중국이 전기자동차(EV) 배터리 재활용 시장을 선점하기 위해 강력한 정책을 펼치고 있다.
전기자동차 시장이 확대되면서 폐배터리 재활용이 주목받고 있으며 EU(유럽연합), 중국, 미국은 배터리 재활용산업 육성에서 한국보다 앞서고 있다.
SNE리서치에 따르면, 세계적으로 폐기되는 전기자동차와 하이브리드자동차(HV)는 2025년 54만대에서 2030년 414만대, 2040년에는 4636만대로 급증할 것으로 예상된다.
특히, 글로벌 전기자동차 폐배터리 재활용 시장은 2017년 1억4000만달러에 불과했으나 2018년부터 연평균 성장률이 41.8%로 2025년에는 22억8000만달러에 달할 것으로 전망되고 있다.
LiB(리튬이온전지) 폐기량은 2020년 10만2000톤으로 나타났으며 2040년 780만톤까지 확대되고 LiB 재활용 시장은 310억달러에 달할 것으로 예상된다.
전기자동차 배터리는 원자재가 차지하는 단가 비중이 크고 광산에서 채굴할 때 다량의 이산화탄소(CO2)가 발생하며 니켈, 리튬 등 핵심 원자재 수요는 증가하고 있으나 채굴량이 한정되는 등 공급망 리스크가 상당해 재활용의 경제적 이득이 큰 것으로 평가된다.
삼원계, 재활용하면 팩당 매출 600-900달러 달해
배터리 순환경제 시장은 재사용과 재활용을 구분해 접근하고 있다.
재사용 방식은 전기자동차에 쓰이는 중·대형 배터리가 대상이며 폐배터리 진단 및 분석 설비와 ESS(에너지저장장치) 운영 노하우가 있을 때 유리한 것으로 알려졌다.
모듈과 셀을 해체하지 않아도 돼 해체 과정이 안전하고 추가 비용이 적게 발생하는 장점이 있어 자동차와 배터리 생산기업들이 사업 모델로 검토하고 있다.
재활용 방식은 소형 IT기기에 투입되는 폐배터리가 대상이며 셀 단위에서 분해해 금속을 추출하는 방식이다. 폐배터리 방전 시스템과 금속물질 회수 공정 기술이 필요하며 원료 금속을 추출할 수 있어 원재료 비용 절감에 장점이 있다.
전기자동차 폐배터리 재활용은 부품 회수, 기계적 분쇄, 블랙파우더 생산 등 전처리 공정과 건식제련, 습식제련의 후처리 공정을 통해 진행된다.
건식제련은 금속을 추출하기 위해 고온의 열을 가하는 방식으로 기계적 분리와 고온 열분해 방법을 포함해 공정이 비교적 간단한 장점이 있으나 전력 소비가 많고 처리 과정에서 유해가스가 발생해 회수 설비를 확보해야 하는 단점이 있다.
습식제련은 산이나 염기 용액을 사용해 전극 소재의 금속을 추출하는 방식으로 고순도로 회수가 가능하나 공정이 복잡하고 부식성 용액 관리에 비용이 소모되는 단점이 있다.
그러나 광산에서 채굴하는 최고 등급 산화리튬 농도가 2.0-2.5%에 불과한 반면, 재활용으로 추출하면 4-5배의 고농도 원료를 얻을 수 있고 배터리 종류별로도 다양한 수익성 창출이 가능한 것으로 알려졌다.
블룸버그에 따르면, 24kWh급 삼원계 배터리 재활용은 팩당 600-900달러의 매출을 창출할 수 있는 것으로 파악된다.
EU·미국, 국제기준 마련하고 정책적 지원
EU는 시장에서 거래되는 배터리를 일정부분 재활용 원료로 사용해야 한다는 내용의 새로운 배터리 규제안을 발표했다.
2030년 1월부터 배터리에 사용하는 코발트는 재활용 원료 비중이 최소 12%, 리튬·니켈은 4%를 사용하도록 제안했으며 폐배터리 수거 비율 역시 2020년 45%에서 2030년 70%로 확대할 계획이다.
벨기에 유미코어(Umicore)는 폐배터리에서 원재료 회수 및 재활용하는 폐쇄 루프 사업 모델을 보유하고 있는 것으로 알려졌고, 스웨덴 노스볼트(Northvolt)는 폐배터리 재활용 공장을 건설하고 있으며, 독일 프리모비우스(Primobius)는 폐배터리 셀을 재활용하기 위해 처리능력 2만톤 공장을 건설한 것으로 파악된다.
일본은 전기자동차 시장점유율이 2021년 0.6%에 불과하나 정부 주도로 2035년 이후 신형 내연기관 자동차 판매를 금지할 방침이며 닛산(Nissan)과 스미토모케미칼(Sumitomo Chemical)을 중심으로 배터리 잔존용량을 예측하는 시뮬레이션 기술 등 다수 기술 개발에 박차를 가할 뿐만 아니라 재활용 시설 역시 건설하고 있다.
미국은 공급망 관리 차원에서 배터리 재활용기업 육성을 위해 보조금 지원 등을 아끼지 않고 있다.
중국, 배터리 재활용 관련기업 4만600개 달해
중국은 전기자동차 뿐만 아니라 전기오토바이, 전기철도 등에서 동력원으로 사용되는 배터리를 동력배터리로 통칭하고 연구와 정책 발표를 이어가고 있다.
중국 전기자동차 판매량은 2021년 340만대로 세계 전체의 51.5%를 차지했으며 2040년에는 4500만대까지 증가할 것으로 예상되고 있다.
폐배터리 재활용 시장은 2021년 165억위안(3조1000억원)에 달했고 2022년에는 280억위안(5조2000억원)을 상회한 것으로 측정하고 있다.
중국은 2016년 전기자동차 배터리 회수 이용기술 정책을 발표했으며 2018년 자동차 생산기업에게 전기자동차 배터리 재활용의 주체적 책임을 부여하기 위한 동력 배터리 재활용 생산 책임제를 명시했다.
2018년 7월부터 베이징(Beijing), 상하이(Shanghai)를 포함한 17개 지역에서 재활용 시범사업을 시행하고 베터리 생산기업과 중고자동차 판매처, 폐기물 사업자와 공동으로 폐배터리 회수 및 재판매가 가능한 시스템을 마련한 것으로 알려졌다.
중국 발전개혁위원회는 2021년 순환경제발전규획을 통해 전기자동차 폐배터리 재활용을 6대 중점 행동과제 가운데 하나로 제시하는 등 재활용 산업 발전 촉진에 나서고 있다.
중국은 전기자동차 배터리 재활용 관련기업이 4만600개로 파악되며 정부는 자동차 폐배터리 종합이용산업규범조건에 부합하는 45개 관련기업을 발표하고 적극적인 정책 지원을 약속했다.
중국에서 사용하는 LFP(리튬인산철) 배터리는 수명이 길고 고가 금속 함량이 적어 재사용 방식에 적합한 것으로 알려졌으나 재활용을 통한 금속 회수에도 기술 개발을 적극적으로 추진하고 있다.
중국 정부는 폐배터리에서 니켈·코발트·망간의 98%, 리튬의 85%, 기타 희소금속의 97% 회수를 요구하고 있으며 회수 관련 특허 건수도 2022년 1100개를 넘어선 것으로 파악되고 있다.
CATL은 광푸(Guangfu)와 함께 배터리 산업단지 프로젝트에 약 6조원을 투자했으며 산업단지에는 인광, 원료, 전구체, 양극재 뿐만 아니라 폐배터리 재활용 능력까지 갖춘 종합 생산기지를 건설하고 2025년 가동을 시작할 예정이다.
GEM은 2022년 니켈 1만5000톤 회수를 통해 니켈 자급률을 40%까지 끌어올리고 2030년에는 10만톤 회수로 자급률 100%를 달성하겠다는 방침이다. GEM은 중국에서 재활용 니켈·코발트 원료 시장의 30%, 재사용 전기자동차 배터리 시장 역시 20%를 선점한 것으로 파악된다.
다만, 생산기업별로 배터리 구조가 다르고 금속함량에도 차이가 있어 추출공정에 차이를 두어야 하는 점은 과제로 남아 있다.
한국, 리사이클 법적 기반 미흡에 원료도 수입
국내에서는 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온에서 삼원계 배터리를 생산하고 있어 재활용 방식으로 경제성을 확보할 것으로 예상된다.
국내 폐배터리 재활용 시장은 전기자동차, LiB 급성장을 타고 형성을 시작한 단계이며 대기업들이 진입하고 있으나 현재 실체가 존재하고 상용화에 성공한 재활용기업은 성일하이텍이 유일한 것으로 파악된다.
에코프로, GS, 코스모, 포스코 계열사가 사업을 추진하기 시작했고 고려아연이 폐배터리 재활용 사업 확장으로 황산니켈 국내 시장 1위를 지키려는 움직임이 엿보이고 있다. 
성일하이텍은 2008년부터 전처리 공장을 가동하고 있으며 모든 종류의 LiB 스크랩 처리가 가능한 것으로 알려졌다.
국내 유일한 습식제련 전문기업으로, 2011년부터 습식제련 공장을 가동했고 코발트·니켈·망간·리튬·구리·알루미늄 등 주요 금속을 배터리 원료로 재공급하는 자원순환 모델을 확보했다.
중국, 인디아, 헝가리, 말레이지아에 확보한 리사이클링파크에서 폐배터리 수거와 파쇄, 분쇄 등 전처리 공정으로 블랙파우더 원료를 생산하며 군산 하이드 센터에서 금속을 추출하고 있다. 성일하이텍은 6개 리사이클링파크를 2030년 30개로, 2개 하이드로센터를 5개로 확대할 방침이다.
성일하이텍은 2022년 7월 말 코스닥에 상장하며 확보한 공모자금을 하이드로센터 3공장 건설에 투자할 계획이다. 하이니켈 수요가 증가할 것으로 전망하고 2024년 수산화리튬을 양산할 예정이다.
포트폴리오 확대도 추진한다. LFP와 전고체 배터리 재활용 기술 역시 개발을 추진하고 있으며 NC솔루션, 고순도 구리 메탈, 양극재 중심에서 음극재 및 전해질 소재로 회수 영역을 확대할 방침이다.
포스코HY클린메탈은 전처리공정을 위해 유럽 배터리 공장의 폐배터리 스크랩을 블랙파우더로 가공하는 PLSC 법인을 폴란드에 설립했으며 율촌산업단지에 습식제련 공장 건설을 시작했다.
포스코 관계자는 “리사이클링 사업이 본격적으로 개화되면 리튬·니켈 수급과 가격이 안정화될 것”이라며 “빠르면 2023년 후반, 늦어도 2024년에는 폐배터리 재활용 시장이 확대될 것으로 전망하고 있다”고 밝혔다.
코스모화학은 2021년 8월 폐배터리 재활용에 대한 사업목적 추가를 결정하고 NCM(니켈·코발트·망간) 등 양극재 금속추출 라인 추가 증설에 300억원을 투자하기로 의결한 바 있다.
코스모화학의 금속추출 라인은 2022년 12월 1차 증설을 완료한 후 니켈 2000톤, 코발트 800톤을 생산하고 이어 2023년 4분기 2차 증설을 완료해 니켈 생산능력을 4000톤까지 확대할 계획이다.
2022년 9월 완공 예정이었으나 리튬 생산설비 추가를 검토하면서 공사 일정이 지연됐으며 탄산리튬 생산설비는 금속 추출라인 증설이 완료되는 2022년 12월 추가한 것으로 알려졌다.
탄산리튬 생산능력은 2000톤이나 니켈·코발트 생산능력에 맞춘 폐배터리 원료량을 투입하면 실질적인 생산능력은 1000톤으로 파악된다.
한국은 폐배터리 안정성과 성능 검증기준이 미비하고 폐배터리 재사용 및 재활용을 위한 법적 기반이 부족하며 전기자동차의 구체적인 폐기 지침도 없는 것으로 지적되고 있다.
국내 시장 관계자는 “배터리 재활용 규격 뿐만 아니라 등록, 회수, 포장, 운송, 해체 등 단계별로 국가표준을 제정해 단계별 책임 소재를 명확히 할 필요가 있다”며 “장기적 관점에서 재활용 신기술 투자 역시 병행해야 한다”고 강조했다. (홍인택 기자: hit@chemlocus.com)
