[SDG7친환경에너지생산-소비] 오는 2030년경 전 세계에서 전기자동차에 사용하는 리튬인산철(LFP) 배터리가 55% 이상일 것으로 예상돼 폐LFP배터리 재활용 기술확보가 관련 산업의 경쟁력 강화에 결정적인 힘이 되는 상황에서 국내 연구진이 재활용 기술 개발에 성공했다.
한국지질자원연구원은 자원활용연구본부 김병수 박사 연구팀이 저온 건식 재활용 기술을 적용한 LFP 폐 리튬이온배터리 재활용 기술이 국내서 개발했다고 7일 밝혔다.
이 기술은 방전된 폐 리튬이온 배터리를 선별 공정 없이 단순 파쇄한 뒤 1200도 이하의 온도에서 부분 용융해 블랙매스(black mass·리튬 95% 이상 분리, 흑연 함유량 3% 이하)와 흑연을 분리 회수할 수 있는 친환경 저온 건식재활용 기술이다.
이번 기술개발은 성공률 98%보다는 실패율 98%에 도전하는 지질자원분야 최초 연구에 대한 도전 사업으로 실패도 용납하는 열려있는 연구의 장(R&D샌드박스)에서 나온 성과여서 의미가 더 크다는 평가를 받는다.
폐배터리 재활용 기술은 대부분 NCM(니켈, 코발트, 망간)이나 NCA(니켈, 코발트, 알루미늄) 배터리 계열에 적용된다. 기계적 파분쇄이후 건조, 물리적 선별, 열 처리후 습식공정을 거치거나 1400 이상에서 건식공정 처리 후 습식공정을 통해 재활용하고 있다.
김병수 박사 연구팀이 개발한 친환경 저온 건식재활용 기술은 폐배터리 선별 공정 없이 단순 파쇄만 하는 게 장점이다. 1200도 이하에서 부분용융해 흑연 함유량을 줄인 블랙매스와 흑연을 분리회수할 수 있다.
화학물질을 사용하지 않아 찌꺼기(슬래그)가 배출되지 않고, 기존 기술보다 200도 이상 공정 온도를 낮춰 이산화탄소 배출을 줄인 환경 친화형 건식공정 기술이다.
현재 폐배터리 재활용 기술은 대부분 NMC(니켈·코발트·망간) 또는 NCA(니켈·코발트·알루미늄) 배터리 계열에 적용된다. 특히 기계적 파분쇄→건조→물리적 선별→열 처리후 습식공정을 거치거나 질소 또는 대기분위기에서 1400°C 이상의 건식공정 처리 후 습식공정을 통해 재활용하고 있다
연구팀의 기술은 집전체인 알루미늄과 구리, 알루미늄-구리 합금의 녹는점이 비교적 낮다는 특성을 이용해 NCM, NCA배터리에도 적용이 가능하다고 한다. 또 현재 상용 중인 용융환원 공정보다 에너지 집약적 용해과정이 필요하지 않아 운용이 매우 쉽고 저온으로 시설 투자비가 저렴한 것도 장점이다.
연구팀은 이번 기술 개발로 재활용 공정의 단순화와 운영비 절감 등이 이뤄질 수 있을 것으로 기대하고 있다. 앞으로 국내 재활용 기업들이 친환경·저비용의 리튬, 코발트, 니켈 화합물 등을 회수할 수 있는 원천기술과 인프라를 제공하고, 사업화를 통한 친환경 자원 재활용 선순환 체계도 구축 가능할 전망이다.
김병수 박사는 “기존 상용화된 기술의 복잡한 공정은 물론 환경적 문제점을 보완하고 개선했다”며 “친환경 폐배터리 재활용 기술 고도화를 통해 관련 기업에 기술이전을 확대하고 국가 자원 사업 경쟁력을 확보하겠다”고 말했다.
SDG뉴스 이춘영 기자