폐배터리의 두 번째 삶과 도시 광산을 통한 대한민국 자원 독립

폐배터리의 두 번째 삶과 도시 광산을 통한 대한민국 자원 독립

대학생신재생에너지기자단 29기 염동혁

폐배터리 쓰나미와 순환 경제

전기차(EV) 보급이 가파르게 증가하면서 배터리 산업은 국가 전략 산업으로 부상하였다. 그러나 전기차 시장의 성장은 '수명이 다한 배터리'라는 숙제를 불러왔다.

[자료 1. 폐배터리 시장 현황]

출처 : KCA 소비자정책동향 제141호

시장 조사 기관인 SNE 리서치에 따르면 전 세계 전기차 폐차 대수는 2030년 약 411만 대에 달할 것으로 보이며 이는 배터리 용량 기준으로 338GWh 양에 해당한다. 국내 상황 또한 2017년 이후 전기차 누적 등록 대수가 60만 대를 돌파해 2025년을 기점으로 폐배터리 배출량이 늘어나며 2029년경에는 연간 약 8만 개의 폐배터리가 나올 것으로 추정된다.

재사용 배터리와 ESS 시장의 미래

재사용은 자동차용으로는 부적합하지만, 여전히 에너지 저장 능력을 갖춘 배터리 팩이나 모듈을 분해하지 않고 에너지 저장 장치나 소형 파워뱅크 등으로 용도를 변경하여 사용하는 방식이다. 반면 재활용은 배터리를 파쇄하여 블랙매스(Black Mass) 형태의 중간 원료를 만들고 화학적 공정을 통해 리튬, 니켈, 코발트 등 유가금속을 추출해 이용하는 방식이다.

[자료 2. 재사용과 재활용]

출처 : ⓒ29기 염동혁 Gemini

재사용 배터리의 대표적인 활용처는 정지형 에너지 저장 장치이다. 전기차는 급가속과 감속, 고속 주행 등 가혹한 환경에서 배터리를 사용하지만, ESS는 상대적으로 완만한 충·방전 패턴을 보이기 때문에 10년 이상의 추가 수명을 기대할 수 있다.

최근 국내에서는 규제 샌드박스를 통해 폐배터리를 재이용한 캠핑용 파워뱅크, 전기 이륜차, 태양광 가로등 제작 실증 사업이 진행되고 있다.

소재별 재활용 경제성 분석 - 하이니켈과 LFP의 엇갈린 운명

리튬, 니켈, 코발트, 망간을 주원료로 하는 하이니켈 삼원계 배터리는 재활용 시장에서 높은 대접을 받는다. 니켈과 코발트는 그 자체로 매장량이 적고 가격 변동성이 희소금속이기 때문에 폐배터리에서 이를 회수하여 다시 배터리 양극재로 제조하는 공정이 수익성을 보장하기 때문이다.

문제는 가격 경쟁력을 앞세운 리튬인산철(LFP) 배터리의 시장 점유율이 확대되면서 발생한다. LFP 배터리는 비싼 니켈과 코발트 대신 저렴하고 풍부한 철과 인을 사용한다. 제조 단계에서는 원가를 20% 이상 절감할 수 있지만 재활용 단계에서는 수익성이 급격히 떨어지는 '지속가능성의 역설'을 안고 있다.

[자료 3. LFP 배터리 재활용의 '지속가능성 역설' 극복]

출처 : ⓒ29기 염동혁 Gemini

이러한 LFP의 경제성 한계를 극복하기 위해 한국지질자원연구원(KIGAM)은 재활용 기술을 개발하고 있다. 세계 최초로 개발된 '저온 건식 재활용 기술'은 기존의 1,400°C 고온 공정 대신 1,200°C 이하에서 화학 약품 없이 리튬을 95% 이상 추출하는 방식이다. 이 공법은 에너지를 아끼고 폐수 발생을 차단하여 LFP 재활용의 경제적 타당성을 확보하는 중간 다리가 될 것으로 보인다.

신뢰를 확보하기 위한 기술적 고투

[자료 4. 전기차, 배터리 관련 화재 현황]

출처 : KCA 소비자정책동향 제141호

전기차 화재 사건이 보도될 때마다 대중의 불안감은 커지며 이는 중고 배터리를 다시 사용하는 재사용 배터리 제품에 대한 불신으로 이어질 것이다. 재사용 배터리는 신규 배터리보다 물리적 충격이나 과충전에 더 취약할 수 있다는 인식이 있기 때문이다. 특히 대단위로 구축되는 ESS는 단 하나의 셀에서 발생한 열폭주가 전체 시스템으로 번져 대형 참사로 이어질 위험이 있다.

안전성을 확보하기 위한 첫 번째 방어선은 지능형 배터리 관리 시스템(BMS)이다. BMS는 배터리의 상태를 실시간으로 모니터링하여 위험을 사전에 차단하는 '배터리의 두뇌' 역할을 한다. 재사용 배터리의 경우 각 셀의 노화 정도가 다르므로 이를 정밀하게 관리할 수 있는 고급 알고리즘이 필수다. 따라서 최근에는 인공지능(AI)과 디지털 트윈 기술이 BMS에 접목되고 있다.

자원 자립국을 향한 '도시 광산’

폐배터리는 더 이상 버려지는 쓰레기가 아니라 리튬과 니켈이 가득 차 있는 '도시 광산'이다. 정부는 2030년까지 10대 전략 핵심 광물의 20%를 재자원화를 통해 충당하겠다는 목표를 세우고 재자원화 산업을 국가 공급망을 지키는 '핵심 광물 제조 산업'으로 격상시켰다. 국내 핵심 광물 재자원화 시장이 2040년 21조 원 규모로 성장할 것이라는 전망은 이 산업이 한국의 차세대 먹거리임을 분명히 보여준다.

폐배터리에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "[RE:CHARGE LIVE] 버려진 배터리 1000개로 전기세 안내는 방법", 28기 이건혁, 29기 이예람, https://renewableenergyfollowers.org/ev-battery/?idx=170403160&bmode=view

2. "[Battery Bible] 폐기 이전의 순환: 배터리 공정 속 자원 재활용의 환경적 가치", 28기 남호정, https://renewableenergyfollowers.org/ev-battery/?idx=169445180&bmode=view

참고문헌 

[폐배터리 쓰나미와 순환경제]

1) 김민정 책임연구원, 폐배터리 순환경제 동향과 시사점, 소비자정책동향, 제141호, https://www.kca.go.kr/home/board/download.do?menukey=4083&fno=10043625&bid=00000018&did=1003722288

[재사용 배터리와 ESS 시장의 미래] 

1) 이찬우 기자, "[기획]전기차 배터리 재사용-재활용 차이는?", 매일일보, 2023.11.12, https://www.gg.go.kr/cmmn/download.do?idx=708297

2) 포스코에세이, "[궁금한 THE 이야기] ⑥ 이제는 순환경제 시대, 다 쓴 배터리도 돈이 된다?!", 2023.02.01, 포스코그룹 뉴스룸, https://newsroom.posco.com/kr/%EA%B6%81%EA%B8%88%ED%95%9C-the-%EC%9D%B4%EC%95%BC%EA%B8%B0-%E2%91%A5-%EC%9D%B4%EC%A0%9C%EB%8A%94-%EC%88%9C%ED%99%98%EA%B2%BD%EC%A0%9C-%EC%8B%9C%EB%8C%80-%EB%8B%A4-%EC%93%B4-%EB%B0%B0%ED%84%B0/

[소재별 재활용 경제성 분석 - 하이니켈과 LFP의 엇갈린 운명]

1) SNE Research, "폐 전기차에서 발생하는 폐 배터리, 2040년 263조 원 규모의 큰 먹거리 된다", 2023.07.18, Battery, Battery Materials EV, https://www.sneresearch.com/kr/insight/release_view/144/page/228?s_cat=|&s_keyword=

[신뢰를 확보하기 위한 기술적 고투]

1) 안진홍, "폐배터리의 셀 적층 구조에 무관한 BMS 개발에 관한 연구", 제주대학교 제주대학교대학원, 2022

[자원 자립국을 향한 '도시 광산’]

1) 김지섭 기자, "정부, 핵심광물 '도시 광산' 육성, 폐배터리서 희토류 캔다", , 2025.10.31, 조선일보 https://www.chosun.com/economy/economy_general/2025/10/31/NU2ERJDP7FBFRAKSF4YI2SACUU/