일본산업뉴스요약

Nikkei X-TECH_2022.2.15

세계에서 활발한 LIB 재활용
리튬이온 2차전지의 광물자원 가격 폭등
신기술을 통한 재활용이 새로운 수익사업으로

세계적으로 차량용 리튬이온 2차전지(LIB)의 재사용이나 재활용 사업에 참가하는 움직임이 늘어나고 있다. 올해 초 시점에서의 처리량은 LIB셀이 최대 수만 톤/년이지만, 2025년에는 닛케이크로스텍의 추정으로 150만 톤/년, 100배 전후로 증가할 전망이다.

-- 리튬(Li), 니켈(Ni), 코발트(Co) 가격 상승 이어져 --
그 배경에는 (1) LIB 자원의 공급 핍박에 대한 불안, (2) LIB의 불량품이나 차량용 배터리로서의 역할을 끝낸 폐LIB가 향후 크게 증가하고, 그 폐기 처분 문제가 표면화되는 것에 대한 불안, (3) LIB 제조 시에 배출되는 CO₂가 매우 많은 점과 그 결과로 전기자동차(EV) 제조 시의 CO₂ 배출 경감에 대한 사회적 압력이 높아질 것으로 예측되는 점 등이 있다.

(1)은 이미 숫자로 나타나고 있다. 2021년에는 자동차 회사들의 EV 및 그 축전지인 LIB에 대한 거액의 투자 발표가 잇따랐다. 도요타자동차를 포함한 주요 자동차 회사들과 대형 배터리 제조사들의 LIB 제조에 대한 총 투자액은 발표된 것만 10조엔이 넘는다. 2030년 시점에서 LIB의 연간 계획량은 총 5TWh(5,000GWh)에 이를 것으로 전망되고 있다.

그 결과 LIB의 각종 자원, 예를 들면, 리튬, 니켈, 코발트의 시장 가격이 오르고 있다. 니켈은 약 10년 만에 최고가를 기록. 리튬은 탄산리튬(Li₂CO₃)이 올 2월 초 시점에서 1kg당 약 6,700엔(1중국원(元)=약 18엔으로 환산)으로, 2020년 후반의 수준의 약 9배. 2018년 전후의 가격 급등 시기와 비교해도 2배 이상 오르는 등, 비정상적으로 높은 가격을 기록하고 있다.

-- 리튬의 공급 부족, 10년 이상 지속되나? --
코발트와 니켈은 채굴이 가능한 양이 한정되어 있어, 공급 핍박은 당분간 계속 될 전망이다. 반면, 리튬에 대한 견해는 나뉘고 있다. 리튬의 채굴 가능한 자원의 양은 매우 많아 절대량이 부족하거나 고갈될 가능성이 없기 때문이다. 2021년 중반까지만 해도 2023년 이후에는 공급 물량이 크게 늘어나 가격이 크게 떨어질 것이라는 낙관적인 전망이 많았다. 대부분의 배터리 업체들은 자원 공급원과 장기적인 상대 계약을 하기 때문에 단기적인 시장 가격 변동 영향은 거의 받지 않는다.

하지만 가격은 수요와 공급의 균형으로 결정된다. 니켈과 리튬의 채굴부터 LIB 전용으로 제련, 정제할 때까지는 1년 가까이의 시간이 필요. 특히 남미의 소금호수 등에서의 리튬의 공급의 경우, 현지에서 트럭 출입을 위한 도로 정비 등도 포함하면 평균보다 수 년의 리드타임이 더 필요해 수요의 급격한 변동에는 대응하기 어렵다. EV의 수요 예측은 조사회사마다 크게 달라 자원 공급측의 입장에서는 고민스러운 상황이라고 할 수 있다. 수요가 예측보다 많으면 수급 불균형이 계속되어 가격 폭등이 이어진다.

실제로, 자동차 업체의 EV에 대한 대형 투자 발표가 잇따른 2021년 후반, 지금까지의 낙관적인 분위기가 일변해, 리튬의 공급 부족이 당분간 계속 될 것이라고 보는 조사기관들이 많아졌다. 일부 보도에서는 ‘적어도 2030년까지는 공급이 부족하다’, ‘반영구적으로 부족하다’라고 하는 조사회사들이나 투자회사들의 목소리도 나오고 있다. 올 1월에는 세르비아 정부가 다국적 자원업체 리오틴토(Rio Tinto)가 추진하던 약 24억 달러 규모의 리튬광산 개발 프로젝트 허가를 환경보호를 이유로 취소한 것도 수급 상황의 핍박에 박차를 가한 것으로 보인다.

-- 중국에서는 연간 10만톤 이상이 쓰레기로 --
자원의 공급과는 반대로 위에서 기술한 (2)의 LIB의 폐기 처리 문제도 심각하다. 1GWh 분의 LIB셀은 약 5,000톤. 2030년에는 연간 150만~600만톤의 LIB셀이 제 역할을 끝내고 폐기될 가능성이 있다고 예측되고 있다.

하지만 LIB는 폐기 자체가 쉽지 않다. 전기가 남아 있는 LIB를 방전시키지 않은 채 무리하게 분쇄하면 합선되어 화재가 일어날 우려가 있다. 일반 쓰레기 소각로에서의 소각도 불가능하다. 전해액에 포함된 육불화인산리튬(LiPF6)이 열분해되어 강한 독성이 있는 오불화인(PF5)이 발생하기 때문이다. 또한 오불화인은 물과도 격렬하게 반응해 플루오르화수소(HF)라는 유독가스 등도 발생한다.

EV의 보급 개시가 빨랐던 중국에서는 이미 폐LIB가 연간 10만 톤 이상으로, “사회 문제로 표면화되고 있다”(이토츄상사(伊藤忠商事))라고 한다. 당장 대책을 추진하지 않으면 폐LIB가 급증하는 2025~2026년 이후에는 전세계가 이 문제에 직면하게 될 것이다.

-- EV 제조 시 2배의 CO₂ 배출--
LIB의 과제는 아직 있다. (3) 제조 시의 CO₂ 배출량 문제이다. LIB의 상당수는 리튬 외에도 니켈과 코발트 등 고가의 금속이 사용되지만, 이러한 금속은 채굴에서 제련, 정제까지 대량의 CO₂를 배출한다. 예를 들어 코발트를 1톤 정제하는데 40톤이 넘는 CO₂가 배출된다. 니켈도 10톤. 탄산리튬의 경우, 소금호수에서 발굴 시에는 5톤으로 약간 적지만, 광산의 경우 10~15톤으로 늘어난다.

그 결과, 1대의 EV를 제조할 때의 CO₂ 배출량은 가솔린차의 약 2배가 된다. 초과분의 대부분은 LIB 제조 시의 CO₂ 배출분이다.

물론, EV는 주행 시의 CO₂ 배출량이 가솔린차에 비해 적다. 하지만, 전력원이 재생에너지가 아닌 경우, 스웨덴의 볼보카(Volvo Car)의 추산에 따르면 11만km를 주행하지 않으면 CO₂ 배출량에서 가솔린차보다 우위에 있다고 주장할 수 없다.

이 추산에서는 승용차의 폐차까지의 평균 주행거리를 20만km로 하고 있으며, 최종적으로는 EV가 가솔린차의 CO₂ 배출량 보다 적지만, EV가 일반적인 이미지보다 CO₂량 배출량이 상당히 많다는 것을 알 수 있다.

-- 자원의 순환으로 3가지 과제에 대응 --
이러한 LIB의 과제들을 크게 완화할 수 있는 대책이 LIB의 재사용 및 리사이클이다. 특히 리사이클에서는 LIB의 제조 시에 투입한 각종 재료를 재생해 다시 LIB의 제조에 사용하는 ‘자원의 순환’이 실현되어, 금속 원소의 공급이나 가격의 안정화에 기여할 수 있다. 또한, 처리가 어려운 쓰레기인 폐LIB가 도시의 유망한 ‘광석’으로 변모할 수 있다. EV시장이 포화된 이후에는 금속 원소의 신규 채굴량을 크게 줄일 수 있을 가능성도 있다.

금속 자원의 재활용 프로세스에서 배출되는 CO₂는 광산에서 신규로 채굴해 제련, 정제하는 경우보다 적다. 뿐만 아니라 앞으로의 기술 혁신으로 그것을 큰 폭으로 줄일 수 있을 것이다.

재활용 사업을 생물의 혈액 등 순환기계에 비유해 ‘정맥 사업’이라고 보는 배터리업체도 등장했다. LIB의 제조 프로세스가 ‘동맥’이고, 폐LIB의 재료를 재생하는 리사이클 프로세스가 ‘정맥’으로, 이 두 가지가 혈액의 CO₂를 산소로 치환하는 순환기의 기능과 닮았다는 것이다.

 -- 끝 --

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