폐베터리 재활용 방안의 종류와 정의

Re-Use의 정의

• 전기자동차에 사용되는 리튬 2차 전지는 초기 용량 대비 70% 이하로 감소하면 주행거리 감소, 충전 속도 저하 및 안전성 위험 증가 등 운행상 문제로 교체가 필요.
• Re-Use는 전기자동차에서 분리된 전지를 ESS(Energy Storage System)등의 전원으로 재사용하는 것
  지속적인 충/방전이 가능하기에 ESS로 재사용 시 자원 선순환 생태계 구축 가능

Re-Cycling의 정의

• Re-Cycling은 폐전지의 양극 활물질로부터 고가의 희유금속(Rare Metal, 『코발트, 니켈, 망간 등』)을 추출하는 것을 말하며, 대부분의 희유금속은 수입에 의존하고 있어, 전지 Re-Cycling으로 안정적인 재료 확보가 가능할 것은 예상
• Co 함량이 높은 소형전지 또는 용량 저하가 심하거나 외부 충격 등으로 파손이 발생하여 ESS 재사용이 불가한 전지 등의 경우, 전지 내 함유된 고가의 금속을 회수하는 방안이 필요.

폐전지 Re-Use 및 Re-Cycling 사례

• 현대차 그룹은 한국 수력원자력 및 OCI 등과 업무협약을 통해 전기자동차에서 발생한 폐전지를 활용한 ESS를 태양광 발전시스템에 접목하여 실증사업을 진행 중

협약 기관	주요 내용
한국수력원자력	- 「전기차 폐배터리 재활용 에너지저장장치 사업 공동수행」 협약 체결 - 양 기관은 신재생에너지 사업과 연계하여 2021년말까지 총 10MWh 규모의 폐전지를 활용한 ESS 시범사업을 실시 - 2030년까지 수상 태양광과 도서지역 풍력사업 등 대규모 재생에너지 사업과 연계하여 3GWh급 세계 최대규모의 재활용 ESS 사업 추진 계획
OCI	- 현대차그룹에서 개발한 ESS를 텍사스(미국)에 위치한 OCI 태양광발전소에 설치하여 공동 실증 분석 계획

※ ESS 대규모 보급사업에 필요한 안정적인 생산 시스템을 확보하고자 ESS 부품 및 설계업체인 파워로직스와 공동으로 청주에 Pilot 생산라인을 구축하여 가동 중임

• 삼성SDI는 국내 Re-Cycling 업체인 성일하이텍과 업무협약을 통해 내부에서 발생하는 소형전지 불량품 등으로부터 희유금속을 추출하여 재사용하고 있음
• LG화학은 호주 폐전지 재활용업체인 인바이로스트림과 협약을 통해 소형 전지에 대한 Re-Cycling을 수행하고 있음
• SK이노베이션은 삼성SDI/LG화학과 달리 자체적으로 Re-Cycling을 수행하여 희유금속을 회수할 수 있는 기술을 개발하고 있으며, 전기자동차용 폐전지와 관련되어 렌털(Rental) 방식의 사업화도 검토 중
• 폐전지가 본격 배출되는 시점이 도래하지 않아, 전지 생산업체들은 구체적인 방안은 확정하지 않고 다양한 활용방안을 고민 중

해외 사례 (Re-Use)

• 주요 해외 전기자동차 생산업체들도 국내와 마찬가지로 폐전지를 기반으로 상업용 및 가정용 ESS 및 자체 구축 ESS 개발 등에 대한 사업성을 검토 중
• Nissan(일본) 은 2014년부터 전기자동차 전지 반납을 조건으로 교체 서비스를 시행 중이며, 이를 기반으로 2016년부터 전력기업인 Eaton Energy(영국)와 협력하여 가정용 ESS를 제작하고 있음
• BMW(독일)은 Bosch(독일) 및 스웨덴 발전 기업 Vattenfall과 공동으로 ESS 생산 라인을 구축하고 자국 내 전력망과 연계하여 시범 운영 중 (BMW : 폐전지 공급, Bosch : 전지 평가, Vattenfall : ESS 설비 운영 )
• 상기 사례와 같이 세계 주요 전기자동차 생산업체들은 전력 관련 사업자와 협업을 통해 ESS 분야로 확대를 추진하고 있음. 시장은 현재 시범사업 수준으로 해외와 국내 모두 초기 단계임.

해외 사례 (Re-Cycling)

• 소형 IT기기용 폐전지는 국내와 유사하게 희유금속 회수 위주를 위한 Re-Cycling이 이루어지고 있음
  세계적으로 소형 폐전지 재활용을 통한 희유금속 회수가 가능한 업체는 성일하이텍(한국), Umicore(벨기에), Brump(중국), GEM(중국) 등 4개사임.
  Umicore는 리튬 2 차 전지용 양극 활물질 시장 점유율 1위. 폐전지 Re-Cycling 분야에서도 세계 최고의 기술력 확보

[이슈] 폐리튬 2차전지의 Re-Use와 Re-Cycling 산업 및 기술현황.pdf

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[이슈분석]2030년 21조원 시장 폐배터리 신산업으로 키운다

글로벌 시장조사 업체 마켓앤마켓에 따르면 리튬이온 배터리 자원순환 시장은 2019년 기준 15억달러(1조7300억원)에 불과하지만 2030년에는 181억달러(21조원) 시장으로 연평균 8.2% 성장할 전망이다.

배터리 자원순환 시장은 크게 유가금속을 추출하는 물질 재활용과 배터리를 모듈이나 팩 단위로 재사용하는 재사용시장으로 구분된다.

물질 재활용은 이차전지를 구성하는 요소 중에 리튬·니켈·코발트·구리 등을 추출해 재사용하는 사업이다. 전기차 배터리의 주원료로 사용하는 리튬이차전지는 스마트폰 등 소형 IT기기에 사용하는 전지와 동일하게 양극활물질, 음극활물질, 분리막, 전해질 등으로 구성됐다.

주로 전지 가격의 40% 비중을 차지하는 양극활물질에 있는 코발트, 니켈, 리튬 등을 습식제련, 황산 용해 등을 거쳐 각각 원소를 녹여 뽑아내는 방식이다.

배터리 물질 재활용업체 성일하이텍 관계자는 “전지에 사용된 코발트의 경우 90~95%, 리튬은 70~80% 회수가 가능하다”면서 “잔존가치가 없는 전기차 폐배터리에서 활용할 수 있는 물질 재활용으로 환경오염을 줄이면서도 국내에서 생산되지 않는 리튬 등 희토류 재사용이 가능하다”고 말했다.

배터리 재사용도 향후 성장이 기대되는 분야다. 전기차에 사용된 배터리는 가정용 에너지저장장치(ESS)나 전동킥보드, 캠핑용 전지 등으로 재사용이 가능하기 때문이다.

[기획] “난 죽지 않아” 폐배터리의 부활 - 테크월드뉴스

폐배터리 재활용으로 전기차 가격을 낮추면 판매량은 더 증가할 것이다. 해외 완성차 업체들도 이에 동감하는 듯 재활용 기술 확보, 재활용 전문 업체와의 협력 등에 총력을 다하고 있다. 테슬라는 ‘2020 테슬라 임팩트 리포트’를 통해 “자체 기술력으로 폐배터리 소재의 92%를 회수할 수 있게 됐다”며 “이미 2020년 기준 니켈 1300톤, 구리 400톤, 코발트 80톤을 재활용했다”고 밝혔다.

포드는 폐배터리 재활용 스타트업인 레드우드 머티리얼즈와 협력한다. 포드 전기차가 폐차되면, 레드우드가 배터리만 수거해 그 안에 있는 리튬, 니켈 등을 회수할 예정이다. 레드우드 머티리얼즈는 테슬라의 공동 창업자였던 JB 스트라우벨이 2017년에 설립했다. 폐배터리 소재의 90% 이상을 회수하는 기술을 확보했으며, 이미 전기차 4만 5000대를 만들 수 있는 금속을 모아두기도 했다.

폭스바겐은 현재 폐배터리 원자재 회수율을 60%에서 95%로 늘리는 연구를 진행하고 있다. BMW는 보쉬 등과 공동으로 ESS 생산라인을 구축하고, 자국 내 전력망과 연계하는 시범 사업을 시행하고 있다.