미생물로 배터리를 재활용하는 방법

미생물로 배터리를 재활용하는 방법

대학생신재생에너지기자단 26기 김예은

 

폐배터리 재활용의 중요성

배터리 시장이 성장하고 있는 만큼 폐배터리 발생량도 증가하고 있다. 환경부에 따르면, 국내 전기차 폐배터리 배출 규모는 2021년 1,075개에서 25년 3만 1,696개로 약 30배가량 증가할 것으로 예상된다. 자연히 폐배터리를 처리하는 방법에 대한 중요성도 높아지고 있는데, 폐배터리는 리튬, 코발트, 니켈 등 금속 자원을 포함하고 있어 일반적인 쓰레기 처리 방식으로는 처리하기 힘들다. 또한 이러한 금속 자원의 경우 희귀 광물로 대부분 외국에서 수입되고 있다. 이러한 금속 자원을 새로이 채굴하는 것보다, 폐배터리 내의 소재들을 회수하는 것이 더 경제적이다.

그렇다면 이러한 폐배터리를 어떻게 처리할 수 있을까? 폐배터리는 잔존 수명에 따라서 재사용과 재활용으로 활용 방식이 달라진다. 재사용하는 방식은 말 그대로 폐배터리를 재사용하는 방법이다. 잔존 수명이 65% 이상인 폐배터리는 에너지 저장 장치(ESS)나 무정전 전원 장치(UPS)로 재사용된다. 재활용하는 방식은 전처리 공정과 습식 혹은 건식 공정의 후처리 공정으로 배터리 내의 가치 있는 금속을 추출한다. 하지만, 이 과정에서 환경오염 초래, 유해 물질 배출 위험, 큰 비용이라는 단점이 있다.

환경오염을 일으키지 않으면서 배터리 내의 금속들을 추출할 수 있는 방법은 없을까? 이번 기사에서는 배터리를 재활용하는 방식 중 환경 오염 물질과 유해 물질 배출 위험이 적은 기술인 바이오 침출(bioleaching) 기술에 대해서 소개하고자 한다.

 

바이오침출(bioleaching) 기술의 정의와 활용 사례

침출은 고체를 액체에 녹여 흘러나오게 하는 것을 의미한다. 바이오침출(bioleaching)은 특정한 미생물을 이용해서 금속을 추출하는 과정이다. 미생물은 생존과 성장에 필요한 에너지를 금속으로부터 얻기도 하는데, 바이오침출(bioleaching)은 미생물의 이러한 금속 용해 능력을 이용해서 광석이나 폐기물에서 금속을 추출한다. 이 기술은 화학 약품을 사용하는 기존의 침출 기술과 비교하였을 때 환경에 미치는 영향이 적으며, 비교적 적은 에너지와 비용으로 금속을 뽑아낼 수 있다.

이러한 바이오침출 기술을 활용한 대표적인 기업은 핀란드의 테라페임 사가 있다. 테라페임 사는 미생물을 이용한 바이오침출(bioleaching) 공정을 통해 탄소발자국이 타사 제품의 평균치에 대비해 60% 낮은 황산니켈을 생산했다. 이러한 공정은 산업 평균보다 약 90% 적은 에너지로 황산니켈을 생산할 수 있고, 온실가스 배출량은 약 40%, 아황산가스 배출량은 2%, 에너지 소비량은 20% 적다.

우리나라에서도 폐배터리에서 금속자원을 추출할 수 있는 미생물 3종이 발견됐다. 환경부 소속 국립생물자원관은 경상북도의 한 폐광산에서 전기차 등에 사용된 폐배터리의 핵심 광물인 리튬, 니켈, 망간, 코발트 등의 핵심 광물을 친환경적으로 환원할 수 있는 미생물 3종을 2023년 발견하고, 이들 미생물의 금속자원 추출 및 분리 가능성을 최근 확인했다고 밝혔다.

[자료 1. 바이오침출 실험 결과]

출처 : 국립생물자원관

환경부 보도자료에 따르면, 국립생물자원관은 전북대 안준모·황국화 교수 연구진 및 군산대 이효정 교수 연구진과 함께 리튬이온배터리 양극의 재료로 활용되는 양극활물질을 미생물이 활성화된 용액에서 24시간 동안 침출한 결과, 핵심 광물인 리튬, 니켈, 망간 및 코발트가 95% 이상 분리되는 것을 확인했다. 연구에서 사용된 미생물은 애시디싸이오바실러스(Acidithiobac illus) 속에 속하는 2종과 페로액시디바실러스(Ferroacidibacillus) 속에 속하는 1종이다. 국립생물자원관은 이번 연구 결과를 바이오침출(bioleaching)과 관련된 특허로 출원하고 실증화를 위한 후속 연구를 수행할 예정이라고 밝혔다.

 

바이오침출(bioleaching) 기술이 나아가야 할 방향

이렇듯 바이오침출(bioleaching) 기술은 배터리 재활용에 있어서 환경 보호와 자원 효율성을 동시에 달성할 수 있는 가능성을 보여준다. 폐배터리의 재활용이 점점 더 중요해지고 있는 만큼, 이 기술은 기존의 화학적 방법에 비해 환경 오염을 최소화하고 경제적인 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다. 다만 화학반응 기간이 오래 걸린다는 단점 극복과 상용화를 위해서는 지속적인 연구와 투자가 필요할 것으로 보인다. 바이오침출(bioleaching) 기술이 폐배터리 재활용의 핵심 기술로 자리 잡는다면, 지속 가능한 미래를 위해 자원 순환 및 환경 문제를 해결하는 길이 될 수 있다.

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폐배터리 재활용에 대한 대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "사용후 배터리 시장의 미래", 25기 윤영서, https://renewableenergyfollowers.org/4501

사용후 배터리 시장의 미래

2. "스마트한 폐배터리 재활용", 22기 박주은, https://renewableenergyfollowers.org/3899

스마트한 폐배터리 재활용

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참고문헌

[폐배터리 재활용의 중요성]

1) ENERGIUM, "전기차 폐배터리 어떻게 재활용할까?", 2023.05.03, https://energium.kier.re.kr/sub020205/articles/view/tableid/semothy/id/6016

[바이오침출(bioleaching) 기술의 정의와 활용 사례]

1) 국립생물자원관 전략기획과, "폐배터리 금속자원 친환경적으로 추출하는 미생물 3종 발견", 2024.10.14, https://www.nibr.go.kr/cmn/board/SYSTEM_DEFAULT000004/66047bbsDetail.do

2) 윤수은, "생물자원 소재화 연구, 어디까지 왔나", 이코리아, 2024.10.17, https://www.ekoreanews.co.kr/news/articleView.html?idxno=75867

3) 정예린, "르노그룹, 전기차 30만대분 니켈 조달...핀란드 '테라페임'과 맞손, THE GURU, 2021.10.13, https://www.theguru.co.kr/news/article.html?no=26257