전기 자동차
전기자동차란 전기를 동력원으로 삼아 운행하는 자동차로 놀랍게도 디젤, 가솔린 엔진을 사용하는 오토사이클 방식의 내연기관 자동차보다 먼저 개발됐다.
전기차의 핵심 동력 원인 전지(Battery)는 1794년 이탈리아의 볼타(Volta)에 의해 세상에 알려졌다. 모든 전지는 양극(Cathode or positive electrode)과 음극(Anode or negative electrode)이라는 활성물질을 가지고 분리막(Separator)에 의해 분리돼 있으며 전해질이 양극과 음극 사이의 이온전달을 가능하게 해 산화와 환원반응을 일으킨다.
한편 최초의 전기자동차는 1824년 헝가리의 아이노스 예들리크(Ányos Jedlik)가 발명했다. 이후 1835년 네덜란드의 지브란두스 스트라티(Sibrandus Stratingh)와 그의 조수 크리스토퍼 베커(Christopher Becker)는 크기가 작은 미니 전기 자동차를 만드는데 성공했다.
뒤 이어 1842년 미국의 토마스 데트와 영국 스코틀랜드의 로버트 데이비슨은 앞서 나온 전기차들보다 실용적이고, 더 잘 작동하는 전기자동차를 개발했다.
그런데 인기를 끌던 전기자동차가 왜 갑자기 사라졌을까? 답은 바로 내연기관차, 즉 가솔린 자동차에 있다.
1900년대에 이르러 가솔린 자동차의 엄청난 발전으로 전기차의 시대는 내리막을 걸었다. 1908년 헨리 포드(Henry Ford)가 컨베이어 벨트 대량생산 방식으로 값싸게 가솔린 자동차를 공급하기 시작하며 배터리가 무겁고 충전 시간이 길며 값이 비싼 전기자동차는 경쟁력을 잃은 것이다.
더군다나 1920년 미국에서 대형 유전이 개발되며 휘발유 가격이 폭락해 기름값이 싸졌으니, 내연기관차가 자동차 시장을 장악하게 된 것은 당연했다.
폐배터리 활용 필요성과 배경
2006년 테슬라가 최초의 양산 전기자동차 로드스터(Roadster)를 생산하고, 한국에서는 2016년 현대자동차가 아이오닉, 기아자동차가 EV6 등 전기자동차가 생산되기 시작했다.
전기차 수요증대와 함께 니켈, 코발트, 리튬, 망간 등으로 이루어진 전기차 배터리 수요도 급증하며 큰 폭으로 성장함에 따라 주요 선진국에서는 이차전지를 핵심전략 물품으로 관리하고 있다.
요즘처럼 탄소배출 감축이 중요해지는 시점에 2008년 이후 생산된 전기자동차용 이차전지들이 배출되기 시작하는 2025년부터는 전기차시장의 규모는 급격히 커질 것으로 전망된다.
이차전지 재활용이 본격화되는 2025년부터 시장 활성화가 예상되고, 연평균 30% 성장으로 2030년 75억 달러 시장으로 커지리라 산업계는 예측되지만, 소재 부품 분야의 높은 해외 의존도가 지적된다.
이차전지 재활용 및 재사용
이차전지 재활용(re-cycling) 및 재사용(re-use)에 대해 이해를 돕고자 국내외 적용 사례를 살펴보면, 재사용은 전기차에 사용되는 리튬이차전지 중 초기용량 대비 70~80% 이하로 감소된 이차전지를 ESS(에너지 저장장치)등의 제품으로 재 제조하는 것을 말한다.
또 재활용은 불량품 및 폐배터리(재사용 불가판정)를 분해해 이차전지 핵심원료 소재를 추출(양극재(리튬, 니켈, 코발트등), 음극제(흑연), 전해액 성분(전해질염, 용매, 첨가제)을 말한다.
국내 적용사례로 성일하이텍(주)은 폐배터리에서 황산코발트, 황산니켈, 탄산리튬, 황산망간 등 유가금속 회수 기술개발 및 상용화로 금속회수율 95%대에 달하며 폐전지 및 공정 스크랩 재활용을 통한 이차전지 원료소재를 공급하고 있다.
해외사례로 테슬라는 자원 확보를 위한 배터리 재활용 기술확보로 폐전지 소재의 92%를 회수했다. 연간보고서인 (2020 테슬라임팩트 리포트, 2008')를 통해 ‘20년 재활용 실적 발표’에 따르면 니켈 1300톤, 구리 100톤, 코발트 80톤을 회수했다. 아울러 회사 내 배터리 재활용 설비 구축 계획도 발표했다.
한편 포스코 경영연구원에(POSRI, 2021) 의하면 전기차 교체, 폐기에 따른 재활용으로 2025년 12만 톤의 금속확보가 가능하리라 추정했다. 또한 2030년은 이차전지 제조 필요량의 20%를 재활용을 통해 공금할 수 있을 것으로 내다봤다.
인프라·생태계 조성을 위한 정부 역할
다가오는 이차전지 폐배터리 시장을 맞이하기 위해 재활용 및 재사용 관련 기준마련 및 생태계와 기반을 구축해야 한다. 정부도 관련 기업들을 효과적으로 지원을 위해 부처별 역할과 분야를 정해야 할 것이다.
예를 들면 환경부는 폐배터리 수거, 보관, 유통 등 관리체계 구축과 법령을 정비해 지자체나 부처별 협력을 유 하고, 산업통상자원부는 폐전지재사용·재제조, 희소금속 회수 자원화를, 중소기업벤처부는 폐배터리 재활용을 위한 해체·전처리, 원료 회수 등 분야를 육성 진흥시킬 수 있는 상호 협력체계를 마련해야 할 것이다.
국내 전기차 경쟁력 확보 위한 과제
배터리 분야는 기술집약적 산업으로 성장하고 있으며, 이차전지의 핵심 전방시장인 전기차 시장의 빠른 성장과 함께 폐전지에 대한 처리방안의 중요성도 점차 증가하고 있다.
주요 선진국은 ESG 강화와 원자재 자급률을 강화하고, 전기차 배터리 주요 소재의 높은 중국 의존도 해소도 필요하다. 이러한 노력은 2050년 탄소중립 목표에 기여하리라 생각한다.
또한, 2차 전지 시장이 원자재와 소재에 대해 국내 밸류체인이 확보되지 않은 상황이고, 원재료 및 소재의 큰 비중이 수입에 의존하고 있으므로 폐전지 재사용·재활용사업은 국내 전기차 경쟁력 확보차원에서도 필요하다.
정부차원에서 환경부는 폐전지 수거 관련 법령을 마련하고, 산업부는 재사용 관련 기술을 확보하고, 중기부는 재활용 관련 기술 확보 및 지원으로 역할을 구분해 추진하게 될 경우 흐름상 선순환 생태계가 형성되리라 본다.
아울러 신속한 재활용·재사용 관련 신기술 확보를 위해 우수한 연구 개발 능력을 보유한 에너지자원연구소 등 연구기관 및 대학들의 참여도 바람직하다고 본다.
향후 관련 산업에 대해 연구개발, 세재지원, 다양한 인력양성도 뒷받침 돼야 할 것이다.
오한석
기술경영학 박사
단국대 대학원
과학기술정책융합학과 교수
과학기술정보통신부 청렴옴브즈만 위원
MeCONOMY magazine December 2022
