“다 쓴 배터리, 도시의 금광으로”… 비용 30% 낮춘 재활용 신기술 나온다

지질자원연구원,전기차 폐배터리 기술 4선 공개
유독성 용매 대신 친환경 물질로 희토류 회수
양극재·음극재 미리 분리해 공정 비용 대폭 절감

[사진=지질자원연구원]

전기차(EV) 보급이 늘어나면서 다 쓴 배터리 처리 문제가 화두로 떠올랐다. 수명을 다한 폐배터리는 그냥 버리면 환경 오염의 주범이지만, 잘만 분해하면 리튬·니켈·코발트 같은 고가의 금속을 얻을 수 있어 이른바 ‘도시광산’으로 불린다.

하지만 배터리를 쪼개고 녹이는 과정에서 비용이 많이 들고 환경오염 물질이 나오는 것이 걸림돌이었다. 이런 문제를 해결하기 위해 국내 연구진이 인공지능(AI)과 친환경 공법을 도입해 비용은 낮추고 회수율은 높인 4가지 핵심 기술을 선보인다.

한국지질자원연구원(KIGAM)은 오는 16일 오후 대전 본원에서 ‘2025 KIGAM-기업 기술협력 포럼’을 열고 전기차 배터리 재활용 핵심 기술 4종을 기업들에 공개한다고 11일 밝혔다.

향후 10년 내 글로벌 배터리 재활용 시장이 2배 이상 커질 것으로 전망되는 가운데, 연구원이 기업들이 미국의 인플레이션 감축법(IRA)이나 유럽연합(EU)의 배터리 규제에 대응할 수 있도록 기술 지원에 나선 것이다.

기존 배터리 재활용 방식은 배터리를 갈아서 만든 검은 가루인 ‘블랙매스(Black Mass)’를 녹여 금속을 추출했다. 이 과정에서 알루미늄이나 구리 같은 불순물을 제거하는 데 돈이 많이 들고, 다량의 폐수가 발생하는 단점이 있었다.

연구진이 이번에 공개하는 기술은 이러한 비효율을 획기적으로 개선했다.

우선 ‘부유선별 기반 소재 분리 기술’이 주목받는다. 광물을 물에 띄워 선별하듯, 블랙매스 단계에서 양극재와 음극재, 리튬을 미리 분리해내는 기술이다. 섞여 있는 물질을 처음부터 나누고 시작하기 때문에 이후 공정에서는 필요한 양극재만 집중적으로 처리하면 된다. 연구원 측은 “이 기술을 적용하면 전체 공정 비용(OPEX)을 30% 이상 줄일 수 있다”고 설명했다.

‘저에너지 전처리 기술’은 배터리를 잘게 부술 때 소비되는 에너지를 실시간으로 감시하고 제어한다. 이를 통해 전력 소모를 줄이면서 플라스틱 분리막 같은 불순물을 효과적으로 걸러낼 수 있다.

금속을 녹여내는 공정은 AI가 맡는다. ‘유가금속 고순도 회수 기술’은 각종 용매와 화학 반응을 이용해 금속을 뽑아내는 습식 제련 과정에 자동화를 도입했다. 센서가 용액의 산성도(pH)나 상태를 읽으면 AI가 최적의 추출 조건을 스스로 조절한다. 그 결과 리튬, 니켈 등 핵심 원료를 98% 이상 회수하는 데 성공했다.

전기차 모터에 들어가는 영구자석 재활용 기술도 공개된다. 기존에는 강한 산성 용액으로 자석을 녹여 환경 오염 우려가 컸지만, 연구진은 인체에 무해한 용매를 사용하는 ‘친환경 희토류 회수 기술’을 개발했다. 이를 통해 네오디뮴 같은 희토류를 99.9% 순도로 뽑아낼 수 있다.

연구원은 이날 기술 발표와 함께 기업들과 ‘EV 재활용 기술사업화 협의체’를 출범한다. 연구실에서 개발한 기술이 실제 공장에 적용될 때 발생하는 문제(스케일업)를 연구원과 기업이 함께 해결하겠다는 취지다.

권이균 KIGAM 원장은 “실험실에서 완벽한 기술이라도 기업 현장의 변수를 넘어야 진짜 가치가 있다”며 “우리 기업들이 자원 전쟁 속에서 경쟁력을 갖출 수 있도록 밀착 지원하겠다”고 말했다.