폐배터리(battery recycling): 버릴까? 말까?

프롤로그

우리는 스마트폰부터 전기차까지 다양한 배터리를 사용하며 살아가고 있습니다. 하지만 배터리는 한정된 수명을 가지며, 사용이 끝난 배터리는 폐기되거나 재활용됩니다. 최근 들어 폐배터리의 환경적 영향을 최소화하고 자원을 효율적으로 활용하는 것이 중요한 과제로 떠오르고 있습니다. 그렇다면 배터리는 언제부터 사용되었으며, 폐배터리 재활용 기술은 어디까지 발전했을까요?

 

 배터리의 탄생과 발전

배터리의 역사는 18세기말까지 거슬러 올라갑니다. 1800년, 이탈리아의 과학자 알레산드로 볼타(Alessandro Volta)는 최초의 화학 전지인 ‘볼타 전지’를 발명했습니다. 볼타 전지는 아연과 구리판을 전해질 용액에 담가 전기를 발생시키는 방식으로 작동했으며, 이를 계기로 현대적인 배터리 개발이 본격적으로 시작되었습니다.

 

19세기 후반, 프랑스의 가스통 플랑테(Gaston Planté)는 최초의 충전식 배터리인 납축전지를 개발했습니다.

이 기술은 자동차 시동용 배터리로 사용되었으며, 이후 다양한 분야로 확장되었습니다. 20세기 들어 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리와 니켈-수소(Ni-MH) 배터리가 등장하면서 휴대용 전자기기의 보급이 더욱 활발해졌습니다.

 

1950년대에는 리튬이온 배터리의 기초 개념이 처음으로 등장했습니다. 1970년대, 미츠루 요시노(Mitsuru Yoshino)와 같은 과학자들이 리튬이온 배터리의 원리를 연구하며 실용화를 위한 기틀을 마련했습니다. 1980년대에는 존 구디너프(John B. Goodenough)가 리튬이온 배터리의 음극 소재로 코발트 산화물을 사용하여 에너지 밀도를 획기적으로 높이는 데 성공했습니다.

 

1991년, 소니(Sony)와 아사히 카세이(Asahi Kasei)는 최초의 상업용 리튬이온(Li-ion) 배터리를 출시했습니다. 리튬이온 배터리는 높은 에너지 밀도와 가벼운 무게로 인해 스마트폰, 노트북, 전기차 등에 널리 사용되면서 현대 사회를 지탱하는 중요한 기술로 자리 잡았습니다. 이후 2000년대 들어 배터리 성능이 지속적으로 개선되면서 전기차, 재생에너지 저장장치(ESS), 항공 우주 산업에서도 필수적인 요소로 자리 잡았습니다.

 

최근에는 고체 배터리(Solid-state battery)와 같은 차세대 배터리 기술이 연구되고 있으며, 더 높은 에너지 밀도와 안정성을 제공하는 방향으로 발전하고 있습니다. 또한, 나트륨이온 배터리와 같은 새로운 대체 기술이 개발되며 자원 고갈 문제를 해결하려는 노력도 활발히 이루어지고 있습니다.

 

 

폐배터리를 사용하게 된 배경

폐배터리 재활용이 중요한 이유는 크게 두 가지로 요약할 수 있습니다. 하나는 환경 보호이며, 다른 하나는 자원 확보입니다.

1. 환경 보호: 배터리는 납, 리튬, 코발트 등 다양한 화학 물질을 포함하고 있으며, 제대로 처리되지 않을 경우 토양과 수질을 오염시키는 심각한 문제를 초래할 수 있습니다. 특히, 리튬이온 배터리는 폭발 위험이 있어 적절한 처리 과정이 필요합니다.
2. 자원 확보: 배터리에 사용되는 희귀 금속들은 대부분 한정된 매장량을 가지고 있으며, 지속적인 채굴이 환경 파괴를 초래할 수 있습니다. 이에 따라, 기존 배터리에서 리튬, 코발트, 니켈 등의 금속을 회수하여 다시 사용하는 것이 경제적으로나 환경적으로 필수적인 전략이 되었습니다.

 

폐배터리 재활용의 시작과 발전

폐배터리 재활용은 1980년대부터 유럽과 일본을 중심으로 시작되었습니다.

• 유럽: 독일을 포함한 몇몇 유럽 국가들은 1980년대부터 배터리 재활용 시설을 운영하며, 폐납축전지(Lead-acid battery)를 수거해 납을 회수하는 기술을 발전시켰습니다.
• 일본: 1990년대 초, 일본은 니켈-카드뮴(Ni-Cd) 배터리와 리튬이온 배터리의 재활용을 본격적으로 연구하면서 자원 순환 시스템을 구축하기 시작했습니다.
• 미국: 1990년대 후반, 미국의 기업들이 전기차 배터리의 재활용 가능성을 탐색하며, 폐배터리에서 코발트, 리튬 등을 회수하는 기술을 개발하기 시작했습니다.

최근에는 테슬라(Tesla), CATL(중국 배터리 제조업체), 노스볼트(Northvolt, 스웨덴 기업) 등이 대규모 배터리 재활용 시스템을 운영하며, 배터리 자원의 순환 경제를 구축하는 데 앞장서고 있습니다.

 

이와 더불어, 인공지능(AI) 및 머신러닝을 활용하여 배터리의 상태를 실시간으로 분석하고 효율적인 재활용 경로를 찾는 기술도 빠르게 발전하고 있습니다. 이는 폐배터리에서 더욱 높은 순도의 금속을 회수하는 데 기여하고 있으며, 궁극적으로 자원 낭비를 줄이고 재사용 가능성을 높이는 방향으로 발전하고 있습니다.

 

또한, 각국 정부는 폐배터리 재활용을 촉진하기 위한 정책을 적극 추진하고 있습니다. 유럽연합(EU)은 2025년부터 배터리 생산업체가 최소 50%의 재활용된 원료를 사용해야 한다는 규정을 마련했으며, 한국과 미국 또한 관련 법안을 강화하여 지속 가능한 배터리 순환 체계를 구축하려 하고 있습니다.

 

 

에필로그

배터리는 현대 문명을 지탱하는 중요한 기술이지만, 지속 가능한 사용과 처리가 함께 이루어져야 합니다. 폐배터리 재활용 기술이 발전하면서 자원 순환의 새로운 길이 열리고 있으며, 이를 통해 환경 보호와 경제적 가치를 동시에 창출할 수 있습니다.

 

Lush Green Tomorrow Coming Soon