전기차 폐배터리 버리지 말고 다시쓰자. 이제는 자원순환시대!
전기차 폐배터리 버리지 말고 다시쓰자. 이제는 자원순환시대!
대학생신재생에너지기자단 19기 김수정
서론
최근 몇 년 사이에 “환경문제”는 많은 사람들의 최대 관심사가 되었으며, 이를 해결하기 위하여 신재생에너지 등 다양한 방법들을 도입중이다. 그 중에서도 많은 사람들의 호응을 얻고 있는 분야는 바로 “전기차”일 것이다. 전기차는 화석에너지로 구동하는 내연기관과 달리 전기 에너지로 전기 모터를 구동하여 구동력을 발생시키는 차량이다. 따라서 CO2, NOx, 미세먼지 등의 대기오염 물질들을 배출하지 않아 미래 산업 방향으로 주목받고 있다. 또한 환경규제 및 친환경차량 보급 장려 정책 등으로 전기차의 보급률은 증가하는 추세이다.
우리나라에서도 친환경 정책 중 하나로 전기차의 보급량을 늘리기 위해 ‘전기차 구매 보조금’을 지원 및 세세감면 혜택 등을 통하여 구매를 장려하고 있다. 2020년 8월 24일 국토교통부의 보도자료에 따르면 자동차 등록수는 매년 증가하고 있다.
[자료1. 연도별 자동차 등록 현황]
출처:"전기차 충전기 인프라 분석 및 개선 방안 연구",이선형
그러나 급격한 전기자동차 보급률의 증가는 또 다른 문제를 낳았다. 바로 ‘전기차 폐배터리 배출 증가' 이다. 위에서 언급했듯이 전기차는 11년~17년까지 연평균 약 85%의 성장률을 기록했으며, 정부에서는 미세먼지 관리 종합 대책으로 22년까지 전기차 35만대를 공급할 계획이라 밝혔다. 전기차 배터리는 일반적으로 5~10년을 사용하면 폐기가 되는데 초기 전기차 시장은 11년에 형성되었기 때문에 2020년 이후 폐배터리는 급격하게 증가될 것이라 예상되며 에너지경제 연구원은 2029년 국내 기준 전기차 폐배터리는 78,981개가 배출될 것이라 추정했다.
[자료2. 좌)배터리 시장전망, 우)전기차 폐배터리 배출 추정량]
이에 따라 환경부에서는 거점수거센터 구축 등 미래 폐기물 재활용 관련 입법 등을 통해 이에 대비하고 있다. 또한 현재 국내외적으로 전기자동차용 폐배터리 재활용에 대한 관심이 높아지고 있으며, 2018년 기준 약 20개의 재활용회사가 글로벌하게 운영되고 있다. 그러나 아직까지는 소형 폐배터리 재활용 기술 상용화에 그친 정도이며 전기차 폐배터리와같은 대형 배터리의 경우, 공정과 규모 등에 있어서 소형배터리와 차이가 나기 때문에 더 효과적이 기술개발과 정책 마련이 시급한 상황이다. 이번 기사에서는 현재까지 개발된 재활용 기술과 폐배터리 재순환에 대해 알아보고자 한다.
본론: 폐배터리 처리 방법
폐배터리 처리방법에는 크게 재활용, 재사용이 있다. 일반적으로 “폐배터리”라는 용어에는 하나의 폐기물로 인식하는 관습적인 사고가 깔려있었기 때문에 지금까지 ‘폐배터리“에 대한 정책은 주로 폐기물 매각이나 재활용 등을 규정한 『폐기물관리법』의 틀 안에서 이루어져 왔다. 현재까지도 배출된 폐배터리는 일부 자원재활용사업자가 수거하여 전처리단계를 거친 후 재활용을 하는 것이 일반적이었다. 그러나 전기차 폐배터리는 단순한 폐기물로의 처리 방식보다 경제적이고, 환경적으로 가치 있게 사용할 수 있는 여러 방안이 있다.
1.재활용(Recycling)
폐배터리의 재활용은 수거된 배터리를 녹여 리튬, 니켈, 코발트 등 유가금속을 추출하여 신규 배터리 제조 시 원재료로 투입하는 방법이다. 이 방법은 유해 성분을 포함한 폐배터리를 단순 폐기, 매립하는 대신 재활용을 하기 때문에 환경에 주는 영향을 최소화할 수 있으며, 희소 금속의 수급을 수입에 의존하는 상황에서 이러한 재활용 방식이 활성화 될 경우 수입자원 대체효과를 기대할 수 있다.
[자료3. 전기차 폐배터리 재활용 공정]
출처: 에너지경제연구원
2. 재사용 (Reuse)
전기차 배터리로 한번 사용된 배터리는 잔존 수명 및 건강상태 등에 따라 일부를 개조하거나 그대로 ESS에 장착하여 원래 목적이었던 전기차용 배터리로 재사용될 수 있다. 아직 성능보증 기간이 완료되지 않은 배터리의 경우, 수리의 절차를 통해 재사용이 가능하다. 반면에 성능보증 기간이 완료되었거나 차량사고 등으로 파손된 경우에는 재제도 등을 통해 배터리 기능을 복원하여 재사용된다.
[자료4. 전기차 배터리 재사용 방식 분류]
출처: 에너지경제연구원
또한 전기차의 페배터리 중에서도 원래 목적인 전기차용 배터리로 재사용이 되지 않는 경우에는 폐배터리의 상태를 평가하여 ESS, UPS 등으로 이차사용(Second use)하는 방식이 이용된다. 통상 전기차용 배터리로의 사용 기한은 초기용량의 70~80%이지만 다른 목적의 ESS로는 60% 수준까지 사용할 수 있다. 따라서 재목적화(Repurposing)공정을 통해 폐배터리를 원래 목적과 다른 용도로 활용할 수 있는 것이다.
이러한 재사용 방식은 자원소비를 줄이는 편익을 제공하며, 재상용의 과정에서 여러 단계의 처리 프로세스를 거치기 때문에 관련 산업의 육성 또한 가능하다. 마지막으로 재상용이 완료된 폐배터리는 최종적으로 재활용하게 되므로 물질 흐름 프로세스에 따라 순환형 구조를 형성할 수 있다.
[자료5. 전기차 폐배터리 이차사용 주요 분야]
출처: 에너지경제연구원
*ESS(Energy storage system): 에너지저장장치, 저장장치에 전력을 저장하여, 향후 필요시 전력 공급
*UPS(Uninterrruptible power system): 무정전전원장치, 정전시 비상전원을 공급해주는 설비
결론
전기차의 폐배터리 재순환의 시장 확대를 위해서 아직 극복해야할 문제들은 많이 남아있다. 대표적으로 폐배터리에 관한 법령체계의 미흡으로 인한 배터리 수집 및 운송에 대한 문제가 있다. 현재 전기차 폐배터리는 대기환경보전법에 따라 각 지자체 앞 반납하고 있는 실정이며, 반납 이후의 관리체계 또한 미비한 상태이다. 추가적으로 배터리의 폭발 가능성 때문에 이를 안전하고 충분하게 확보하는 수집 및 운송 과정에 있어서의 어려움도 존재한다.
앞으로 폐배터리 재순환촉진을 위해 ‘성능 평가 부문 규정 마련과 명료화’, ‘재활용, 재사용 부문 규정 마련과 명료화’, ‘실증사업 지원 및 정보 공유’, ‘ESS시장 활성화를 위한 제도개선’, ‘폐배터리 시장수요 창출’, ‘지자체별 재활용(재사용)센터 구축’등의 대안마련이 필요할 것이다.
환경보호를 위해 전기차 시장을 확대한 만큼 전기차 시장이 또 다른 환경문제로 이어지지 않도록 폐배터리에 대한 체계 구축 및 대안 마련을 통해 아직까지 애물단지처럼 쌓여있는 전기차 폐배터리들을 해결함으로써 전기차 시장이 더 발전할 수 있기를 바란다.
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1. "전기차의 한계를 뛰어넘다, 전고체 배터리", 작성자(18기 최별, 19기 권승호, 김수정, 이수연, 임하영), https://renewableenergyfollowers.tistory.com/m/3284
2. "전기자동차 이야기2-배터리? 나한테 맡겨!", 작성자(15기 최명근), https://renewableenergyfollowers.tistory.com/m/3216
참고문헌
[서론]
1) 구지선, “전기차 폐 배터리 활용 현황과 시사점”, KDB미래전략 연구소 산업기술리서치 센터, 2012.9.20.
2) 손정수 외 3명, “전기자동차용 폐배터리 재활용 현황과 향후 연구방향, p217, 춘계학술연구발표회, 대한민국, 2020년도
3) 이선형, “전기차 충전기 인프라 분석 및 개선 방안 연구”, 한양대학교 공학대학원, 2021.2
[본론]
1) 김재경·박찬국, “전기차사용 후 배터리 거래시장 구축을 위한 정책연구”, 에너지경제연구원, 2018.12.30.
2) 홍용준, “전기차 폐배터리를 재사용한 에너지저장장치(ESS)의 에너지 균등화 비용 추정연구-가정용 ESS를 대상으로-”, 고려대학교 그린스쿨 대학원, 2018.1.5.
[결론]
1) 구지선, “전기차 폐 배터리 활용 현황과 시사점”, KDB미래전략 연구소 산업기술리서치 센터, 2012.9.20.
