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제목 영국) 영국 리튬이온 배터리 재활용 산업 발전
국가 [영국]  출처 Faraday Institution
산업구분 [에너지효율]  등록일 2024.07.23

제목 : 영국 리튬이온 배터리 재활용 산업 개발

        (Developing a UK lithium-ion battery recycling industry)


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영국에서 배터리 재활용 산업을 설립하면 EV 배터리 생산에 필요한 원자재 공급망의 보안이 강화되는 동시에 사용된 재료의 지속 가능한 처리 및 관리를 보장할 수 있다.

현재 배터리 재활용 산업은 노동 집약적인 프로세스이며 비용은 배터리 화학, 원자재 가격, 회수 효율성과 같은 요소에 크게 좌우된다.

하지만 첨단 재활용 기술과 프로세스를 개발하고 구현하면 효율성을 높이고 비용을 절감할 수 있으며, 이는 영국의 순환형 배터리 경제를 육성하는데 도움이 된다.

 

주요 재활용 기술

배터리 재활용 프로세스에는 세 가지 주요 내용이 포함된다.


기술

특징

건식야금(Hydrometallurgy)

고온 열처리를 통하여 금속을 추출하는 방법

- 반응 시간이 짧고 처리용량이 커서 널리 활용되고 있음

- 상대적으로 리튬 회수율이 낮고 에너지 요구량이 높으며 독성가스와

  이산화탄소 배출량이 많음

습식제련(Pyrometallurgy)

- 주로 수용액을 사용하여 원하는 금속을 추출하는 방법

- 높은 회수율을 제공하면서도 더 적은 에너지를 사용함

- 화학 공정이 복잡하며 잠재적인 환경 위험이 있음

직접재활용(Direct recycling)

- 양극재료를 재사용하거나 재생하는 방법

- 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 높은 재료 회수율을 보장함

- 다양한 배터리셀 화학 및 설계에 적응하는데 어려움이 있음

 

재활용 소재의 성능

(재활용 소재의 단점) 재활용 재료를 기존 재료 흐름에 통합하면 배터리 제조에 추가적인 위험이 발생할 수 있다. 사용 중인 배터리 재료는 시간이 지남에 따라 화학적, 전기화학적, 기계적 요인으로 인해 성능이 저하된다. 따라서 재활용 재료와 원래 재료를 비교할 수 있는 처리 및 평가 방법의 개발이 필요하다.

(재활용 소재의 장점) 일부 연구에서는 재활용 재료가 새 재료와 유사한 성능을 가지고 있다는 결론을 내렸으며, 일부 증거에서는 재활용 음극 재료가 새 재료보다 더 뛰어날 수도 있다.

- 이러한 우수한 성능 뒤에 숨은 메커니즘 중 하나는 다공성의 증가로, 이를 통해 리튬 이온이 음극에 더 잘 수용되어 배터리 성능 저하를 줄일 수 있다.

- 노출된 표면적이 증가하면 리튬이 음극 구조에 침투할 수 있는 더 많은 사이트가 제공되어 더 빠른 충전이 가능해진다.

 

차세대 화학물질 재활용

배터리 재활용은 환경적, 경제적 이점을 제공한다. 여러 연구에서 배터리 재활용이 지속 가능한 자원 공급 체인을 유지하고 가격을 낮추는 데 도움이 된다는 사실이 확인되었다. 특히 리튬이 포함된 배터리의 재활용은 중요한 주제이다.

차세대 배터리 기술은 다양한 재활용 기회를 제공한다. 예를 들어, 특정 고체 배터리의 LLZO(리튬 란타늄 지르콘산염) 유형 이온 전도체에서 란타늄 및 지르코늄을 습식 야금학적으로 회수하는 것은 현재 세대의 액체 전해질을 재활용하는 것보다 수익성이 더 높을 수 있다.

그러나 리튬 금속을 직접 재활용하는 것은 현재로서는 상업적으로 실행 가능하지 않는다. 리튬 금속은 반응성이 높고 안전한 처리가 어렵기 때문이다. 따라서 리튬 금속은 일반적으로 리튬염으로 가공되어 안전하게 재활용된다. 차세대 배터리의 재활용을 위해 보다 안전한 배터리 분해 기술을 개발하는 것이 중요하다.


화학물질

내용

LLZO(리튬란타늄지르콘산염) 유형

이온 전도체

- 란타늄 및 지르코늄 회수 가능

- 액체 전해질 재활용보다 효율적

리튬-황배터리 및

리튬-금속 고체 배터리

- 리튬 금속 포함

- 리튬 금속 안전 분해 기술 개발 필요

- 리튬 금속은 일반적으로 리튬염으로 가공됨

 

영국, 유럽 및 글로벌 정책


정책/규정

내용

영국

- 2009년 폐배터리 및 축전지 규정: 배터리 생산업체와 유통업체에 배터리 재활용 또는 폐기 의무 부여

- 유해 폐기물 규정 2005: 리튬 배터리 안전 처리, 보관, 운송 및 폐기

- 전기 및 전자 장비 폐기물 규정 2013 및 환경법 1995: 폐기물 관리 및 환경 보호 조항 포함

유럽연합

- 2006년 유럽 배터리 지침 발효: 배터리 재활용 강조

- 전기차 배터리 제조업체는 수거, 처리, 재활용 비용 부담

- EV 배터리 매립 및 소각 금지

 

(EU 배터리규정 2023)

- 디지털 라벨링, QR 코드 및 배터리 패스포트 도입

- 배터리 수명 주기 투명성과 책임성 강화

- 확장된 생산자 책임(EPR) 도입

중국

- 리튬 배터리 재활용 규제 프레임워크 구축

- 니켈, 코발트, 망간은 최소 98%, 리튬은 85% 이상 회수율 요구

미국

- 2022년 인플레이션 감축법: 청정에너지 기술 홍보 및 상용화 지원

- 리튬 이온 배터리 재활용에 33,500만 달러 지원

- 국내 배터리 재활용 확대를 위한 인센티브 도입

 

결론

글로벌 배터리 재활용 시장에서 영국의 입지를 강화하고 공급망 탄력성을 향상시키기 위해 다음과 같은 조치가 필요하다.


필요 조치

내용

재활용 기술 개선 및 연구

- 다양한 배터리 화학 물질의 재료 회수율 향상을 위한 연구를 진행

- 효율적인 회수율과 환경 영향 감소를 위한 재활용 공정 개선을 중점으로 연구

2차 수명 응용 분야 연구

- 특히 EV 배터리의 2차 수명 응용 분야의 타당성과 안전성에 대한 연구를 확대

재활용 원칙을 위한 배터리 설계 표준화

- 효율적이고 비용 효율적인 대규모 분해를 포함하여 배터리 설계 단순화 및 표준화

배터리 재사용 및 용도 변경 장려

- 재활용을 장려하는 계획을 개발

재활용 시설 지원

- 재활용 시설에 재정적 지원을 제공하여 중소기업 및 신생 기업에 인센티브를 제공

원자재 의존도 감소를 위한 전략 및 정책 개발

- 영국 배터리 공급에 대한 혁신과 투자를 촉진하기 위해 주요 원자재, 특히 수입 재료에 대한 의존도를 줄이는 전략과 정책을 개발

미래 EOL EV 배터리 설계 및 화학 연구

- 국내 역량을 강화하고 미래 EOL EV 배터리 설계와 화학을 처리하기 위한 연구를 진행


이러한 노력은 자원 효율성을 높이고 글로벌 배터리 시장에서 영국의 경쟁 우위를 강화할 수 있다.

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