배터리 제조 스크랩과 수명 종료 EV 및 전자 기기의 배터리가 필요 자재의 준비된 공급원이 될 것이다.

유럽과 미국, 기타 지역의 환경 정책에서 교통 수단의 전동화를 요구하고 여러 국가에서 2030년부터 ICEV 판매 축소를 시행하고자 하면서, EV 배터리 수요는 기하급수적으로 증가할 것이다.

하지만 리튬, 니켈, 흑연, 코발트와 같은 핵심 광물 공급은 이미 여러 환경적, 정치적 요인으로 제한되고 있다. 저장 용량이 감소한 EV 배터리에서 핵심 광물을 추출하면 이러한 공급 부족을 완화할 수 있다.

2030년에는 전동화된 승용차 및 상용차의 배터리 약 120만개의 수명이 종료될 것이며, 2050년에는 그 숫자가 5천만대로 증가할 전망이다. 미국 샌프란시스코에 위치한 국제청정교통위원회(International Council on Clean Transportation)가 2023년 2월 발표한 연구 자료에 따르면 그 중 절반만 재활용하더라도 신규 채굴 작업의 필요성이 감소하며 신규 배터리 원자재 수요는 28% 낮아질 수 있다.

재활용한 소재로 유의미한 차이가 나타나려면 2~30년이 소요될 수 있다. 배터리 신규 출시와 수명 종료 사이의 시간이 존재하기 때문이다. EV 배터리 보증 기간은 미국의 경우 최소 8년, 일부 주에서는 10년이다. 국제청정교통위원회의 수석 연구원이자 위의 연구의 공동 저자인 Dale Hall은 실제 경험에 따르면 그보다 더 오래 수명이 유지되는 사례가 많을 것이라고 말했다.

현재는 배터리 제조 공장에서 배출되는 스크랩(scrap)이 배터리 재활용을 위한 원자재에서 높은 비중을 차지한다고 미국 오스틴의 텍사스대학교 에너지 저장 시스템 연구원 겸 부교수 Yijin Liu는 말했다.

전기차에 비판적인 전문가들은 EV 배터리를 폐기할 때 대규모의 매립이 필요하고, 배터리가 분해되면서 흘러나오는 독성 물질 때문에 토양과 대기가 오염될 것이라고 예상한다. 하지만 이러한 예상이 실제가 될 가능성은 없어 보인다. Hall은 배터리 내부 물질이 가치가 높아 이를 위한 시장이 존재한다고 말한다. 

재활용 기업 Redwood Materials는 2023년 3월 시범 프로젝트 중 EV와 하이브리드차 배터리 250톤에서 핵심 광물을 95% 이상 회수했다고 밝혔다. 리튬, 구리, 코발트, 니켈은 다시 배터리 제조사에 판매되거나 정련 후 네바다 주 카슨시티에 위치한 자체 시설에서 구리 호일이나 배터리 음극 및 양극 제조 공정에 사용되었다고 Redwood 대변인 Alexis Georgeson은 말했다.

Redwood는 네바다 주에 시설을 보유하고 사우스캐롤라이나에도 관련 시설을 개발 중이므로 다른 재활용 기업들처럼 공장 스크랩에 의존하지 않는다. 이 기업은 Audi, Ford, Polestar, Tesla, Toyota, VW, Volvo 및 기타 자동차 제조사들에게서 수명이 종료되었거나 회수한 배터리를 인수하는 한편, 전기 자전거 제조사 및 소비자 가전, 의료용 전자제품의 배터리도 재활용한다. 아울러 GM Ultium 배터리 공정의 생산 폐기물도 사용한다.

Georgeson은 “당사를 리튬이나 니켈 광산에 비유한다면 지난 몇 십년 동안 활동한 곳 중 가장 규모가 큰 생산자에 해당한다”고 말했다.

◆ 해결해야 할 과제도 존재

재활용이 귀중한 자원이 될 수 있지만, 회수한 자재의 공급망을 관리하는 등의 문제가 남아있다고 미국 콜로라도 소재 국립 재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 Margaret Mann 연구원은 말했다.

미국의 인플레이션감축법(IRA)은 미국 내수 공급망의 발전을 촉진하기 위해 중국과 러시아 등 일부 국가에서 수입한 배터리 소재에 연방 EV 세제 혜택을 제공하지 않는다. 하지만 Mann은 미국 재활용 업체에서 회수한 자재를 해외에서 가공하는 비율이 많다고 말했다.

일부 재활용 공정은 수명 종료 배터리를 소각하는 공정을 사용하여 독성 가스를 배출하므로 환경 우려도 제기된다. 신규 재활용 업체는 일반적으로 습식 제련(hydrometallurgy)이라는 공정을 사용하는데, 재사용 산(acid)을 활용해 배터리셀에서 광물의 침출을 유도한다. 이 공정은 에너지 사용량이 낮고 소각 방식보다 환경 영향도 줄일 수 있다.

배터리 재활용 업체들은 태양광 및 풍력 에너지의 정치형 저장 장치에 해체된(decommissioned) EV 배터리를 사용하고자 하는 업체와의 경쟁에도 직면했다. 이러한 배터리는 차량에 동력을 제공하기에는 적절하지 않지만 상당한 에너지 저장 용량을 보유하고 있다.

국제청정교통위원회의 연구에서는 수명이 종료된 EV 배터리의 절반이 정치형 저장 장치에 사용될 것으로 분석했다. Hall은 에너지 저장 장치에 사용되는 배터리 비율이 높아지면 핵심 광물을 채굴할 필요성을 줄일 수 있는 재활용의 능력이 감소할 것이라고 말했다. 아울러 전 세계에서 오늘날 사용되는 니켈이나 코발트 함량이 높은 배터리보다 핵심 광물 비중이 낮은 리튬인산철 배터리 등의 화학으로 전환되는 움직임이 나타나면서, 투자자들이 EV 배터리 재활용 공정에 자금을 지원할 열의가 식을 수 있다고 Mann은 말했다.

◆ 긍정적 전망

현재 가장 성공적으로 미국 내 재활용 사업을 운영하고 있는 Redwood는 이러한 전망에 동의하지 않는다. Redwood는 이미 리튬인산철 배터리 재활용으로도 수익을 내고 있다고 말한다. 리튬인산철 배터리는 에너지 밀도가 낮아 EV 제조사들이 항속거리보다 비용을 우선시하는 모델에 사용한다.

EV 매출은 증가하고 있으며, 최근 성장 곡선의 둔화에도 대부분의 업계 전문가들은 이러한 추세가 기정사실이라고 말한다. 이에 따라 궁극적으로 재활용에 이용 가능한 배터리의 수도 증가할 것이다.

비영리 EV 로비단체 전동화 연합(Electrification Coalition)의 회장 Ben Prochazka는 “현재 재활용의 초기 단계에 있지만 Redwood 같은 긍정적인 예시를 보고 있으며, 시장은 존재할 것”이라며, “재활용된 광물은 폐기하기에는 너무 귀중한 자원”이라고 말했다.