폐배터리 리사이클링 정리 (엔지니어TV)

폐배터리 리사이클링 요약정리 (엔지니어 TV)

 

✔ 에코프로그룹의 클로우즈드 루프 시스템은 재활용을 하는 리사이클 계열사인 에코프로씨엔지에서 시작됩니다. 여기서는 폐배터리에서 추출한 리튬을 용매에 녹여 배관으로 이동합니다. 그리고 이노베이션에서는 이 리튬을 수산화 리튬으로 가공합니다. 니켈, 코발트, 망간 등은 머트리얼즈가 전구체를 제조하고, 최종적으로 에코프로비엠에서는 양극제를 제조합니다.

 

✔ 리사이클링은 다이렉트, 습식, 건식 등 3가지 방식으로 이루어지며, 아직 완전히 개발된 기술은 아니지만 효율화 작업이 진행 중에 있습니다.

 

✔ 재활용 배터리의 원료 사용은 유럽에서 배터리 제조 업체의 장기적인 전략으로 보입니다. 이는 지역적인 요소와 정책적인 요소의 영향이 큽니다.

 

✔ 클로우즈드 루프 시스템의 핵심은 리사이클링입니다. 이는 광산 원자재의 가격과 비교될 때 비용 효율적이기 때문입니다. 하지만, 이 사업은 운송 및 분해 비용이 많이 들어가기 때문에, 추출 기술만으로는 충분하지 않습니다. 배터리는 운송 중 위험물질로 규제되어 있어 불활성 기술이 필요하며, 배터리 분해는 노동 집약적이며, 셀투팩 등이 분해를 더욱 복잡하게 만듭니다.

 

 

 

 

✔ 재활용 규제가 강화되면, 모듈팩 제거 기술이 LFP ESS에서 시작되었습니다. 현재까지도 활발하게 적용되고 있으며, 이로 인해 사용이 어려워졌습니다. 또한, 배터리 분해가 어렵고 위험하기 때문에 향후에는 로봇 분해 기술이 개발될 것으로 예상됩니다.

 

✔ 폐 배터리 스크랩에서 얻는 블랙메스 파우더는 리사이클되지 않은 순수한 원재료와의 가격 경쟁을 겪게 됩니다. 이러한 이유로 수익 변동폭이 매우 큽니다. 또한, 운송 및 광산 업무 등이 복합적으로 진행되기 때문에 이 사업은 높은 난이도를 가지고 있다고 판단됩니다.

 

 

 

클로우즈드 루프 시스템의 성공을 위한 마지막 퍼즐은 무엇일까요?

 

에코프로 클로즈드 루프 시스템의 성공을 위한 마지막 퍼즐에 대해 살펴보겠습니다.

사진은 경북 포항의 영일만 산업 단지 내 에코프로 제4 캠퍼스 공사 현장을 보여줍니다. 약 5만 평의 규모에 에코프로 BM, 에코프로 머티리얼즈, 에코프로 CNG, 에코프로 앞 등 에코프로 그룹의 2차전지 계열사들이 들어섭니다. 이곳에서 에코프로가 자랑하는 에코클로즈드 루프 시스템이 적용됩니다.

 

 

클로즈드 루프 시스템은 배터리 재활용을 담당하는 리사이클 계열사인 에코프로 씨엔지에서 출발합니다. 폐 배터리에서 추출한 리튬을 용매에 녹인 후, 이를 배관을 통해 바로 옆 건물인 에코프로 이노베이션으로 이송하는 시스템입니다. 이노베이션에서는 리튬을 수산화 리튬으로 가공합니다. 니켈, 코발트, 망간 등의 원료는 에코프로 머티리얼즈에서 전구체로 제조합니다. 현재 원료의 5%는 에코프로 CNG 리사이클 제품을 사용하고 있으며, 이 비율은 계속 증가할 것으로 예상됩니다. 마지막으로, 양극재를 생산하는 기업은 에코프로 BM과 에코프로입니다. 

이 전체 이송 경로가 한곳에 집중되어 있고 자동으로 이송되는 시스템을 구축한 것입니다. 이 시스템은 새로운 개념은 아니며, 에코프로가 사업 초창기부터 언급한 내용으로, 실제 프로세스는 25년에 걸쳐 완성되었습니다. 이러한 시스템은 글로벌로 확장할 계획이며, 최종 산출물은 양극재 71만 톤입니다. 루프 시스템이 완벽하게 돌아간다면, 양극재 이익이 증가할 가능성이 높습니다. 중간 제품으로는 전구체나 리튬 등이 있을 수 있지만, 대부분의 매출은 에코프로 BM 양극제로 나타날 것으로 예상됩니다.

 

 

 

 

[출처 : 아세아경제]

양극제 증설에 대한 내용은 이전에 많이 다뤄졌으며, 이번 영상에서는 에코프로를 벗어나 클로즈드 루프 시스템의 핵심 요소에 집중해 보겠습니다. 폐쇄 루프 재활용은 제품이나 재료를 사용한 후, 재활용 과정에서 그 특성을 유지한 채로 무제한으로 새로운 제품으로 변환하거나 원자재로 재활용할 수 있는 프로세스를 의미합니다. 이 개념은 배터리 이전에도 존재했으며, 여기서는 루프에서 제외되는 것이 로 머티리얼, 원자재, 배터리, 전기차입니다. 

 

루프의 시작과 끝은 경쟁자로서 광산 기업으로 볼 수 있습니다. 이러한 루프의 가장 핵심적인 요소는 결국 리사이클입니다. 전구체 수산화 리튬 등의 중간 단계는 원래부터 존재한 프로세스입니다.

에코프로는 새로운 공정입니다. 기술적으로는 다이렉트, 습식, 건식의 세 가지 방식이 있으며, 아직 기술이 완성되었다고 보기 어렵고 현재 효율화가 진행 중입니다. 수율과 금속 회수율을 높이기 위해 노력하고 있습니다.

 

리사이클이 왜 핵심인지에 대해 설명하자면, 리사이클링 비용과 광산 원자재 가격이 비교되기 때문입니다. 원자재 가격이 상승하는 경우에는 문제가 되지 않지만, 가격이 하락하는 경우에는 루프 전체가 문제가 될 수 있습니다. 그렇기 때문에 항상 리사이클 비용이 원자재 가격보다 낮아야 합니다.

 

리사이클 비용을 낮출 수 있지만, 이것이 기술적으로 가능한지 여부를 고려해야 합니다. 기술적으로는 가능할 것으로 보이지만, 아직 완전히 가능한 상태는 아닙니다. 현재 유럽에서는 리사이클링을 적극적으로 추진하고 있으며, 2022년부터 각 지역에서 이를 진행하고 있습니다. 유럽에서는 재활용 배터리 원료를 사용하는 것을 배터리 제조 업체의 장기적인 전략으로 간주합니다.

 

전 세계의 배터리 제조 과정을 클로즈드 루프로 변화시키고 환경적으로 지속 가능한 프로세스로 전환시키는 것이 목표입니다. 현재 전 세계에는 이미 배터리 재활용 업체들이 존재하지만, 전기차 산업의 성장에 따라 순환 제조 경제를 구축하기 위해서는 전기차 업체도 포함하여 더 많은 제조 용량이 필요할 것으로 예상됩니다. 이러한 방향으로 리사이클링은 지역적이고 정책적인 요소가 강하게 작용합니다.

 

배터리 리사이클링은 결국 수익성을 확보해야 합니다. 그러나 이 사업은 추출 기술만으로는 충분하지 않습니다. 생각보다 운송과 분해에 들어가는 비용이 상당히 큽니다. 리튬이온 배터리는 운송 시 위험 물질로 규제되며, 이로 인해 배터리를 불활성화하는 기술이 개발되어야 합니다. 또한, 전기차 배터리 분해는 노동 집약적인 과정입니다. 최신 배터리 팩 설계인 CTC, CTV는 분해를 더욱 복잡하게 만듭니다.

 

 

규제가 강화되면 LFP(Lithium Iron Phosphate) 배터리가 더 많은 주목을 받게 됩니다. 모듈 팩 제거 기술은 LFP ESS(Energy Storage System)에서 시작된 기술이며, 현재도 활발히 적용되고 있습니다. 리사이클링의 중요성이 높아지면 LFP 사용이 어려워질 수 있습니다.

배터리 분해는 어렵고 위험하며 시간이 많이 소요되기 때문에, 향후에는 로봇 분해 기술이 개발될 것으로 예상됩니다. 또한, 전기차 배터리 분해를 위한 설계에 더 많은 관심이 필요합니다.

 

현재는 양극재와 배터리에서 분리된 블랙메스의 가격입니다.

 

 

 

 

 

NCM 81은 165,000 위안이고, 블랙 메스는 28,000 위안입니다. LFP는 40,000 위안에 블랙 맥스는 10,000 위안이 안 됩니다. 블랙 메스는 폐 배터리를 스크랩에서 얻은 파우더 상태입니다. 여기에는 니켈, 리튬, 코발트 추출 비용이 들어가며, 황화물 상태로 만들면 리사이클 공정은 끝나지만, 양극재로 가기 위해서는 전구체 공정을 거쳐 양극제 공정 비용이 추가됩니다. 블랙 맥스 상태는 양극재의 약 20% 정도 가격이지만, 블랙 맥스 자체로 보면 리사이클 공정의 중간 자재입니다. 따라서, 리사이클 업체는 블랙스 상태로 팔기도 하고, 황화물 상태까지 만들어 팔기도 하기 때문에 리사이클되지 않은 순수 원재료와의 가격 경쟁을 항상 해야 합니다.

 

현재의 리사이클링 비용 및 가치 비교 자료입니다.

 

 

파란색은 재활용된 배터리 1kg당 비용을 나타내며, 녹색은 재활용된 배터리 1kg당 수익을 보여줍니다. 수익은 최대와 최소 사이에 큰 차이가 있을 수 있습니다. 파란색 부분의 비용은 대부분 고정되어 있지만, 녹색 부분을 보면 적자가 발생할 수 있는 구조임을 알 수 있습니다. 다이렉트 공법을 사용하면 더 높은 수익을 얻을 수 있지만, 기술적인 어려움이 있을 수 있습니다.

 

니켈 함량이 증가하면 재료 수익이 감소하는데, 그 이유는 코발트 함량이 줄어들기 때문입니다. 이렇게 되면 지속 가능한 클로즈 루프를 구축하기 위해 리사이클링의 수익성을 높여야 합니다. 당연히, 에코프로를 포함한 다른 기업들도 같은 상황에 처합니다. 리사이클링 사업은 기술적인 측면뿐만 아니라 폐배터리 수거 및 운송 비용, 광산산업 등 다양한 요소가 복합적으로 작용하여 생각보다 높은 난이도를 가지고 있습니다.