[배터리 바이블] 폐기 이전의 순환: 배터리 공정 속 자원 재활용의 환경적 가치

[Battery Bible] 폐기 이전의 순환: 

배터리 공정 속 자원 재활용의 환경적 가치

대학생신재생에너지기자단 28기 남호정

폐배터리의 재자원화 사업

최근 정부가 폐배터리나 전자폐기물에서 리튬 및 희토류 등 핵심 광물을 확보하는 재자원화 사업 지원을 확대하여, 2030년까지 10대 핵심 광물의 재자원화 비율을 20%로 올리겠다는 계획을 밝혔다. 정부는 제 6차 공급망안정위원회를 열고 핵심 광물 재자원화 활성화 방안 및 희토류 공급망 대응 방안 등을 논의하였다. 

배터리 산업에 적용되는 재자원화란 버려지는 폐배터리에서 핵심광물을 회수하여 산업 원료로 공급하는 것을 의미한다. 10대 핵심광물에는 리튬, 망간, 코발트, 니켈, 흑연 등이 포함되는데 이 광물들은 배터리의 핵심 광물들이다. 특히 코발트, 니켈 같은 전이금속들은 희소성 때문에 가격이 비싸고, 리튬 또한 한정된 자원으로 광물 가격이 높은 편이다. 이러한 핵심광물 재자원화 사업은 자국의 자원 부족 문제를 일부 해결할 수 있을 것으로 전망된다. Sk온은 리튬인산철(LFP) 배터리 재활용 기술을 화학공학 분야 국제 저널에 등재하며 기업에서도 재활용 기술에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.

[자료 1. SK에코플랜트의 배터리 리사이클링 공장]

출처 : SKecoplant

이처럼 폐배터리 재자원화 사업은 필수적이며, 자원빈국인 한국이 앞선 문제에 대해 자력으로 해결할 수 있는 유력한 대응방안 중 하나로 꼽힌다. 그러나 폐배터리 재자원화는 배터리가 사용된 이후에 재활용이 가능하다는 한계가 있다. 폐배터리 이전 배터리를 제조하는 공정에서 많은 자원 손실과 폐기가 발생하고 있고, 이에 대응하기 위해 회수 및 재사용 기술 개발 또한 활발히 이루어지고 있다. 공정에서 버려지거나 폐기되는 자원들을 회수하여 재사용할 수 있다면, 이는 폐배터리 재자원화와 함께 자원 고갈 문제를 자력으로 해결할 수 있는 또 하나의 대응 방안이 될 수 있다.

배터리의 제조공정과 자원손실

배터리의 제조공정은 매우 여러 과정으로 나뉘게 된다. 그중에서 핵심이 되는 공정은 전극 제조 공정이다. 여기서 전극은 배터리 셀 구성 요소인 양극재와 음극재이며, 바인더, 도전재, 활물질로 이루어져 있다. 이들은 배터리의 용량을 결정하는 핵심 구성 요소로써 작용한다.  전극 제조 공정은 크게 슬러리 제조, 코팅, 건조, 압연, 세정으로 나뉘며, 슬러리 제조 방식에 따라 습식과 건식으로 나눌 수 있다. 

먼저, 습식 전극 공정은 현재 가장 많이 사용되는 공정 방식으로, 활물질, 도전재, 바인더를 용매에 분산하여 믹싱을 통해 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 집전체에 코팅하여, 건조 공정을 통해 용매를 제거하는 방식이다. 이러한 과정에서 여러 단계에 나뉘어 자원 손실이 발생한다. 

슬러리 혼합 시 혼합 탱크에 남는 슬러리 잔량과 점도나 분산 불균일로 슬러리를 폐기하는 손실이 발생할 수 있다. 코팅 공정에는 코팅 시작 및 종료 구간에서 발생하는 테일 스크랩이나 코팅 중 용매 증발로 인한 대기 배출이 발생할 수 있다. 

습식 공정에서 가장 큰 자원적 손실이 발생하는 단계는 건조 과정이다. 습식 공정은 건조로 용매를 날려야 하는데, 슬러리 제조 시 사용되는 용매는 NMP이다. NMP는 바인더 용해 능력이 우수하여 균일한 슬러리를 형성할 수 있고, 슬러리 점도 제어가 용이해 전극의 품질 또한 우수하다. 그러나 끓는 점이 높아 완전히 제거하기 위해서는 고온, 장시간 건조가 필요하다. 즉, 배터리 제조 공정 중 에너지 소비가 가장 큰 원인이 된다.

공정 내 자원의 재활용 방식

전극 제조 공정에서 환경 오염의 가장 큰 요인인 용매를 아예 사용하지 않는 새로운 제조 공정 방식이 주목받고 있는데, 그것이 바로 건식 공정이다. 건식 공정은 믹싱공정을 통해 활물질, 도전재, 바인더를 용매 없이 파우더 형태로 만들고 이 파우더를 집전체에 코팅하여 롤프레싱 과정을 통해 전극을 제조하는 방식이다. 용매를 사용하고 이에 따른 건조 과정이 필요한 습식 공정과 달리, 건식 공정은 용매와 건조공정이 필요하지 않아 공정 단가가 낮다는 특징이 있다.

자원을 재활용하는 방식은 첫 번째, 전극 스크랩 재활용이 있다. 코팅, 압연, 슬러리 제조 등에서 발생하는 전극 잔량은 물리적 분리와 화학적 처리를 통하여 분리하고, 금속 회수 과정을 거쳐 리튬, 코발트, 니켈 등 핵심 금속으로 회수된다. 이 방식은 공정 초기 단계 고순도 상태이므로, 폐배터리보다 재활용 효율이 좋고 에너지 투입량이 상대적으로 낮다. 

두 번째로 용매 및 화학물질 회수방식이다. 습식 전극 공정에서 슬러리 제조 시 사용되는 용매인 NMP를 건조 단계에서 휘발시켜야 하는데, 이 용매는 인체 유해성 및 환경 문제를 야기한다. 휘발성 유기용매에 해당하는 NMP는 장기간 노출시 인체에 유해하고, 대기 배출 시 환경 규제 대상이다.

순환경제와 자원 재활용의 중요성

폐배터리의 재활용과 처리 과정은 매우 중요한 과제로 떠오르며 주목받고 있다. 그러나 배터리 공정 속 자원 재활용은 사후 처리 중심의 환경적 대응이 아닌, 환경 부담을 줄이는 예방적 관리 전략이다. 자원의 순환을 통해 탄소 배출을 절감하고 자원고갈 완화, 환경오염을 줄일 수 있다. 

이는 지속 가능한 배터리 산업을 위한 핵심 요소로써 순환경제 실현의 중요한 사례가 된다. 순환경제란 생산된 제품을 재활용, 재사용하는 과정을 통해 사용 후 폐기가 아닌 생산으로 다시 연결되는 경제이다. 폐배터리 재자원화 사업과 공정 단계에서 자원 회수 및 재사용이 이에 해당한다. 이 두 가지 해결책들을 모두 사용한다면, 제조부터 사용 그리고 폐기까지 이어지는 전 과정에서 자원의 효율성을 높이고 환경오염에 대한 영향을 줄이면서 지속가능성을 추구할 수 있다.  

향후 남은 과제와 자원재활용의 중요성 강조

기존의 재활용 논의가 폐배터리에 집중되어 왔지만, 전극 제조 공정을 중심으로 한 공정 내 자원 재사용은 보다 근본적인 해결책이 될 수 있을 것이다. 폐배터리 재활용이 사후적 대응이라면, 배터리 제조 공정에서의 자원 회수 및 재사용은 사전적 대응이다. 배터리 산업의 지속 가능성을 높이기 위해서는 제조 공정 단계에서의 자원 절약과 재사용 전략이 함께 병행돼야 한다.

이차전지에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "차세대 배터리, 문제 투성이 배터리?", 28기 이건혁, https://renewableenergyfollowers.org/ev-battery/?idx=169031882&bmode=view

2. "대신기가 주목한 전고체 기술의 현재와 미래", 23기 김태현, 26기 류호용, 27기 조희선, 28기 이건혁, 정예빈, https://renewableenergyfollowers.org/ev-battery/?idx=169031857&bmode=view

참고문헌 

[폐배터리의 재자원화 사업]

1) 정미하, 조선일보, "폐배터리 가루로 만들어 다시 원료로... 핵심광물 재자원화 속도 내는 배터리업계", 2025.12.15, https://biz.chosun.com/industry/company/2025/12/15/PR3YDFZXZZHR7LGJY5JJH2Y3IE/

2) 주애진, 동아일보, "폐배터리에서 희토류 회수한다... 정부, 핵심광물 재자원화 추진", 2025.10.31, https://www.donga.com/news/article/all/20251031/132678795/1

[배터리의 제조공정과 자원손실] 

1) 김채은, 매일일보, "SK온, 구조적 안정성 갖춘 차세대 양극재 개발", 2026.01.08, https://www.m-i.kr/news/articleView.html?idxno=1323225

2) 이건한, 디지털데일리, "전기차는 진짜 친환경적일까? 제조단계 CO2줄여야...대안은 건식공정", 2023.04.24, https://m.ddaily.co.kr/page/view/2023041318465135709

[공정 내 자원의 재활용 방식] 

1) 이민조, 더일렉, "LG엔솔,삼성SDI 배터리 폐기물 90%이상 재활용", 2024.07.29, https://www.thelec.kr/news/articleView.html?idxno=29317

2) 이성현, 충청뉴스, " 에너지연,이차전지용 건식 전극 제조 기술 개발", 2025.12.03, https://www.ccnnews.co.kr/news/articleView.html?idxno=394005

[순환경제와 자원 재활용의 중요성] 

1) 손영남, 산업경제, "애물덩어리 전기차 폐배터리, 순환경제 씨앗으로 재탄생", 2025.08.06, https://www.biznews.or.kr/news/article.html?no=16153

[향후 남은 과제와 자원재활용의 중요성 강조] 

1) 이경호, 더파워뉴스, "핵심광물 재자원화, 폐기물 아닌 제조업으로 키운다", 2026.01.08, https://www.thepowernews.co.kr/view.php?ud=202601081108121930de3f0aa1be_7