지난달 30일 경기 시흥 한국환경공단 수도권 미래폐자원 거점수거센터. 검사를 마친 전기차용 배터리가 자동화설비에 보관 중이다. /시흥(경기)=이기범 기자 leekb@한국환경공단이 지난해 9월 수도권과 영남권·호남권·충청권에 개설한 4개 권역 미래폐자원 거점수거센터는 전기차 배터리가 두번째 삶을 시작하는 장소다. 이곳에선 정부와 지자체에 반납된 전기차에서 배터리를 분리해 정상작동 여부와 성능을 시험하고 배터리 재사용 혹은 재활용 여부를 판단한다.
지난달 30일 경기 시흥 한국환경공단 수도권 미래폐자원 거점수거센터. 전기차에서 분리된 배터리가 성능평가를 받고 있다. /사진=시흥(경기)=이기범 기자 leekb@외관검사를 통과하면 전원 연결 가능 여부와 누전이 있는지 확인한 뒤 SOH(잔존수명) 평가를 진행한다. 배터리를 완전히 충전한 뒤 방전시키는 방식으로 성능 평가를 한다. 방전용량을 기본용량 값으로 나눈 SOH 값이 60%를 넘으면 재사용 배터리로, 60% 미만일 경우 재활용 배터리로 분류한다.
차량입고에서부터 배터리의 처분 방향이 결정될 때까지 8시간 가량이 걸린다. 수도권 미래자원 거점수거센터에는 1주일에 3~5대, 한달 20대 분량의 차량용 배터리가 입고된다고 한다. 검사를 마친 배터리는 자동화 설비를 통해 13층 구조 보관 창고에 보관하며, 공단의 입찰 절차를 거쳐 매각된다.
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재사용 배터리는 셀 단위로 분리해 ESS(에너지저장장치)에 사용하거나 전기 오토바이·자전거 같은 소형 동력 장치의 배터리로 쓴다. 최근 아웃도어 열풍을 타고 낚시나 캠핑에 쓰는 휴대용 전원공급 장치의 배터리로도 활용한다고 한다. 재활용으로 분류된 배터리는 부품을 분해한 뒤 파·분쇄를 거쳐 중간원료인 블랙파우더(각종 전자기기를 분쇄해 나오는 검정색 가루)로 만든다. 블랙파우더를 후처리 공정에 넣어 코발트나 리튬, 니켈 같은 배터리 소재를 재추출한다.
성능평가를 마친 전기차 배터리가 자동화 설비를 통해 보관되고 있다. /시흥(경기)=김훈남 기자
지난달 30일 경기 시흥 한국환경공단 수도권 미래폐자원 거점수거센터 스케치. 재활용 배터리에서 만든 중간원료인 블랙파우더와 블랙파우더에서 추출한 배터리 소재. /시흥(경기)=이기범 기자 leekb@올해 4월말 기준 공단이 수거한 전기차 배터리는 327개다. 수도권 거점수거센터에서 268개를 수거했고 △영남 10개 △호남 30개 △충청 19개 순이었다. 이 가운데 성능평가를 마친 배터리는 81개. 재사용 판정을 받은 배터리가 61개다. 재사용 배터리 가운데 52개는 4월말까지 매각을 마쳤다. 재활용 판정을 받은 배터리 20개에 대해선 5월말부터 입찰 절차를 시작했다.
환경공단은 올해부터 전기차용 배터리 회수가 본격화될 것으로 보고 있다. 최근까진 주로 사고차량 위주로 전기차 배터리를 회수했지만 국내에 전기차 보급이 본격 시작된 2013년 이후 10년째인 올해부터는 차량 노후에 따른 배터리가 대량 배출될 것이란 관측이다. 공단은 올해와 내년 각각 1만8996개의 전기차 배터리가 배출될 것으로 계산했다.
환경공단 관계자는 "수도권 거점수거센터에서만 올해 차량용 배터리 성능평가 후 처분 목표를 1000개로 잡고 있다"며 "차량용 배터리는 사용 후에도 ESS, 소형 전동 장치의 전원으로 사용가능한 데다 희귀금속 등 원자재 가격 상승 영향으로 재활용 분야에서도 국내 대기업·중소기업이 관심을 보이고 있다"고 말했다.
87조원 시장이 열린다..."전기차 폐배터리는 황금알 낳는 거위"
김필수 한국전기자동차협회 회장(대림대 미래자동차학부 교수)은 10일 머니투데이와의 통화에서 이같이 강조했다. 아직은 전기차 시장이 개화 단계여서 폐배터리 산업 규모가 미미하지만 10년 뒤를 내다보고 국내 배터리 및 소재 기업들은 이 시장 선점을 위해 앞다퉈 뛰어들고 있다.
◇전기차 배터리 재활용시장 연평균 26% 성장
시장조사업체 SNE리서치에 따르면 글로벌 전기차용 배터리 재활용 시장 규모는 2020년 약 4000억원에서 2025년 3조원으로 연평균 47% 성장한 뒤 2030년 12조원, 2040년 87조원 등으로 2025~2040년 사이 연평균 26% 성장할 것으로 전망된다.
블룸버그는 2030년 이후에서야 시장에 나오는 전기차 폐배터리 숫자가 급증할 것으로 봤다. 2035년에는 배터리셀 제조에 드는 리튬 수요의 16%가 폐배터리에서 나올 것이란 분석이다.
한 배터리 업계 관계자는 "아직은 시장에 나오는 폐배터리 숫자가 미미하지만 10년 뒤, 15년 뒤에는 그 숫자가 급증할 것으로 보고 각 기업들이 선제적으로 준비 중"이라며 "원자재가 급등, 친환경의 중요성, 에너지 안보 차원에서 폐배터리 산업은 중요해질 것"이라고 말했다.
배터리 가격은 전기차 가격의 약 40%를 차지하는 핵심 부품으로 꼽힌다. 전기차 대중화를 위해서는 배터리 가격이 낮아지는 게 필수다. 그동안 기술 발전과 규모의 경제 등을 통해 꾸준히 낮아지던 배터리셀 가격은 올 들어 다시 상승 전환의 조짐을 보였다.
지난 4월 시장조사업체 SNE리서치에 따르면 최근의 원소재가 인상이 지속될 경우 배터리셀 kWh(킬로와트시)당 가격은 올해 124달러에서 2023년 132달러, 2024년 143달러까지 오를 것이란 예측이다. 코로나19(COVID-19)에 따른 공급망 불안, 러시아의 우크라이나 침공, 친환경 경제 전환 과정에서 나타난 물가 상승 현상 등이 복합적으로 작용한 것으로 풀이됐다.
한국자원정보서비스에 따르면 최근 1년 새 니켈 가격은 톤당 1만7783달러(2254만원)에서 지난 3월 4만2995달러까지 치솟았다 지난 9일 기준 2만8055달러까지 내려오는 등 큰 폭으로 출렁였다. 리튬 가격 추이 지표 중 하나인 탄산리튬 가격도 1년 새 kg당 81위안(1만5000원)에서 452.5위안까지 458.6% 올랐다.
각국 ESG(환경·사회·지배구조) 강화 움직임 역시 폐배터리 재활용을 할 수밖에 없는 이유다. 유럽연합(EU)은 전기차 생산시 재활용 원료 사용을 의무화했는데 2030년 기준 새 배터리 제조시 코발트 12%, 니켈 4%, 리튬 4% 이상을 반드시 재활용 소재를 써야 한다.
장정훈 삼성증권 수석연구위원은 보고서를 통해 "EU는 배터리가 전 생에 주기에 있어서 지속가능하고 안전하도록 보장하는 것을 목표로 배터리 규제안을 제시하고 지속 개선 중"이라며 "규제안에 따르면 (배터리) 탄소발자국을 2024년부터 공개하고 2027년부터는 허용치를 넘는 배터리에 대한 판매가 금지된다"고 밝혔다.
이밖에 최근들어 각국이 자원무기화를 통해 글로벌 공급망이 충격을 받고 있는 점 역시 폐배터리 재활용의 중요 이유다. 지난 2020년 기준 배터리 4대 소재(양극재·음극재·분리막·전해액)의 중국 시장 점유율은 54~71%로 절대적이다. 한 국가에 대한 중요 소재의 지난친 의존도를 낮추는 것이 각국의 숙제가 되고 있다.
김필수 교수는 "폐배터리 산업이 커질 것은 확실하지만 글로벌 기업 모두 이제 막 걸음마 단계"라며 "앞으로 2~3년 내 국가 차원에서 어떻게 법과 인센티브 등 지원제도를 마련하느냐에 따라 산업 성장 속도, 규모는 물론 창출될 일자리도 달라질 것"이라고 말했다. 이어 "폐배터리 재사용 및 재활용에는 폐차로부터 방전, 분리, 수거, 해체, 금속 추출 등 다양한 공정이 적용된다"며 "해당 공정에 어떤 방식으로 개입할지가 각 기업 경쟁력을 가르는 기준 중 하나가 될 것"이라고 덧붙였다.
◇배터리 기업부터 소재 기업까지 참전···기술 개발·파트너십·M&A 등 전략 '각양각색'
LG에너지솔루션은 이밖에 폐배터리를 재사용해 만든 전기차용 충전 에너지저장장치(ESS) 시스템을 오창공장에 설치했다. 해당 시스템을 충분히 테스트해 수명이 남은 폐배터리 재사용을 위한 다양한 방법을 검토한다.
SK이노베이션은 BMR(Battery Metal Recycle)을 앞세워 폐배터리 재사용·재활용 사업에 적극 뛰어들고 있다. SK이노베이션의 특징 기술은 자체 개발한 수산화리튬 추출 기술이다. 리튬이온 배터리 내 니켈, 코발트, 망간 등 금속은 수산화리튬과 화학적으로 강하게 결합돼 있다. 이 결합구조를 먼저 끊어내야 핵심 광물을 순도높게 추출할 수 있는데 SK이노베이션은 2019년 이 기술을 세계 최초로 개발했다. SK이노베이션은 이 기술을 활용해 수산화리튬 추출시 광산이나 염호에서 리튬을 채굴하고 가공할 때 대비 탄소발생량을 40~70% 줄일 수 있다고 본다.
SK는 그룹 차원에서 배터리 생산, 판매 뿐만 아니라 폐배터리 수집, 전처리, 후처리까지 배터리 전 생애주기에 모두 집중한다는 점도 특징이다. 예를 들어 SK에코플랜트는 싱가포르 전자 폐기물 전문기업 테스(Tes)를 인수, 폐전자기기 수거부터 재활용 모두에 이르는 가치사슬을 확보했을 뿐 아니라 글로벌 진출 기반도 마련했다. SK렌터카는 향후 배터리 실시간 사용 데이터 분석 시스템을 통해 효과적인 배터리 재활용·재사용에 기여한다.
삼성SDI는 폐배터리의 재활용을 활성화하기 위해 2020년 천안 및 울산사업장에서 발생하는 스크랩의 순환 체계를 구축했다. 사업장에서 발생하는 스크랩을 재활용 전문 업체가 수거한 뒤 공정을 통해 황산니켈, 황산코발트 같은 광물 원자재를 추출하는 형태다. 회수된 광물 원자재는 배터리 소재 파트너사로 전달돼 삼성SDI에 공급되는 원부자재 제조 공정에 재투입된다. 헝가리, 말레이시아 등의 해외 거점에서도 유사한 형태의 협력을 통해 원자재 재활용을 확대할 예정이다.
삼성SDI는 전기차 사용 후의 배터리를 활용하여 타 애플리케이션용으로 재사용(Reuse) 가능성도 검토중이다. 이의 일환으로 전라남도에서 주관하는 'EV·ESS 사용후 배터리 리사이클링 산업화 추진 사업'에 참여하고 있다. 향후에는 배터리 재사용 연구개발 및 실증사업을 통해 배터리를 재사용하기 위한 기술 조건과 사업성을 검토할 계획이다.
소재업체도 예외는 아니다. 에코프로는 자회사로 2020년 3월 설립된 에코프로씨엔지를 두고 있는데 이 기업은 폐배터리에서 주요 유기금속을 회수, 다시 배터리 소재로 재활용하는 사업을 영위중이다. 연간 생산능력은 스크랩 처리 기준 현재 2만톤으로 현재는 월 800~1000톤 수준으로 원료 조달 중이다. 에코프로씨엔지는 고순도 수산화리튬 추출 기술을 장점으로 앞세운다.
엘앤에프는 최근 미국 폐배터리 재활용 기업 레드우드 머티리얼즈에 3000만달러(약 380억달러)를 투자하고 폐배터리 재활용을 통한 메탈·리튬 공급, 전구체·양극재 분야 협력을 진행중이라고 밝혔다. 궁극적으로는 배터리 소재 공급망 구축을 위한 밸류체인 확보가 목적인 투자다. 레드우드머티리얼즈는 테슬라 최고기술책임자 출신 JB스트라우벨이 설립한 회사로도 유명하다.
고려아연도 자원선순환 구축을 신성장동력으로 삼고 폐배터리 재활용에 대해 건·습식 공정 모두를 적용한다고 밝혔다. 기존에 비철금속 제련 기술력을 활용해 폐배터리 재활용 사업에 뛰어든 것이다. 건식제련은 고온에서 화학반응을 통해 금속을 회수하고 습식은 정광을 황산에 용해한 후 수용액을 전기분해시켜 금속을 회수하는 방식이다. 두 방식 모두를 활용하면 공정 자체 효율성이 높고 환경문제도 줄일 수 있다는 장점이 있단 설명이다.
