배터리 재활용은 분리, 기계적 파쇄·분쇄, 화학처리 등의 과정을 통해 니켈 등 금속들을 추출하는 방식으로 이뤄진다. 사진은 리튬이온 배터리 제품 .

세계 이차전지 제조 시장에서 한국이 중국의 점유율을 맹추격하고 있는 가운데 폐배터리 재활용 기술은 중국이 한국을 빠르게 뒤쫓고 있다. 우리나라가 배터리 핵심 소재인 리튬을 폐배터리에서 추출하는 기술을 세계 최초 개발한 가운데 중국도 폐배터리에서 리튬을 뽑아내는 기술 개발에 성공했기 때문이다.

최근 중국 연구진은 폐기된 리튬인산철(LFP) 배터리에서 핵심소재인 리튬을 선별 회수하기 위해 공기 산화수 침출을 사용, 리튬의 고효율 용출과 리튬·철을 분리하는 두 기술을 개발했다. 이같은 성과를 담은 논문이 영국왕립화학회(RSC)의 저널 그린케미스트리(Green Chemistry)에 게재됐다.

저렴한 비용과 안전성, 열에 대한 고내구성 등으로 중국에서는 LFP 배터리가 보편화돼 있다. 하지만 LFP 배터리는 제한된 수명(8~10년)으로 사용 후 배터리를 정확히 처리하지 않으면 독성 전해질, 유기 화학 물질로 환경 오염을 초래할 수 있다는 지적을 받아왔다.

연구진은 “낮은 리튬 회수율과 높은 시약 및 폐수 처리 비용 때문에 폐 LFP 배터리의 재활용을 위한 현재의 접근 방식은 경제성이 떨어진다”면서 “폐 LFP 전지에서 리튬을 선택적으로 회수하는 과정에서 이러한 문제를 해결하려면 기존 산화제를 대체할 뿐만 아니라 저렴하고 친환경적이며 효율적인 산화제를 개발하는 것이 중요하다”고 지적했다.

폐배터리에서 리튬을 추출하는 기술은 SK가 세계 처음으로 개발한 바 있다. 작년 3월 SK이노베이션의 배터리 금속 재활용기술의 친환경성이 미국 에너지성(DOE) 산하 연구기관 아르곤 국립 연구소에서 배터리 생애주기 평가(LCA·Life Cycle Assessment)를 통해 검증됐다. LCA란 원료 및 에너지의 소비, 오염물질과 폐기물의 발생 등 생산·유통·폐기 전 과정에 걸쳐 환경에 미치는 영향을 분석하는 것이다. 이를 통해 에너지 사용량과 오염물질 방출량을 산정해 환경경영의 구체적인 방안을 찾을 수 있다.

아르곤 연구소는 SK이노베이션의 배터리 금속 재활용 기술을 통해 수산화리튬을 제조하면 리튬광산 생산방식 대비 74%, 리튬호수 생산방식 대비 41% 가량 온실가스 발생량을 감소시키는 것으로 평가했다. 또 리튬이온 배터리의 핵심 소재인 양극재 제조시 리튬광산 원료 대비 47%, 리튬호수 원료 대비 39%의 온실가스 발생량을 낮출 수 있는 것으로 추산했다. 이 기술의 핵심은 사용 후 배터리에서 회수된 리튬이 하이니켈(High Ni) 양극재 제조에 직접 활용될 수 있도록 리튬을 수산화리튬 형태로 우선 추출한 후 NCM(니켈·코발트·망간)을 추출하는 형태다.

그간 배터리 자체는 친환경이지만 배터리 소재인 광물 채굴 과정에서 고온의 화학물질을 사용, 황산화물 등 대기오염물질을 발생시킨다는 비판을 받아왔다. 재활용 기술 역시 대부분의 업체가 쓰고 있는 습식공정 방식은 니켈 등 핵심 물질 회수 후 리튬을 추출하는 것이다. 이는 하이니켈 배터리에 적용이 어려운 탄산리튬 형태로 나오기 때문에 낮은 회수율과 순도가 재사용 가치를 떨어뜨린다는 지적이 제기돼 왔다. 서경원 기자