[이미디어= 황원희 기자] 전 세계적으로 보면 2000년부터 2018년까지 LIB(리튬이온배터리)의 수는 80배에 달할 정도로 급속도로 성장했다. 2018년에는 이 중 66%가 전기차에 사용되었다고 한다. IEA(국제에너지기구)에 따르면 2019년에서 2030년 사이에 배터리 수요가 17배 증가할 것이라고 예상해 무한히 증가할 것으로 보이지만 사용후 배터리는 어떻게 재활용할 것인지 정확한 가이드라인이 없어 혼란스러운 경우가 많다. 이에 정부는 폐배터리의 회수 재활용을 용이하게 하기 위해 전국 4개 권역에 미래폐자원 거점수거센터를 준공하고 운영에 들어간다고 밝히기도 했다. 이에 본지는 해외 사례와 전기차 배터리 재활용을 보다 효율화하는 방안에 대해 알아보고자 한다.

제조사별로 상이한 배터리 성분

스마트폰을 비롯해 전기자동차, 드론, 로봇, 에너지저장장치(ESS; Energy Storage System) 등 배터리가 들어가지 않는 첨단기기를 찾아보기 어려운 정도로 우리는 배터리와 밀접한 생활을 하고 있다. 그중에서 대부분의 전기차에 사용되는 배터리의 소재를 살펴보면, 리튬을 함유하고 있다는 공통점이 있지만 기타 구성 요소들은 다양한 것으로 나타났다. 

▲LEAF 차량의 배터리 팩(출처 위키)

특히 차량용 배터리는 니켈이나 망간, 코발트를 포함되는 경우가 대부분이다. 하지만 이러한 저장 성분의 정확한 화학 성분은 자동차 제조사별로 차이점이 있으며 육안으로는 식별하기 어렵다. 또한, 배터리의 성능을 향상시키기 위해 정기적으로 개선되고 있으므로, 시간이 지남에 따라 배터리의 화학적 조성 또한 진화하고 있다. 전기차량용 제조에 관여하는 주요 물질은 리튬, 코발트, 니켈, 망간 및 흑연으로 이루어져 있으며 대부분이 환경 유해성을 나타내는 물질로 확인되고 있다. 그렇기에 사용 후 배터리가 어떤 식으로 차량에서 분리되어 수거되고 재활용되는지 의문점을 갖는 사람들도 늘고 있다.
 

이렇듯 여러 번의 충전과 방전으로 사용이 가능한 전기차용 배터리의 수요가 급속히 늘어날 것으로 전망되고 있다. 한 시장조사기관에 따르면 글로벌 전기차 배터리 재활용 시장 규모는 2022년 22억 7000만 달러에서 2030년 124억 9000만 달러로 예상 기간(2022~2030년) 동안 31.6%의 연평균성장률을 보이며 증가할 것으로 예상돼 향후 관리, 재활용이 시급한 것으로 드러났다.

배터리가 환경에 미치는 영향

배터리 제조의 환경적 영향은 심각하게 고려되어야 하는데 이는 인체 독성 내지 생태계 오염 측면에서 심각한 영향을 미칠 수 있다는 연구결과가 나왔다. 여기에는 특정 국가의 노동 환경과도 밀접한 관련이 있다. 또한 환경적 영향을 분석하기 위해서는 전지 구성 및 제조 공정에 대한 완벽한 지식이 필요하지만, 지적재산권과 특허권과 관련해 성분을 완전히 터득할 수는 없다.

 

▲이미지 출처= IEEE Spectrum

일단 배터리 성분을 분리하기 위해서는 고온에 노출시켜 유기 성분과 플라스틱 성분을 파괴하고 금속 성분(니켈, 코발트, 구리 등)만 남기는데 고온야금법이라 불리는 이 과정은 화학적인 과정으로 분리되는 것을 일컫는다.

그러나 전기차 배터리에 사용되는 성분에 전부 코발트를 포함하는 것은 아니기 때문에, 코발트를 재활용하기 위한 기술과제는 여전히 해결해야 할 문제인 것으로 나타났다. 주된 이유는 처리할 수 있는 충분한 양의 배터리가 부족하기 때문이다. 전기차의 광범위한 출시는 비교적 최근에 이루어졌고 배터리는 아직 수명이 다하지 않았기 때문에 때가 무르익기 위해서는 시간이 필요하다는 지적도 있다.

전기차 배터리의 재활용, 어디까지일까

이러한 배터리의 잠재적인 "제2의 수명"에 대한 논쟁도 꾸준히 진행돼왔다, 이는 배터리 사용을 연장하는 것은 물론 배터리의 환경적 영향을 줄일 수 있다. 이에 대한 첫 번째 해결방법은 배터리 및 배터리 전기적 모니터링 메커니즘에 필요한 구조변경이다. 다음으로, 용량이 "감소된" 배터리에 대해 응용 프로그램을 통해 식별해야 할 필요가 있다. 이 영역에서 많은 실험이 실행되었기 때문에, 이는 전기 네트워크에 연결된 에너지 저장에 사용될 수 있다.

▲이미지 flickr

프랑스 송전공사 RTE와 같은 주요 업체는 이 애플리케이션이 기능적으로나 경제적으로 적합하지 않다고 판단하고 대신 전기차 배터리를 첫 수명이 끝날 때 재활용할 것을 권고한다.

또한 이러한 환경 영향과 재활용 문제는 기술이 아직 성숙기에 도달하지 않았기에 장기적인 지속가능성이 아직 보장되지 않아 해결하기가 간단하지 않다는 점에 유의해야 한다.
바로 이러한 이유로 전기차 배터리와 관련 소재 제조 및 재활용이 환경, 경제적, 사회적 부문에 미치는 영향을 지속적으로 연구해야 한다. 전문가들은 제조 공정에 대한 투명성을 얻기 위해 정치적인 입법 압력을 지속적으로 적용하여 그 영향을 정량화하고 제한할 수 있는 방법을 파악하는 것이 필수적이라고 말한다. 새로운 배터리 개발의 환경적 측면을 포함하여 향후 유럽 연구 프로그램도 이 영역에 배치된다.
 

문제는 그저 앉아서 기다린다고 해서 기적적이고, 깨끗하고, 고성능의 값싼 배터리 기술이 그냥 떨어지지는 않는다는 것이다. 전기차 배터리 크기의 성장을 늦추고, 따라서 차량 자체의 출력, 질량 및 자율성을 제한하는 것도 중요한 관건이다.

해외 각국의 전기차와 배터리 전략

전 세계적으로 보면 전기차는 중국과 EU, 미국에서 가장 많이 판매되고 있는 것으로 나타났다. 특히 중국은 2025년 약 330만대의 친환경차 시장을 형성하면서 전 세계 시장의 약 38.4%를 차지할 것으로 전망될 정도로 시장을 잠식할 것으로 보인다. 그에 비해 유럽의 경우 250만대, 미국은 140만대로 친환경차 시장을 형성할 것으로 예상된다.

또한 프랑스의 경우 정부 정책 차원에서 2040년까지 가솔린 경유 차량의 판매가 금지되고 있으며 영국은 2040년부터 모든 가솔린과 차량의 영국 내 신규 판매가 중지되는 등 국가적 차원에서 친환경차의 채택 속도가 빠르게 진행될 것으로 예상된다. 독일은 2030년부터 가솔린과 디젤 내연기관 자동차 판매 금지 결의안이 통과되었고 네덜란드는 2025년부터 내연기관차 판매가 중지되면서 순수전기차만 판매가 허용된다는 방침을 갖고 있다.
 

특히 EU는 2006년 발표된 배터리 지침을 통해 폐배터리가 환경에 미치는 부정적인 영향을 최소화하고자 했다. 따라서 회원국이 폐배터리를 회수하고 재활용을 용이하게 하기 위한 EPR(생산자책임재활용제도)을 도입한다는 규제를 내놓기도 했다.
 

2018년에는 EU 배터리에 관한 전략적 행동계획 지침을 발표했는데 그에 따르면 지속가능하고 경쟁력있는 배터리 제조 산업 구축을 위해 재생원료를 최대한 활용함으로써 배터리 팩을 제조하는 것을 골자로 한다. 또한 유럽은 배터리얼라이언스가 2017년 출범됐으며 주요 산업 이해관계자, 회원국, 유럽투자은행 등이 참여하고 있다.

EU는 2030년까지 유럽 도로에 3000만 대의 전기차가 생길 것으로 기대하고 있어 친환경차 성장에 있어서 고무적인 것으로 나타났다. 하지만 배터리가 수명을 다하게 될 때 재활용이 어떤 국면으로 향할지는 알 수 없다는 입장이다. 따라서 전문가들은 지속가능한 전기차 산업을 위해 배터리 재활용이 최대 관건이 될 것이라고 밝혔다.
 

전기차 배터리는 일반 자동차 배터리보다 크고 무거우며 수백 개의 개별 리튬이온 셀로 구성되며, 모두 분해해야 한다. 또한 유해 물질을 함유하고 있으며, 잘못 분해하면 폭발하는 불편함이 있다. 따라서 전 세계적으로 LIB를 재활용하는 비율은 미미할 것으로 보인다.
자동차 제조사들 또한 배터리 재활용의 중요성에 대해 인식하고 유해성을 최소화하면서 자체적으로 재활용하는 방안을 속속 내놓고 있다.
 

일례로 닛산은 현재 공장에서 근로자들에게 부품을 전달하는 자동 안내 차량에 LEAF(리프) 차종의 오래된 배터리를 재사용하고 있다. 닛산 제조공장에서 근로자들을 돕는 용도로 모바일 기계를 이용하고 있는데 리프 차종 배터리를 이용해 활용도를 높이고 있는 것이다.
폭스바겐도 이와 유사한 사례로 지난해 독일 잘츠기터에 전기 자동차 배터리 재활용을 위한 그룹 최초의 공장을 열었으며, 시범 단계에서 연간 최대 3,600개의 배터리 시스템을 재활용할 계획이라고 밝혔다. 따라서 알루미늄, 구리, 플라스틱은 물론 리튬, 니켈, 망간 및 코발트와 같은 원료를 회수해 장기적으로 90% 이상 재활용율을 달성한다는 목표를 갖고 있다. 

▲충전 중인 전기차

한편, 르노는 현재 연간 200개 수준에 불과하긴 하지만 모든 전기 자동차 배터리를 재활용한다는 목표를 두고 있다. 이 회사는 프랑스 폐기물 관리업체 베올리아와 벨기에 화학업체 솔베이와의 컨소시엄을 통해 이 같은 작업을 수행하고 있다. 르노의 최종적인 목표는 자사 배터리뿐만 아니라 타사의 배터리까지 재활용하는 것이며 이는 배터리 제조공장의 생산 폐기물도 포함된다고 밝혔다.
 

그밖에 영국 런던에 본사를 둔 특수화학 및 지속가능 기술회사인 존슨 매티(Johnson Matthey)는 산업 폐기물 관련 재활용 업체인 스웨덴의 스테나 재활용 그룹(Stena Recycling Group)과 제휴하여 유럽에서 LIB와 셀 제조 원료의 재활용을 위한 효율적인 가치 사슬을 개발했다고 밝혔다.
 

이렇듯 지역별로 봤을 때 전기차 배터리 재활용 시장 참여자가 늘어나면서 시장 성장을 더욱 견인할 것으로 기대된다. 또한, 제품 성능과 사업 확장에 대한 유명 공급업체의 투자가 증가할 것으로 보인다. 따라서 많은 시장 참여자들은 많은 인구가 수많은 산업의 새로운 혁신과 결합된 중국과 인도와 같은 신흥 경제국에서 수익성이 좋은 기회를 찾고 있다.

보다 효율적인 배터리 재활용은?

미국의 경우 정책입안자들은 전기차 배터리의 자국내 공급을 확대하는 방법을 모색하고 있는 것으로 나타났다. 만약 바이든 만약 행정부가 2030년까지 판매되는 모든 신차들의 절반을 전기차로 전환한다는 목표를 달성하려면, 포괄적인 미국 EV-배터리 자원 회수 전략을 통해 배터리 설계와 재사용을 위한 연구개발 자금뿐만 아니라 시험, 취급, 운송 및 처리 표준 개발에 대한 자금이 투입될 필요가 있다. 현재 가장 큰 걸림돌은 사용후 배터리 셀의 운송, 저장 및 관리에 따른 것으로 재활용 활성화를 제한하는 요소가 된다. 

 

또한, 배터리의 상태 및 잔존 수명을 판단하기 위해서는 첨단 측정 장비 및 데이터 모델링 기술이 필요하다. 따라서 세컨드 활용 전략을 가속화하기 위해서는 인프라 및 관련 테스트 및 측정 표준을 수립하기 위한 투자 지원이 필요하다. 하지만 아직까지는 전기차 배터리 재활용은 많은 비용이 들고 관리가 어려우며 안전 및 환경적 문제를 일으킬 소지가 있다. 실제로 현재 미국 전체 전기차 배터리 재활용 비용의 약 40%를 전기차 배터리 운송이 차지하고 있을 정도이다.

국내 사정도 이와 다르지 않은데 업계 관계자는 보다 효율적인 재활용을 위해 "사용후 배터리의 재사용 재활용 시장 활성화를 위해서는 해당 배터리가 전기차에 장착되어 사용되는 과정에서 어떠한 이력이 있었는지 확인할 수 있는 이력관리체계를 마련할 필요가 있다"며 "사용 후 배터리 전주기 정보를 배터리산업화 센터, 해체업자, 보급업체 등이 투명하게 공유해 이력 및 유통 안전성 확보가 관건이다"고 밝혔다. 

 

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