원자재의 중국 의존도가 높아 ‘제2의 요소수 사태’가 우려된다는 지적이 일고 있는 전기차 배터리 업계가 폐배터리에서 원료를 뽑아 재활용하는 기술개발로 활로를 찾고 있다. 이미 해외에서는 100% 재활용된 니켈, 망간, 코발트로 배터리를 생산한 업체도 생겼다. 이들 원자재는 리튬배터리 양극재의 핵심 원료다.

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폐배터리 추출 원자재로 새 배터리 제조

18일 스웨덴의 배터리제조업체인 노스볼트 홈페이지와 CNN 등에 따르면 이 회사는 최근 100% 재활용된 니켈, 망간, 코발트로 제조한 양극재를 이용한 삼원계 리튬배터리를 생산했다. 배터리 소재 재활용 및 생산 공정은 스웨덴 베스테로스에 위치한 노스볼트 실험센터에서 진행됐다. 본격적인 상업생산은 아니고 기술력을 입증한 것이다.

에마 네렌하임 노스볼트 최고환경책임자(CGO)는 “재활용 과정은 배터리의 금속을 신규 채굴 원재료와 대등한 순도로 최고 95%까지 회수할 수 있다”면서 “이제 관심은 2030년 재활용 소재 50%로 배터리 셀을 만드는 목표를 달성하기 위해 재활용 생산역량의 규모를 키우는 것”이라고 밝혔다.

스웨덴 노스볼트가 제작하고 있는 전기차용 배터리. [노스볼트 홈페이지 캡처]

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이 회사는 2023년부터 연간 12만5000t의 배터리를 재활용하고 이를 활용해 연간 30GWh 규모의 새 배터리를 생산한다는 목표다. 현대차 ‘아이오닉5’ 약 41만대에 탑재될 수 있는 양이다. 배터리 재활용 공장 건설은 내년 1분기에 시작한다. 노스볼트는 “리튬 외에 니켈과 망간, 코발트, 기타 금속을 재활용할 수 있는 유럽 유일의 대규모 공장”이라고 설명했다. 이 회사는 폴크스바겐 등으로부터 투자를 받았다.

미국에서는 저렴한 금속 회수 기술을 찾아냈다. 에너지부(DOE) 산하 아르곤국립연구소는 과거에 광석 정제에 쓰였던 포말부선(froth flotation) 기법을 활용해 폐배터리에서 코발트,구리,니켈 등 고가의 금속을 보다 저렴하게 회수할 수 있게 됐다고 밝혔다. 금속을 함유하고 있는 양극재를 시약과 함께 수조에 넣으면 추출하고자 하는 금속이 포말과 함께 떠오르는 방식이다.

현재 배터리 재활용 공정(건식제련 및 습식제련) 방법은 에너지 집약적이며 비용이 많이 드는 단점이 있다. 연구소에 따르면 현재 리튬이온배터리 재활용 비율은 전 세계적으로 5% 정도에 불과하다. 제시카 더럼 아르곤연구소 소재과학자는 “지금은 배터리 재활용 수익성이 낮아 인프라가 준비되어 있지 않지만 이익을 많이 창출할수록 더 많은 기술 채택이 이뤄질 것”이라고 전했다.

SK이노베이션 연구원이 폐배터리에서 추출한 수산화리튬을 들어보이고 있다. [사진 SK이노베이션]

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81.9% 중국 의존 수산화리튬 회수 기술 개발

국내에서는 SK이노베이션이 폐배터리에서 수산화리튬을 회수하는 기술을 개발해 특허를 취득했다. 한국무역협회에 따르면 리튬배터리 핵심소재인 수산화리튬은 올해 1~9월 중국에서 총 3만1498t을 들여와 전체 수입량 중 81.9%를 차지했다. 김철중 SK이노베이션 전략본부장은 “하이니켈 배터리에 적용 가능한 수산화 리튬으로 직접 회수 가능하다”고 설명했다. 이 회사는 기술 시험 검증을 마치고 대전에 시험생산공장을 건설 중이다. 2025년 이후에 미국, 중국, 유럽에 3개 공장을 가동한다는 목표다.

LG에너지솔루션과·GM 합작법인 얼티엄셀즈의 전기차 배터리 팩. [사진 LG에너지솔루션]

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LG에너지솔루션은 폴란드와 충북 오창공장에서 나온 배터리 스크랩(불량품이나 폐기물)을 재활용 회사 에코프로시엔지에 공급해 재활용하기로 했다. LG에너지솔루션 폴란드 공장에서 나오는 배터리 스크랩은 포스코그룹의 재활용 사업에도 활용된다. 포스코그룹은 배터리 스크랩을 수거해 블랙파우더(검은 분말)로 가공한 후 이를 전남 광양으로 들여와 니켈, 리튬, 코발트, 망간 등을 추출할 예정이다. 지난 9월 포스코HY클린메탈이 공장을 착공했다. 2022년 하반기 준공되면 연간 1만2000t 규모의 블랙파우더에서 배터리 원자재를 추출하게 된다.

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삼성SDI는 성일하이텍 등 국내 리사이클 전문업체와 폐배터리 재활용 협력 중이다. 성일하이텍은 지난 7월 헝가리에 전기차 배터리 제2 리사이클링 공장을 완공했다. 연간 5만t 규모의 전기차 배터리를 단독으로 처리할 수 있을 전망이다. 조철 산업연구원 박사는 "폐배터리 재활용 기술 발전으로 원자재 확보는 물론 향후 더 강화될 환경규제에 대비하는 1석 2조의 효과를 볼 수 있다"고 강조했다.

문병주 기자 moon.byungjoo@joongang.co.kr

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