폐배터리, 환경을 위한 재활용 방법

배터리 재활용이 될까

 

최근 친환경 운동으로 배기가스를 배출하는 기름 대신 전기차를 이용하는 사람들이 늘고 있습니다. 이는 전기차의 가장 중요한 부품인 배터리 산업을 크게 증가시켰습니다. 배터리는 전기 자동차뿐만 아니라 휴대폰, 태블릿, 노트북 그리고 우리가 삶에 필요한 모든 것에 있습니다. 이에 따라 수많은 전기차 폐배터리가 생길 것으로 예상됩니다.

 

 

배터리 작동 원리

 

배터리는 음극, 양극, 전해질, 분리막으로 구성되어 있습니다. 음극은 산화 반응에서 전자를 생산하고 공급하는 부분으로, 주로 자유 전자가 많은 아연, 납, 카테뮴, 리튬 등의 금속을 사용합니다. 양극은 음극에서 발생한 전자를 받아 전해질을 통해 이온을 받아 환원 반응을 유발합니다. 일반적으로 허용 공간이 충분한 산화물, 황화물과 같은 세라믹 물질이 음극 재료로 사용됩니다. 전해질은 이온이 이동하는 통로 역할을 합니다. 상기 양극과 음극이 직접 접촉하게 되면 화학반응에 의해 열이 발생할 수 있으므로 접촉을 방지하기 위한 분리필름이 있습니다.

 

우리가 주로 사용하는 리튬이온전지에 적용하면 배터리가 충전되면 음극의 리튬이온이 전해질을 통해 이동하고 전자가 전선을 통해 양극으로 이동합니다. 그런 다음 방전 과정을 통해 리튬 이온과 전자가 다시 양극으로 이동하여 에너지를 방출합니다. 이 과정을 통해 우리는 배터리 에너지를 사용합니다.

 

 

폐배터리 사용법

 

1. 재활용

 

폐배터리는 재활용이 가능합니다. 배터리의 구성 요소인 금속을 재활용하는 것입니다.

배터리를 용해하고 오일 값 금속을 추출합니다. 추출된 금속은 새 배터리를 다시 제조하는 데 사용됩니다. 단순히 배터리를 회수하거나 폐기하는 것보다 환경에 미치는 영향이 적을 수 있습니다. 또한 한국은 배터리의 주성분인 희귀금속을 수입하기 때문에 이 방법은 수입된 자원을 대체할 수 있다는 장점이 있습니다. 다만, 이러한 방법이 경제적으로 좋지는 않습니다. 배터리 사용이 끝나도 배터리의 수명 자체는 끝나지 않았기 때문입니다.

 

2. 재사용

 

재사용은 말 그대로 폐배터리를 재사용하는 것입니다. 우리는 보통 배터리가 떨어지면 배터리로서의 가치가 크게 떨어질 것이라고 생각합니다. 하지만 실제로 미국 국립재생에너지연구소(NREL)에 따르면 배터리는 약 7~8년이 지나면 1차 수명이 끝나며 재활용하면 초기 용량의 약 70~80% 수준으로 10년 이상 사용할 수 있습니다.

전기자동차용 배터리 팩을 개조하거나 ESS(Energy Storage System)에서 에너지 저장용으로 그대로 사용할 수 있습니다. ESS는 태양광이나 풍력 등 원하는 시간에 발생하기 어려운 전력을 생산한 뒤 이 장치에 저장해 필요할 때 공급할 수 있도록 하는 시스템입니다. 따라서 ESS는 정전 시 안정적인 전력 공급을 보장하기 위해 불규칙한 전기의 수요와 공급을 조절합니다. 이 시스템은 전기, 상업, 가정 및 통신을 포함하여 다양한 방식으로 사용될 수 있습니다.

 

전문가들은 이것이 폐배터리를 다루는 가장 친환경적인 방법 중 하나라고 말합니다. 배터리 산업은 과거 '차량 배터리 생산→ESS로 재사용→폐배터리 재활용(원재료 추출)'으로 이어지는 과정을 통해 선순환을 이룰 수 있을 것입니다. 또 배터리 원가에서 전기차가 차지하는 비중은 25%에 달하지만 이 방식은 폐배터리의 가치를 어느 정도 보장해 소비자와 제조사 모두 배터리 가격 인하 혜택을 보게 됩니다.

 

3. 재생산

 

재생산 방법을 말씀드리기 전에 먼저 전기 자동차의 배터리에 대해 말씀드리겠습니다. 전기 자동차의 리튬 이온 배터리는 셀→모듈→팩으로 구성됩니다. 배터리 셀은 리튬 이온 배터리의 기본 단위이며 위에 나열된 배터리 구성 요소를 가지고 있습니다. 재생은 이 배터리 셀의 전해액과 양극재를 교체하여 배터리 팩의 수명을 연장하는 방법입니다. 이 경우 교체에 필요한 공정이 비효율적이며, 다시 원래의 성능을 제대로 구현할 수 있을지에 대한 의문이 제기됩니다.

 

 

한국의 폐배터리 사용 실태

 

차세대 배터리는 지속적으로 개발되고 있지만 언젠가는 재사용될 것입니다. 유럽, 미국, 일본, 중국 등 해외에서는 이미 폐배터리 처리 및 관리 시스템을 구축하고 재활용 기술을 개발했습니다. 제주는 '폐배터리 재활용센터 구축', '재생에너지·에너지저장 기반 전기차 충전인프라 구축(ESS)' 등 정부가 추진하는 전기차 산업 육성사업에 선정됐고, 현대차그룹과 OCI 등도 친환경 행보를 이어가고 있습니다 공주 태양광 발전소에 ESS 큐브를 설치하고 있습니다.

 

국내에서는 폐배터리의 안정성과 성능을 검증할 수 있는 인증 기준이 아직 마련되지 않았습니다. 친환경적인 행보를 이어갈 수 있는 다양한 정책이 수립되고 기업들이 적극적으로 참여한다면 카본프리에 더욱 가까워질 수 있기를 바랍니다!