'EU 배터리 규제안'이 불러온 폐배터리 리사이클의 새로운 패러다임

'EU 배터리 규제안'이 불러온 폐배터리 리사이클의 새로운 패러다임

대학생신재생에너지기자단 19기 이수연, 18기 이지수

[친환경 전기차에 드리운 배터리의 이면]
탄소 배출량을 '0'으로 만드는 이른바 '탄소중립'을 달성하기 위해 전 세계 여러 국가는 내연기관을 퇴출하고 전기차를 도입하고 있다. 이미 유럽·미국에서는 2025년부터 순차적으로 내연기관 판매를 금지하기로 하였으며, 한국 역시 2035년부터 서울특별시 내 내연기관 통행금지를 시작으로 전국적으로 확대할 방침을 내놓고 있다.
하지만 전기차 공급이 확대되면서 폐배터리 배출 문제의 심각성도 제기되고 있다. 현재 전기차에 사용되는 리튬이온 배터리에는 리튬·산화코발트·니켈 등 여러 금속이 포함되어 있는데, 전기차 배터리 수요를 따라잡기에 공급이 턱없이 부족할뿐더러 리튬 광산 개발에는 환경오염이 뒤따른다는 점이 문제가 되고 있다.

[자료 1. 전기차 보급대수에 따른 폐배터리 배출량 추이]

출처 : 중앙시사매거진

구체적으로 리튬을 전통 방식으로 채굴할 때 나오는 비소 등이 나와 지하수를 오염시킬 수 있으며, 리튬을 추출하는 과정에서 상당량의 황산 폐기물이 나온다. 또한 배터리 제조 과정에서도 많은 유해 화학물질이 발생하고 있지만, 'ESG 경영' 혹은 'RE100' 달성을 위한 기업 측면에서의 노력만 존재할 뿐 구체적인 사후 관리 체계는 존재하고 있지 않은 실정이다.
따라서 현재 일각에서는 국가 차원에서 폐배터리를 어떤 경우에 재사용 혹은 재활용해야 하는지 구체적인 분류 기준을 세우고 관리할 필요가 있다는 목소리가 커지고 있다. 이에 오래전부터 적극적으로 전기차 도입을 해왔던 유럽은 이를 규제하기 위해 현 상황에 맞게 개정된 'EU 배터리 규제안'을 내놓았다.

[지속가능한 배터리로의 도약을 위한 새로운 규제]]
지난 2020년 12월 10일 유럽위원회는 탄소중립 목표 달성과 지속 가능한 배터리를 위한 'EU 배터리 지침 개정안'을 발표하였다. 이번 규제안은 2006년 발표한 EU 배터리 지침(Directive 2006/66/EC)이 잘 시행되고 있는지 자체적으로 평가하여 현재 상황에 맞게 개정한 것이다.
EU는 자체 평가를 통해 ‘폐배터리 수거 관리에 대한 EU 국가들의 법적 의무 필요성’, ‘폐배터리 재활용 물질에 대한 구체적인 목표 부재’를 쟁점으로 이에 대한 의무를 강화하였다. 또한 전기차 수요 급증으로 폐배터리 배출량도 증가할 것을 고려하여, EU 시장에서 거래되는 배터리는 안전이 확보된 수명 기간과 지속가능성을 갖춰야한다는 내용을 새롭게 담았다.
이렇듯 앞으로 유럽에서 판매·유통되는 배터리는 이번에 새롭게 발표된 'EU 배터리 규제안'을 따를 의무가 있으며, 주요 내용은 다음과 같이 크게 3가지로 정리할 수 있다.

[자료 2. EU 배터리 규제안 주요 내용]

출처 : 머니투데이

1) 배터리 주재료 재사용
이번 규제안에 새롭게 추가된 사항인 만큼 가장 핵심이 되는 내용으로, 배터리 제조 과정에서 항상 지적을 받았던 금속 채굴 과정에서 발생하는 인권 및 환경 훼손 문제를 최소화하기 위해 배터리 주재료도 일정 비율 이상 반드시 재활용 원료를 사용해야 한다. 구체적으로 2030년부터 배터리에 사용하는 코발트는 12%, 리튬·니켈은 4%를 기존의 폐배터리에서 회수하여 제조하도록 제안하였으며, 2035년부터는 코발트 20%, 리튬 10%, 니켈 12%로 강화될 전망이다.
2) 배터리 탄소발자국 공개
이 안건 역시 이번에 새롭게 추가된 내용으로, EU 시장에 출시된 모든 배터리는 2024년부터 탄소발자국을 공개해야 한다. 특히 유럽은 탄소중립 조기 달성을 위해 2027년부터 일정 수준 이하로 탄소발자국 상한선을 정해 이를 넘으면 EU 내에서 판매할 수 없도록 할 방침이다. 따라서 각국의 배터리 제조사는 탄소발자국이 낮은 원재료를 확보하고 유해 화학물질의 배출 없이 배터리를 제조하는 기술 개발을 위한 노력이 잇따를 것으로 예상된다.
3) 폐배터리 수거 비율 상향
배터리 재활용·재사용 비율을 높이기 위해 기존의 폐배터리 수거율 45%에서 2030년까지 70% 수준으로 높이게 된다. 수거된 배터리는 주요 원재료를 추출하여 새 배터리 생산에 사용될 수도 있고, ESS 등에 다시 재사용될 수도 있다. 이렇듯 지속 가능한 배터리를 위해 배터리 제조사는 성능이 뛰어나고 안전한 배터리를 생산할 의무도 가지게 되었다.
비록 이번 'EU 배터리 규제안'은 아직 의무조항은 아니며, 앞으로 법적 구속력을 얻기 위해 EU 회원국 각각의 의회 승인을 거쳐야 한다. 하지만 이번 안건을 시작으로 배터리 규제를 위한 국가표준을 세우고, 폐배터리 재활용·재사용의 확대 기반을 마련할 수 있는 포석이 될 것이다.

[국내외 폐배터리 재활용 선진 기술 소개]
일반적으로 전기차 배터리에 주로 사용되는 리튬이온 배터리의 경우 약 500회 정도 충전하게 되면 배터리의 효율이 저하되어 총 15~20만Km를 주행하면 폐배터리로 간주한다. 위에서 언급했던 폐배터리 배출로 인한 환경문제와 더불어 미국과 유럽 국가들이 탄소 중립의 중요성에 대해 지속적으로 언급하고 있기 때문에 많은 기업이 폐배터리 재활용, 재사용 기술 발전에 박차를 가하고 있음을 [자료. 3] 그래프를 통해 알 수 있다. 현재 국내에서는 어떤 방식으로 폐배터리가 재활용, 재사용되고 있을까?

[자료 3. 폐배터리 재활용 시장 전망]

출처 : 가이드하우스인사이트

1) SK 이노베이션

[자료 4. 전기차 배터리 순환 경제]

출처 : 삼성증권, SKinno News

SK 이노베이션은 친환경 사업임과 동시에 전기차 제조 원가를 줄여 시장성도 있는 BMR(Battery Metal Recycle) 사업을 진행한다. 일명 'BaaS(Battery as a Service, 서비스형 배터리 사업)'을 선언하고 5R(충전, 렌탈, 수리, 재사용, 재활용) 전략을 수립해 전기차 배터리의 전 과정을 다루는 사업상 벨류체인을 형성하였다. SK 렌터카와 협업하여 자동차 통합 관리 솔루션인 ‘스마트링크’로 배터리 사용 데이터나 예측 수명, 이상 징후를 실시간으로 모니터링한다. 배터리를 가장 좋은 상태로 유지할 수 있는 관리 시스템을 구축하여 차량을 보다 안전하고 효율적으로 관리할 수 있으며 차후 데이터 분석 알고리즘을 AI 기반 서비스로 확장해 나갈 것이다.
리튬이온 배터리에서 추출 가능한 광물들은 리튬, 니켈, 망간, 코발트 등이 있는데 리튬을 먼저 제거해야 타 금속 추출 시 회수율을 높일 수 있다. 화학적 결합을 하고 있는 리튬을 분리하기 위해서는 필요한 수산화리튬 선회수 기술을 SK가 2019년에 세계 최초로 확보하였는데 이를 통해 얻은 리튬은 채굴로 얻는 리튬에 비해 온실가스 감축 효과가 74%나 있다고 평가되었다. (미국 아르곤 국립연구소)
2) LG 에너지솔루션 (LG 화학)

[자료 5. LG 에너지솔루션 전기차 배터리 부문 실적, 글로벌 점유율]

출처 : 금융감독원, 삼성증권, SNE리서치

LG 에너지솔루션은 배터리 재사용에 초점을 맞추어 교체된 폐배터리를 회수하여 새로운 ESS 개발에 활용한다. LG화학은 배터리 셀의 시작부터 끝까지(BOL -> EOL) 특징을 알고 있어 다양한 선행연구를 진행하고 국내 배터리 분야의 가장 뛰어난 기술과 사업 네트워크를 보유하여 폐배터리 확보에 유리하다.
충전기, 방전기의 데이터 확보를 위해 클라우드 EMS(Energy Management System)을 도입해 실시간 데이터 점검과 시스템 제어를 할 수 있다. 폐배터리 처리에 안전성 문제가 제기되는 상황에서 실시간 데이터 모니터링을 통해 안전 제어를 할 수 있어 효율적이다.
얼티엄셀즈는 국내 1위 배터리 업체 LG에너지솔루션과 미국의 1위 자동차 업체인 GM(제너럴모터스)의 합작법인으로 최근 북미의 최대 재활용 업체 Li-Cycle과 폐배터리 재활용 계약을 체결했다. 리튬, 니켈, 코발트, 알루미늄, 망간 등 배터리 원재료 중 95%가 새 배터리 셀 생산 관련 산업에 재활용할 수 있게 된다. 배터리 생산 시 발생하는 부산물은 걸러내고 유용한 배터리 원재료를 공급망으로 돌려주는 원재료 채굴의 방안이고 지속 가능한 배터리 원재료 회복 기술이 될 계약임을 밝혔다. (Ajay Kochhar – 리사이클 CEO) 니켈, 코발트, 알루미늄 등 배터리 원재료를 재활용하는 공정을 하이드로메탈로지컬(Hydrometallurgical)이라고 하는데 이렇게 재활용이 되면 이 원자재로 다른 부품을 만들 수 있다. 이는 기존 공정에 대비해서 온실가스 배출량이 최대 30%까지 낮아서 친환경적 공정이다.

[향후 폐배터리 재활용 시장 전망]
전기차를 주요 소재로 다루었지만, 전기차 외에도 세계적으로 스마트폰, 태블릿 등 전지 수요가 크게 늘고 있어 폐배터리 역시 기하급수적으로 증가하고 있다. 우선 폐배터리는 주요 구성물질이 유독물질이며 화재 폭발, 감전 등의 위험요소가 존재하기 때문에 함부로 처리할 수가 없다.
수요가 계속 증가하고 있는 리튬은 여태 채굴 방식으로 생산되어 왔기 때문에 리튬을 포함한 배터리 원재료의 가격이 변동되면 전기차 배터리를 생산할 때 문제가 생길 것이다. 2차 전지인 리튬이온전지는 에너지 밀도가 높아서 성능이 떨어지더라도 에너지 저장 시스템 ESS로 재사용이 가능하다. 7-80% 이상 성능일 시에는 ‘재사용’이 가능하지만 그 이하일 경우에는 ‘재활용’을 할 수 있다. 배터리의 4대 소재로서 용량과 출력을 결정하는 핵심인 니켈, 코발트, 알루미늄, 망간 등 양극재가 전체 생산 원가의 약 40%로 큰 비중을 차지한다. 성능이 많이 떨어진 폐배터리에서 희귀 금속자원을 추출하면 배터리 양극재로 다시 활용할 수가 있어 생산 원가를 크게 줄일 수 있다.
이처럼 2차 재사용이 가능하여 친환경성과 경제성을 둘 다 가질 수 있다는 이점이 있어 기업들이 새로운 배터리 생태계를 구축하여 부가가치를 창출하려고 하고 있다. 하지만 회사마다, 전기차 모델마다 해체하는 방식이나 성능 파악을 위한 장치가 달라 아직 해체 전문인력을 비롯해 해체 장비나 배터리 성능 진단 장치 등 인프라가 충분히 구축되지 않은 상태이다. 하지만 안전성 문제를 고려한 처리 기준 등 제도적 규제도 마련되지 않았기에 원활한 폐배터리 활용을 위해서는 다양한 규격 표준화와 인프라가 구축되어 안전성을 확보해야 한다.

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'배터리 재활용·재사용'에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기
1. "전기차 폐배터리 버리지 말고 다시쓰자. 이제는 자원순환시대!", 19기 김수정, https://renewableenergyfollowers.org/3381?category=634149
2. "쏟아지는 폐 배터리는 어디로?-배터리 회수 제도의 필요성", 16기 임상현, https://renewableenergyfollowers.org/2824
2. "버려지는 배터리를 再활용하자!", 11기 백승일, https://renewableenergyfollowers.org/2397

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참고문헌
[친환경 전기차에 드리운 배터리의 이면]
1) 김보민, “친환경 전기차의 딜레마...배터리 생산·폐기 과정서 환경오염 유발”, 뉴스퀘스트, 2021.03.04., https://www.newsquest.co.kr/news/articleView.html?idxno=82223
2) 이유진, “전기차 배터리 수요 뛰자…미국은 지금 '백색 황금’ 채굴 붐”, 매일경제, 2021.05.07., https://www.mk.co.kr/news/world/view/2021/05/442708/
[지속가능한 배터리로의 도약을 위한 새로운 규제]
1) 김성은, "배터리 재활용 더 많이"…EU 새 배터리 기준, 한국에 미칠 영향은?", 머니투데이, 2020.12.12., https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2020121113370223802
2) 김유준, "유럽의 배터리 규제안과 독일 배터리 재활용 동향", KOTRA ＆ KOTRA 해외시장뉴스, 2021.04.12., https://news.kotra.or.kr/user/globalBbs/kotranews/782/globalBbsDataView.do?setIdx=243&dataIdx=188058
[국내외 폐배터리 재활용 선진 기술 소개]
1) 곽도영 기자, EVPOST, 폐배터리는 신 광맥! 재활용 기술 경쟁… 테슬라, 배터리 소재 92% 회수, 2021.08.30, https://www.evpost.co.kr/wp/%ed%8f%90%eb%b0%b0%ed%84%b0%eb%a6%ac%eb%8a%94-%ec%8b%a0-%ea%b4%91%eb%a7%a5-%ec%9e%ac%ed%99%9c%ec%9a%a9-%ea%b8%b0%ec%88%a0-%ea%b2%bd%ec%9f%81-%ed%85%8c%ec%8a%ac%eb%9d%bc-%eb%b0%b0%ed%84%b0/
2 ) 박민규 기자, 이코노믹리뷰, "새 배터리 줄게, 헌 배터리 다오"…신의 한 수는?, 2020.11.25, https://www.econovill.com/news/articleView.html?idxno=506899
3 ) 강기성 기자, 시사포커스, “재사용하거나 원재료 뽑거나”…폐배터리 재활용 사업 ‘박차’, 2021.08.05, https://post.naver.com/viewer/postView.naver?volumeNo=32114985&memberNo=5086418&vType=VERTICAL
4 ) 이세영 기자, 업다운뉴스, 렌터카 업체와 손잡은 LG엔솔-SK이노, '배터리 생애주기 서비스' 맞불, 2021.05.01, https://post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=31395345&memberNo=36765180&vType=VERTICAL
5） SKinno News, 다시 태어나는 전기차 배터리… SK이노베이션, 폐배터리 재활용 시장 정조준, 2021.08.13, https://skinnonews.com/archives/86313