폐배터리 재활용 특허를 가진 리사이클리코 < 순환경제 < 산업 < 기사본문

폐배터리에서 원료를 추출, 재생하는 독특한 기술을 보유한 리사이클리코의 홈페이지 사진, 특허 이름이 ZERO LOSS BATTERY PRODUCTION이다.

전기차 보급이 늘어나고 있지만 배터리와 충전설비의 부족 문제가 걸림돌이다. 특히 배터리의 원자재는 공급이 수요를 못따라갈 것이란 전망이 제기되고 있다. 전기차 배터리의 재활용이 해당 문제를 해결할 한 가지 방법으로 거론되고 있다.

1987년에 창업한 캐나다의 리사이클리코(RecycLiCo)는 전기차의 리튬이온(Li-ion) 배터리에서 음극 재료를 무려 99%나 재활용하고 업사이클링하는 특허를 갖고 있다고 클린테크니카가 21일(현지시각) 소개했다.

리사이클리코가 갖고 있는 특허를 간단히 표현하면 폐배터리를 분쇄하면 생성되는 블랙 매스(Black Mass)를 다시 사용 가능한 골드 매스(Gold Mass)로 바꾸는 독특한 기술이다.

전기차가 친환경 상품이 맞는가에 대한 비판은 리튬이온 배터리의 핵심을 구성하는 배터리 금속, 즉, 리튬, 니켈, 코발트, 망간을 채굴할 때 발생하는 막대한 탄소비용에서 기인한다.

클린테크니카에 따르면, 이론적으로 폐배터리를 분쇄한 블랙 매스에서 발견되는 귀중한 음극 재료를 실제로 재활용하고 업사이클링하는 것은 매우 어려운 일로 입증되었다고 한다. 하지만 리사이클리코의 기술이라면 이야기가 달라진다.

리사이클리코는 블랙 매스를 블랙 골드로 바꿀 수 있는 최초의 업체 중 하나로, 블랙 매스 내에서 거의 모든 양극 재료를 회수하여 배터리에 다시 사용할 수 있는 양극활물질(CAM)과 배터리 제조 공정에서 다시 사용할 수 있는 리튬으로 업사이클링한다.

양극활물질은 2차전지 핵심 소재 중 하나로 배터리 내부에서 전기를 일으키는 물질이다. 전기차와 기타 응용 분야에 사용되는 리튬 이온 배터리의 성능, 안전성, 비용을 결정짓는 요소로 알려져 있다. 특히 전구체(PCAM)와 양극활물질의 상호작용은 배터리 셀 성능을 극대화한다.

경쟁사에 비해 저렴하고 단순하고 덜 해로운 공정 기술 보유

리사이클리코의 공정은 ▲폐배터리를 분쇄해서 얻는 블랙 매스와 고철(scrap)을 혼합 ▲리사이클리코의 특허 기술로 침출(leach) 처리 ▲리사이클리코의 특허 기술로 공동 침전(co-precipitation) ▲공동 침전한 결과물로 전구체(pCAM) 생산 ▲한편, 공동 침전한 결과물을 리사이클리코의 특허기술로 리튬을 복원하고 재생 ▲재생한 리튬에서 고순도 수산화 리튬(LiOH)을 생산하는 과정을 거친다.

또한, 리사이클리코의 특허 기술은 ▲리튬, 니켈, 망간, 코발트의 99%까지 추출 ▲최소한의 단계로 구성된 폐쇄 루프를 만들고 ▲환경오염이 적고 ▲배터리급 물질을 바로 생산할 수 있다는 장점이 있다.

한편, 리사이클리코의 경쟁 업체들은 이와는 다른 공정을 거친다.

경쟁업체들은 블랙 매스만을 원료로 전톡적인 화학적인 침출과정을 거치는데 니켈, 코발트, 리튬을 얻기 위해 별도의 설비와 공정을 따로따로 거쳐야 해서 비용이 많이 들고 에너지 소모도 심하다.

또한, 공정이 복잡하고 폐기물도 많이 나오고 결과물도 바로 배터리에 직접 쓸 수 있는 상태가 아니라 추가 가공을 거쳐야 한다.

리사이클리코의 생산물은 신제품과 거의 다름 없는 품질 수준

그러면, 리사이클리코가 폐배터리에서 회수한 재료로 만든 배터리의 성능은 어떨까? 클린테크니카에 따르면, 신제품에 가까운 것으로 증명됐다고 한다.

주요 배터리 공급업체가 실시한 독립적인 테스트에서, 리사이클리코의 전구체(PCAM)와 N83와 N90의 구성물(현대 고성능 배터리 셀에 사용되는 니켈 83%과 니켈 90%를 포함하는 니켈-망간-코발트 산화물)을 사용한 리튬 이온 배터리 셀은 순도, 탭 밀도, 입자 분포, 크기 및 표면적과 같은 측정 기준에서 채굴한 원료로 만든 셀과 동등했다.

리사이클리코의 재활용 소재 배터리의 전기화학적 테스트는 완전히 신제품 배터리에 대한 용량과 쿨롱 효율(Coulombic efficiency)을 측정하는 동시에 PCAM 재료를 리튬 이온 배터리 셀에 조립한 다음 여러 번의 충전 및 방전을 통해 셀을 테스트했다.

쿨롱 효율이란 에너지를 저장하고 방전할 때 저장한 만큼 돌려줄 수 있는 효율이다. 쿨롱 효율은 전류 효율이라고도 하며 전자가 배터리에서 전송되는 효율이다. 쿨롱 효율이 높은 배터리는 배터리 수명이 더 길다.

배터리 재활용 기업 중에서는 처음으로 합작 시설 추진

리사이클리코의 특허 기술이 다양한 타사에 의해 검증됐기 때문에, 이 프로세스를 실용화하기 시작할 때가 됐고, 리사이클리코는 바로 그렇게 하고 있다.

현재 리사이클리코는 캐나다 밴쿠버에서 최첨단 시범 시설을 운영하며 업계 최고의 브랜드를 위한 최첨단 배터리 소재를 생산하고 있다.

또한 지난 봄, 리사이클리코는 지니스 화학(Zenith Chemical Corporation)과 함께 연간 2000톤 규모의 리튬 배터리 재활용 공장을 대만에 건설하기 위해 2500만 달러(약 334억원) 규모의 50:50 합작 배터리 재활용 프로젝트를 시작할 계획이라고 발표했다.

클린테크니카에 의하면, 배터리 재활용은 더 이상 틈새 개념이 아니고, 수십억 달러가 걸린 급성장하는 산업이다. 리사이클리코와 지니스의 합작은 이 분야 합작 중에서 첫 번째라고 한다.