가격 또한 팩당 수백만 원에 달하고 있기 때문에 폐배터리 팩을 구하기가 쉽지 않았기 때문이다.

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