니켈‧코발트 이어 리튬도 회수 … 일본기업, JXNMM 중심 참여 활발

유럽을 중심으로 LiB(리튬이온전지) 재이용 법 규제를 추진하고 있어 대응이 요구된다.
유럽위원회(EC)가 2020년 12월 제안한 유럽 배터리 규제안은 2027년부터 전기자동차(EV) 배터리, 산업용 배터리, 자동차 축전지의 코발트, 리튬, 니켈 등의 리사이클 소재 사용량을 공개하도록 의무화하고 2030년부터는 재이용된 각종 원료가 실제 어느 정도로 사용됐는지 최저 비중을 기준으로 판단하는 제도를 도입하는 방안을 검토하고 있다.
LiB 리사이클은 기존에 니켈, 코발트 등 희소금속 중에서도 특정 지역에 편재돼 공급 불안과 가격 변동 리스크가 큰 편인 양극재 소재만을 대상으로 실시돼왔다.  새로운 리사이클 대상으로 추가되는 리튬은 매장량이 비교적 풍부하나 유럽의 법제화로 리사이클 수요가 증가할 것으로 예상된다.
EC는 2030년까지 요구할 축전지의 리사이클 소재 함유량 최소 기준으로 코발트 12%, 납 85%, 리튬 4%, 니켈 4%를 제시했으며 2035년부터는 코발트 20%, 납 85%, 리튬 10%, 니켈 12%로 올릴 계획이다.
일본 JXNMM(JX Nippon Mining & Metals)은 관련 법 규제를 준비하고 있는 유럽에서 선제적으로 사업기반을 구축하고 있다.
독일 프랑크푸르트(Frankfurt)에 LiB 리사이클 사업화를 위해 JX Metals Circular Solutions Europe을 설립했으며 자동차기업 등과의 연계를 검토하고 있다.
후쿠이현(Fukui)의 쓰루가(Tsuruga)에서 진행하고 있는 클로즈드 리사이클 실증 결과를 바탕으로 2030년 이후 강화될 것으로 예상되는 관련 법 규제에 대응해 선제적으로 사업기반을 구축할 방침이다.
쓰루가에는 폐LiB 회수 및 처리능력이 월 수톤 수준의 리사이클 공장을 건설했으며 폐LiB에서 황산니켈을 재정제하는 작업을 시작했고, 2022년에는 설비 확충을 통해 황산코발트와 탄산리튬 재정제도 시작할 방침이다. 주요 양극활물질 재이용을 위한 검증도 서두르고 있다.
JXNMM의 클로즈드 리사이클은 폐LiB를 원료로 주요 양극활물질로 활용할 수 있는 희소금속을 재이용하는 시스템이며, 이바라키현(Ibaraki)의 히타치시(Hitachi) 기술개발센터의 벤치 스케일 설비를 사용해 기초기술을 확립했고 회수 금속염에 대한 수요기업 평가에서 배터리 소재로 사용할 수 있는 품질임을 확인받았다.
쓰루가에는 2021년 5월 JX Mining & Metals Circular Solutions를 설립하고 10월부터 실증설비를 활용한 검증을 추진하고 있다.
리사이클 기술은 열처리와 금속염을 직접 회수하는 습식처리를 조합한 것으로, 열처리는 섭씨 500-600도 온도에 압력, 반응분위기 등 금속염의 고순도 회수를 실현하는 정밀한 제어가 요구되고 있고, 습식처리는 열처리와 파쇄분별에서 회수한 배터리 분말에서 불순물을 제거한 후 코발트, 니켈, 리튬을 용매로 추출하고 있다.
코발트, 니켈은 결석화로 황산코발트, 황산니켈로 만들며 리튬은 탄산화한 후 여과를 거쳐 탄산리튬을 회수‧정제하고 있다. JXNMM은 회수한 LiB 팩을 해체한 모듈 단위로 처리하고 있다.
간토덴카(Kanto Denka)도 SMM(Sumitomo Metal Mining)과 공동으로 LiB 전해질용 리튬 리사이클을 위한 기반기술을 확립했고, 최근에는 재생 리튬을 사용해 제조한 전해질용 육불화인산리튬(LiPF6)에서 기존제품과 동등한 품질을 확인함으로써 유럽의 재생소재 사용 의무화에 대응할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
간토덴카는 배터리 소재 중 LiB 전해질용 LiPF6와 전해액 첨가제용 붕불화리튬(LiBF4) 등을 공급하고 있다.
2가지 모두 1997년부터 상업 생산하며 세계 최고 수준의 품질과 생산능력을 갖추고 있으며, 특히 LiPF6는 전기자동차 전환이 가속화되면서 미즈시마(Mizushima) 5400톤 공장을 풀가동하고 있으나 조만간 수급이 타이트해질 것으로 예상됨에 따라 증설을 검토하고 있다.
SMM은 니켈 서플라이체인을 베이스로 자동차 배터리용 양극재를 주로 공급하고 있으며 니켈산리튬(NCA)에서 세계 최대 시장점유율을 확보하고 있다.
양사는 2018년부터 폐LiB 리사이클 기술을 공동으로 개발하고 있으며 최근에는 간토덴카가 독자적으로 개발한 습식정련법을 활용해 SMM의 건식제련 프로세스에서 얻은 리튬 함유 슬러그를 원료로 사용함으로써 리튬화합물을 고순도‧재자원화하는데 성공한 것으로 알려졌다.
기존의 건식제련 방식으로는 슬러그를 안정화하기 위해 실리카(Silica)를 사용해야 하지만 SMM이 배터리 리사이클 과정에서 산화칼슘을 플렉스로 채용함으로써 융점을 낮추고 동시에 화학적 용해성을 개선해 리튬 회수를 가능케 한 것으로 알려졌다.
양사는 습식정련이 일반적인 리튬광석과 비교해도 품질이 떨어지지 않기 때문에 LiB 회수 코스트와 환경부하를 더욱 낮출 수 있도록 개발을 강화하고 있다.
간토덴카는 2022년 여름 완공을 목표로 미즈시마 공장에 월평균 리튬 회수능력 30kg 이상의 파일럿 플랜트를 건설하고 상업생산을 위한 검증에 착수할 계획이다. (K)