쏟아지는 폐 배터리는 어디로?-배터리 회수 제도의 필요성

쏟아지는 폐 배터리는 어디로?-배터리 회수 제도의 필요성

R.E.F 16기 임상현

 

BoT(Battery of Things) 시대가 다가온 지금, 이젠 리튬 2차 전지(이하 배터리와 동일)가 들어있지 않는 제품을 찾아보기 어렵다. 휴대전화와 노트북뿐만 아니라 스마트 시계 등의 웨어러블 기기가 발전하면서 배터리의 활용분야는 더욱 넓어질 전망이다. 하지만 배터리 산업의 성장과 동시에, 폐배터리의 처리 문제가 발생했다. 리튬 2차 전지는 유해성과 리튬의 불안전성으로 인해 폐기 시 각별한 주의가 필요하기 때문이다. 초기 보급된 전기차의 수명한도가 가까워지는 지금, 곧 폐배터리가 쏟아질 예정이다. 해결 방안인 리사이클링(Recycling)과, 이에 대한 대한민국의 나아가야 할 방향에 대해 논해보고자 한다.

 2017년도 전 세계에 보급된 전기차는 310만대에 달한다. [i] ESS의 경우, 한국에서만 보급한 ESS용 배터리의 총용량이 1.2GWh에 이른다.[ii] 1GWh는 10만가구(4인 기준) 이상이 하루 동안 사용할 수 있는 전력량이다. 전기차로 환산하면 5만대 이상, 스마트폰 기준 9천만대 이상을 동시에 충전할 수 있는 규모다. 스마트폰 또한 2017년에 전 세계 판매량만 15억 개가 넘는다. [iii]2017년의 세 항목만으로도 어마어마한 양의 배터리가 생산되었음을 알 수 있다. 그로부터 약 2년이 지나가고 있는 지금, 2차 전지가 생산되기 시작한 후 전 세계에 공급된 배터리의 개수는 가히 상정할 수 없을 것이다.

 

[표1. 2018년도의 막대한 전기차 배터리 출하량]

출처: SNE리서치

배터리의 특성상 일정 횟수 이상 충방전을 반복하면 최대 용량이 감소하는 문제가 있다. 이렇게 수명이 다한 폐 배터리를 어떻게 처리해야 좋을까? 배터리는 폐기 시 환경 문제를 고려해야 한다. 리튬 배터리에는 위험한 중금속이 다량 포함되어 있는데, 4,000톤의 사용한 리튬 이온 배터리에는 코발트, 니켈, 구리 등 총 1,100톤의 중금속과 200톤 이상의 유독 전해질이 들어있다[iv] 전문가들은 환경 문제 해결과 동시에, 원자재 수급을 위해 Recycling을 추진하고 있다. 폐 전지 리사이클링이란, 말 그대로 전지를 재활용하는 것이다. 현재 시장에 유통되고 있는 리튬 이차 전지는 리튬이온과 기타 금속 간의 전기화학적 반응을 통해 에너지를 저장한다. 이러한 물질과 배터리 자체를 재활용하는 것을 리사이클링이라 한다.

 Recycling은 크게 두 가지 종류로 구분할 수 있는데, 공장에서 발생한 스크랩(폐품)을 재활용하는 방식과 수명이 다한 배터리를 재활용하는 방식이다. 제조 공정에서 용량 미달, 또는 안정성 미달로 발생하는 스크랩은 공정 중에 분류할 수 있으므로 도입 과정이 단순하고 즉각적으로 재활용할 수 있다는 장점이 있다. 이러한 스크랩 재활용은 국내에 이미 적용된 사례가 있다. 삼성SDI의 2018년도 지속경영보고서에 따르면, 올해부터 스크랩을 재활용하는 방안을 채택한다는 계획에 있다. 그러나 폐 전지의 재활용 방식은 아직 본격적으로 도입되지 않고 있다.

[그림 1. 전기차 배터리 리사이클링 구조도]

출처: 전기차 폐 배터리 재활용 방법 및 기준 마련 연구, 환경부

 폐 전지의 재활용 방식은 다시 폐 전지의 금속 추출과 타 분야 재사용으로 나눌 수 있다. 금속추출 방법은 스크랩과 비슷한데, 전지의 안정성 확보 후 파쇄하여 금속을 추출하는 방식이다. 이 방식은 리튬, 코발트, 니켈 등의 금속을 물리적, 화학적으로 추출하므로 공정을 통해 원재료로 재활용 할 수 있다. 재사용의 경우, 수명이 다한 전기차의 배터리를 ESS에 활용하는 것을 예로 들 수 있다. 전기차의 경우 최대용량이 70% 전후로 감소 시 교체시기라고 할 수 있는데, 이러한 배터리는 ESS에 재사용 가능하다. ESS의 경우 부피대비 용량을 극대화하지 않아도 되기 때문이다.

 폐 전지의 재활용 방식의 장점은 다음과 같다. 첫째, 원재료 수급에 용이하다. 대한민국은 리튬, 코발트 등의 원재료를 100% 수입에 의존하고 있다. 일본의 수출규제로 인해 타격을 받았던 반도체 업계의 사례처럼, 원재료 공급은 제조사의 생산에 큰 영향을 끼친다. 주재료인 리튬과 코발트의 가격 변동에 따라 수익이 좌우되므로 리사이클링을 통해 조달할 수 있다면 원활한 이익 창출이 가능할 것이다. 둘째, 추가적인 이익 창출이 가능하다. ESS에 재사용함으로써 전기차용 폐 배터리는 새로운 상품으로 탈바꿈한다. 처리 비용이 감소하고 환경에 끼치는 영향도 감소하는 것이다. 또한 재활용 자체가 새로운 사업의 일환이 될 수 있다. 국내 성일하이텍, 중국의 텔루스 등 폐 전지 recycling 기술을 연구해 관련 산업에 뛰어드는 회사가 늘어나는 추세이다.

 [그래프 1. 리튬과 코발트의 가격 변동]

출처: 한국광물자원공사

 이러한 장점에도 불구하고, 국내 Recycling 제도가 미흡하다는 분석이다. 재활용을 위해서는 체계적인 회수가 필수적인데, 관련 제도가 마련되어 있지 않기 때문이다. 현재 대한민국의 재활용관련 제도는 EPR(Extended Producer Responsibility)로 운영되고 있지만 리튬이차전지는 예외조항으로 운영되고 있다. EPR제도의 범위는 가전제품, 자동차 등 산업 전반에 걸쳐 적용되고 있지만, 리튬이차전지와 전기자동차는 제외 중이다. [v]전기자동차의 경우 정부와 지자체의 보조금으로 보급이 되고 있으며, 사용 후 배터리는 지자체에 반납하는 대기환경법에 규정하고 있어 지자체의 보조금에 대한 회수 형태로 운영되는 등 회수에 대한 정책이 구체적이지 않다.

 전기차와 ESS의 폐 전지는 사용자등록으로 인해 추적이 용이하기 때문에 관련 정책이 먼저 제정되어야 할 필요가 있다. 사용자가 폐기 시 신고의 의무를 가지거나, recycling 회사와 연계 또는 지자체가 운영하는 등의 방안이 있을 수 있을 것이다. 또한 폐차장에서 발생하는 폐 배터리에 대한 제도도 감안하여 원활한 Recycling이 이루어질 수 있도록 해야 한다.  스마트 기기나 전동기구에 사용되는 소형전지의 경우 배터리 취급 방법에 대한 교육이 진행되어야 한다. 한국폐기물협회에서 관리하는 회사들의 경우, 납, 아연을 사용한 폐축전지와 알칼리 전지가 주이므로 리튬이차전지를 취급하는 회사 또한 함께 제도적으로 묶을 필요가 있을 것이다.

 배터리는 국내 제조사의 높은 기술력으로 제2의 반도체로 떠오르고 있다. 배터리의 발전은 미래사회로 나아가는 발판의 역할을 할 것이다. 하지만 폭발적인 공급과 동시에 후처리 또한 생각하지 않을 수 없다. 환경 문제와 원활한 산업의 팽창을 위해 recycling은 필수적이다. 포항 리사이클링 규제자유특구 지정 및 제주 전기차 배터리 산업화센터는 이러한 상황에 발 맞춘 대처라고 볼 수 있다. 하지만 성공적인 리사이클링은 폐 배터리의 원활한 회수 없이는 진행될 수 없다. 따라서 정부는 폐 배터리의 회수 제도를 명확하게 규정하고 빠른 시일 내에 실행해야 할 것이다.

 

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[i] 양은연,전기차 시대, 배터리 산업 경쟁력 강화를 위한 정책 과제

[ii] 한국, ESS 시장의 중심에 서다, 미래에셋대우

[iii] 가트너

[iv] 리튬 이온 배터리의 회수 및 재생 기술 동향, 한국환경산업기술원

[v] 글로벌기술협력기반육성사업(GT) 심층분석보고서, 미국의 전기차용 이차전지 Recycling 기술 동향, 한국에너지기술평가원