EV배터리 재활용시장 판도 바꾸는 스타트업
2022-06-15
리튬 이온 배터리 재활용을 통해 그 어느 때보다 수익성이 높고 지속 가능한 것으로 만드는 미국 회사들이 있다. 미국 EV전문 매체인 ‘카나리아미디어’에 보도된 배터리 재활용관련 내용을 정리한다. [편집자 주]
대중들은 마침내 상당한 수의 전기 자동차를 구입하고 있다. 이런 현상은 탈탄소화를 위한 중추적인 단계이다. 그러나 EV산업은 사업의 변화를 이끌어야 하는 과제가 숨어 있다. 사업의 변화가 없다면 EV의 급증으로 인해 배터리가 지구를 물바다로 만들 수 있다.
리튬 이온 배터리는 이미 전화기, 노트북, 스쿠터, 전자 자전거와 칫솔에 이르기까지 전원을 공급하고 있다. 특히 2021년 전 세계 신차 판매량의 8.6%를 기록한 전기자동차 산업은 탐욕스러운 수요를 충족시키기 위해 전 세계 배터리 제조가 빠르게 성장하고 있다.
배터리 구동 자동차의 성장 궤적이 명확해진 만큼, 청정에너지 산업은 뒤따르는 폐기물 처리 방법을 알아내야 한다.
리튬이온 배터리는 매립지에 버려서는 안 되는 물질을 포함하고 있다. 오래된 배터리는 적절하게 관리하지 않으면 불이 날 수 있다. 그러나 지금까지 배터리 재활용 기술과 처리 능력은 제조에 비해 크게 뒤처져 있다.
한 가지 처리방법은 누군가에게 돈을 지불하고 오래된 배터리를 운반하여 유해 폐기물 흐름으로 처리하는 것이다. 그러나 이 방법은 배터리 수명 주기에 비용을 증가시킨다. 기존 배터리 분해 방법인 파이로메탈, 수은 등은 가격이 비싸고, 시간이 많이 걸리며, 배터리 내부의 귀중한 물질들을 모두 회수하지 못하는 단점이 있다.
초금속은 배터리의 내용물을 태우기 위해 전지를 용광로에 처넣는 것을 포함한다. 그을린 잔해 속에 남아있는 미량의 니켈과 코발트는 제련소에 팔 수 있게 된다.
수은은 화학을 사용하여 배터리를 작은 조각으로 분쇄한 후 금속을 회수한다. 이 방법은 때때로 큰 팩을 분해하기 위해서 힘든 육체 노동을 필요로 한다.
이러한 방법으로는 오래된 배터리로부터 새 배터리를 만드는 데 필요한 재료 양에 가까운 것을 복구할 수 없다. 오래된 재활용 시설은 종종 리튬을 재활용하지 않는다. 재활용이 가능하도록 설계되지 않았다.
지금은 많은 스타트업이 더 깨끗하고 효율적인 재활용 기술을 상용화하고 있다.
전례 없는 규모로 전용 리튬이온 배터리 재활용 공장을 짓고 있다. 창립자 중 많은 수가 배터리 제조 분야에서 이전에 쌓은 경험으로 무장하고 있다. 지난 1~2년 사이에 배터리 재활용을 수익성 있게 만들 수 있는 기회를 포착한 투자자들로부터 엄청난 양의 현금을 모았다고 한다.
재활용 회사 지트리브 테크놀리지의 사장 셰인 톰프슨은 “재활용 공간에서 22년 동안 일했고, 재작년은 21년과 현저하게 다르게 보였다, 앞으로의 10년이 기대된다”고 말했다.
배터리 팩이 폐기되기 전에 EV를 작동시키는 데 수년이 걸린다. 전기 자동차는 새로운 대중 시장으로 성장하는 추세이기 때문에 재활용 용량은 부분적으로 배터리 생산을 지연시켰다. 하지만 새로운 재활용 업체 등의 집단은 전기 자동차가 임계 질량에 도달하기를 기다릴 필요가 없다. 그들은 기존의 가전제품 폐기물과 새로운 배터리 제조에서 나온 폐품을 사용하여 기술을 연마할 수 있는 것이 많다.
리 사이클의 아제이 코하르 CEO는 “재활용은 절대적으로 해결할 수 있는 문제이지만 우리는 폐배터리를 경제적이고 환경적으로 유익하게 만들기 위해 존재한다”고 말한다.
배터리 재활용을 보다 효율적이고, 깨끗하고, 수익성 있게 만드는 다섯 개의 신생 기업의 표본이 있다. 이들이 성공한다면, 세계적으로 성장하고 있는 EV혁명을 돕게 될 것이다.
◇ABTC, 배터리를 조립하는 방식으로 분해
배터리를 잘게 부수거나 태우는 대신, 제조 공정을 반대로 진행하면 어떨까?
이것은 미국 배터리 기술 회사가 배터리 재활용에 어떻게 접근하는지 알려주는 우아한 통찰력이다. ABTC의 팀은 테슬라가 네바다 기가 공장을 세우는 것을 도왔기 때문에 배터리를 조립하는 방법을 알고 있다. 리얀 멜서트(Ryan Melsert)의 일 중 하나는 배터리 제조 공정에서 나오는 쓰레기를 책임감 있게 처리하기 위해 미래의 재활용자들을 조사하는 것이었다.
현재 ABTC의 CEO이자 CTO인 멜서트는 “북미 산업의 현황과 경쟁적이고 책임 있는 운영과정에서의 공백이 있었는지를 확인한 이후, 팀과 자신이 테슬라를 떠나 그 공백을 메우게 된 이유”라고 말한다.
멜서트와 회사는 배터리 재활용을 강화하기 위해 조립 대신 분해할 수 있도록 기성 제조 기계를 프로그래밍했다. 기계들은 배터리 팩을 가져다가 다시 셀로 분해한 다음 양극, 음극 및 분리막을 분리했다.
그 시점에서, 이 회사는 새로운 배터리를 만드는 데 필요한 재료를 추출하기 위해 화학적인 노하우를 적용했다. 이 팀은 이 기술로 채굴 작업을 가능케 하여 새로운 광물을 채취한다. 기계화된 공정은 가공비용을 줄이면서 회수되는 재료의 양을 증가시킬 수 있었다.
멜서트 박사는 “전략적인 방법으로 분리 과정에서 필요한 화학 약제의 양을 획기적으로 줄일 수 있었다”고 말했다. 이 방법은 유용한 물질을 추출하는 산, 가성 물질, 용매 및 산화제 구입과 같은 광물 회수의 주요 비용을 감소시키게 했다.
ABTC는 새로운 배터리에 사용하기 위해 재료를 정제하고 중요한 광물의 국내 공급원으로 판매하고 있다.
이 회사는 장비 제조업체 현장에서 실험실 환경과 높은 처리량 테스트를 거쳤다. 현재는 네바다 주 리노에 첫 번째로 상용화를 위한 공장을 짓고 있다. 이 발전소는 연간 2만 톤의 배터리를 생산할 예정이다. 만약 공장 가동이 원활해진다면 다음 발전소는 10배의 규모로 동일한 추출 기술과 공정을 사용하게 될 것이다.
멜서트는 “배터리 재활용은 해결이 가능하지만, 여전히 상업적인 규모의 시설을 건설하는 데 노력을 기울여야 한다”고 말했다.
◇리-사이클, 전체 팩 분해하고 모든 금속 재활용
전통적인 배터리 재활용은 새로운 배터리를 만들기 위해 재료를 회수하는 것에 초점을 맞추지 않는다. 니켈과 코발트만 빼고 나머지는 잊어버리는 경우가 많다. 하지만 EV 배터리에 관한 한, 이 접근법은 리튬을 낭비한다는 것을 의미하기 때문에, 많은 스타트업들이 이 귀중한 광물을 추출할 수 있는 더 철저한 과정을 실험하고 있다.
리-사이클의 코하르는 “가끔은 이러한 것들이 명백하지만, 그것들은 단지 발전하고 확장하는데 시간이 걸립니다”라고 말한다.
300여 명의 직원이 있는 리-사이클은 지난 5월 애리조나에 배터리 팩을 새롭게 효율적인 방식으로 분해하는 공장을 열었다.
코하르는 “우리는 해체하거나 배출하지 않는다. 애리조나 공장은 분쇄기에 풀 팩을 넣는다.”고 말했다. 이 분쇄는 화재 위험을 줄이기 위해 배터리를 용액에 담그면서 발생하게 된다. 이 시설은 재활용되는 알루미늄, 구리, 플라스틱을 배출하는데, 업계에서 ‘블랙 매스’로 알려진 배터리 재료를 남긴다.
리-사이클은 애리조나와 여러 ‘스포크’ 사이트에서 뉴욕 로체스터에 건설 중인 시설로 검은 덩어리를 보낼 예정이다. 그곳에서는 새로운 배터리에 들어갈 수 있는 금속을 분리하기 위해 수은을 사용할 것이다. 리-사이클은 회수된 배터리 자재의 대부분을 폐기하고 재활용이 왜 수익성이 없는지 궁금해 하는 모든 것을 꺼내려고 한다.
장기적으로 리-사이클은 재활용된 배터리 자재를 채굴된 대안보다 더 저렴하게 만들고자 한다.
코하르는 “재활용 배터리 자재 발굴은 전적으로 가능하며, 배터리 스케일업에서 발생한 모든 고통의 측면에서 절대적으로 도움이 될 것”이라고 말하고 있다.
