영풍, 배터리 해체없이 모듈 통째 녹여 재활용…광물 회수 10%↑

전처리 획기적으로 줄인 건식·습식 통합 공정

글로벌 비철금속 기업 영풍이 전기차 배터리를 해체할 필요 없이 모듈 자체를 통째로 녹여 리튬을 추출하는 재활용 기술을 개발했다.

심태준 영풍 그린사업실 전무는 18일 서울 강남구 한국과학기술회관에서 SNE리서치 주최로 열린 제1회 배터리 리사이클링 세미나에서 이 기술을 소개하며 "모듈을 방전 없이 투입하면 위험할 수 있어서 녹이기 전에 배터리 전압을 제로(0)로 만드는 과정을 거친다"고 설명했다. 심 전무는 "이 과정은 6시간 또는 8시간에서 길면 20시간 이상 걸린다"며 "(시간이 오래 걸려서)재고가 쌓일 수 있는데 이 부분을 극복해나갈 것"이라고 했다.

국내외 다른 기업들이 채택한 습식 공법의 경우 전처리 과정에서 폐배터리를 셀 단위까지 분해한 뒤 잘게 부셔서 리사이클링 원료인 블랙 매스(Black mass)를 제조한다. 이 과정에서 리튬 등 핵심소재 광물들이 손실된다. 영풍 방식은 배터리를 모듈 단위에서 그대로 건식 용융로에 투입하기 때문에 핵심소재 광물의 손실이 거의 없다. 습식 방식과 비교해 광물 회수율은 8~10%, 부가가치는 10~15% 높다.

배터리 단위는 셀, 모듈, 팩으로 나뉜다. 셀은 양극, 음극, 분리막, 전해액으로 구성된 배터리의 기본 단위이며, 셀을 여러 개 묶은 것이 모듈이다. 팩은 모듈 여러 개를 묶어 냉각장치 등을 추가한 최종 단위다. 통상 배터리 재활용업체들은 폐배터리의 모듈을 더 잘게 셀 단위 이하로 분해하고 파쇄해 처리한다.

18일 서울 강남구 한국과학기술회관에서 열린 ‘Battery Recycling Day 2023' 세미나에서 심태준 영풍 전무가 이차전지 건·습식 통합공정 및 사업추진 전략을 발표하고 있다. [사진제공=영풍]

영풍은 2024년 가동을 목표로 준비 중인 건·습식 통합 상용화 공장에 이 기술을 세계 최초로 도입할 계획이다. 이 공장에선 연간 2만t(전기차 6만~8만대) 규모 이차전지를 재처리할 수 있다. 폐배터리 모듈을 그대로 투입하는 이런 '다이렉트 피딩(Direct Feeding)' 방식을 적용하면 전처리에 소요되는 비용과 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.

건·습식 통합 공정은 세계 최초로 리튬을 건식 용융(열을 가해 녹이는 것) 공정에서 분말 형태로 1차 추출하고, 농축된 중간 원료를 습식공정에서 2차 처리해 리튬, 니켈, 코발트, 구리 등을 회수하는 영풍만의 독보적인 자원순환 기술이다.

이와 함께 영풍은 건·습식 통합 공정의 핵심 공정들을 모듈화해 각 지역 상황에 맞게 집중화 또는 분리 운영하는 ‘모듈 베이스 플랫폼’ 개념을 도입하기로 했다. 전처리, 건식, 습식 등 건·습식 통합 공정의 각 핵심 공정들을 한 곳에 모아놓고 필요에 따라 분리해 국내외 여러 곳에 흩어져 있는 배터리와 양극재 공장 위치에 최적화 공정만 지어 운영 효율을 높이는 방식이다.

예를 들어 배터리 제조사가 있는 A국가와 B국가에는 비교적 단순한 전처리 공정만 운영하고, 나머지 건·습식 공정 시설은 다른 국가에 지어 통합 운영하는 것이다. 글로벌 이차전지 가치사슬(밸류체인) 구성에 효과적으로 대응하면서도 투자비용을 줄여 경제성을 높일 수 있는 장점이 있다.

영풍은 이차전지 자원순환 상용화 플랜트에 탄소 포집 및 활용(CCU) 기술과 공정에서 발생하는 폐열을 활용한 STG(Steam Turbine Generator) 발전 등을 접목해 탄소 중립에 기여할 계획이다.

심 전무는 "영풍의 이차전지 자원순환 기술로 배터리 핵심소재 광물을 생산하면 전통적인 광산 채굴 방식보다 탄소 배출을 3분의1에서 6분의1로 줄어 경제성이 높고 친환경적"이라며 "영풍만의 독보적인 건·습식 통합 기술 상용화를 통해 탄소 배출을 줄이고, 핵심광물 자급 기반을 구축할 배터리 자원순환경제에 기여하겠다"고 했다.

최서윤 기자 sychoi@asiae.co.kr