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[2차 전지 순환경제] 글로벌 폐배터리 재활용 시장 및 산업, 정책 분석 (배터리 리사이클링 산업)
[2차 전지 순환경제] 폐배터리 재활용 공정, 재활용 기술 분석
1. 폐배터리 순환경제와 밸류체인
폐배터리 리사이클링 산업은 성능이 떨어졌거나 사용이 불가능해진 폐배터리를 수거해, 폐배터리 내에서 배터리의 핵심 원자재인 리튬, 니켈, 망간 등의 금속을 추출해 재활용하거나, ESS(Energy Storagy System, 에너지저장장치), UPS(Uninterruptible Power Supply system,무정전전원장치) 등으로 재사용하여 순환가능한 구조로 만드는 산업입니다.
크게 폐배터리 재활용과 재사용 방법으로 나뉘며, 폐배터리의 순환을 통해 ▲배터리 제조 비용을 낮추고, ▲이산화탄소 발생량 감축, ▲환경 오염 및 무분별한 자원개발, ▲원자재의 지역적 리스크 등의 문제를 해결할 수 있어 각광받고 있습니다.
폐배터리의 재활용 및 재사용 프로세스는 공통적으로 폐배터리를 수거 → 분류 → 진단 및 검사 하는 전공정을 거친 후, 배터리의 상태에 따라 재사용공정과 재활용 공정으로 나뉘어 집니다.
재활용 공정은 내부적으로 방전 → 전처리 → 후처리 공정으로 이어지며, 이를 통해 구리, 철, 알루미늄, 플라스틱, 리튬, 니켈, 망간, 코발트 등의 재료를 추출합니다.
폐배터리는 이러한 재사용 및 재활용 공정을 거친 뒤 배터리 원자재 제조 업체, 배터리 셀 제조업체, ESS 산업 등을 하는 에너지 업체 또는 개인 가정 등에 판매됩니다.
폐배터리의 밸류체인은 크게 폐배터리의 확보 및 수거, 선별과 검사, 재활용 및 재사용 등으로 나눌 수 있습니다.
폐배터리 밸류체인은 재활용공정 및 재사용 공정의 효율성을 높이는 것도 중요하지만, 다른 재활용 산업 대비 폐배터리의 수급과 소유권 확보가 중요하며, 폭발의 위험성이 크고 무게가 많이 나가며 배터리팩 설계에 따라 해체가 어렵기 때문에 대규모의 안전한 보관 장소 및 선별, 검사 또한 중요합니다.
이러한 폐배터리 밸류체인의 특성에 따라 다양한 비즈니스 모델이 제시되고 있으며, 하나의 기업이 단독으로 밸류체인 전체를 구축하기 보단 여러 기업들간 M&A, JV 및 협력을 통한 얼라이언스를 구축해 시장 선점을 해나가고 있습니다.
폐배터리 재활용 밸류체인별 주요 기업으로는 유미코어(Umicore, 벨기에), 거린메이(중국), Brunp(중국), GEM(중국), 레드우드머티리얼즈(미국), Li-Cycle(LICY, 미) 등의 해외 기업과, 국내의 성일하이텍, 새빗켐, 하나기술, 에코프로CNG, 영일테크, NPC, 포스코HY클린메탈, 유일에너테크 등이 있습니다.
2. 폐배터리 리사이클링 산업 주요 이슈와 전략
폐배터리 리사이클링 산업의 주요 이해관계자들은 크게 ▲전기차 제조 기업, ▲배터리 셀 제조 기업, ▲배터리 소재 기업, ▲금속 제련 기업, ▲유통 기업, ▲에너지 기업과 ▲기존 재활용처리 기업과 ▲정부 지자체 등으로 매우 폭넓게 얽혀있습니다.
그 이유는 재활용 산업의 관건은 폐기물의 안정적인 공급과 대규모 CAPA에 따른 규모의 경제가 중요한데, 배터리의 특성상 회수가 어렵고, 소유권이 아직 명확하지 않으며, 기업별, 국가별 표준이 아직 체계화되지 않았기 때문입니다.
이에 따라 전기차 제조업체, 배터리 셀 및 소재 기업, 재활용/금속제련/에너지기업들은 각기 다른 목표와 비즈니스 모델을 갖고 배터리 리사이클링 산업의 주도권 확보와 시장 선점을 위해 다른 산업군 기업들과 협력하는 등, 합종연횡에 나서고 있습니다.
<폐배터리 산업의 핵심 이슈>
- 폐배터리 소유권 문제
폐배터리의 소유권을 누가 갖고 있느냐가 폐배터리의 안정적인 확보에 가장 큰 이슈가 되고 있습니다.
주로 제품을 산 순간, 제품의 소유권은 구매자 또는 사용자가 갖게 됩니다.
그러나 배터리의 경우 그 특수성 때문에 각 국 정책 및 법에 따라 소유권이 달라질 수 있습니다.
현재 폐배터리의 소유권을 두고 차량 구매자, 차량 제조사, 배터리 제조사, 또는 각 정부 지자체 등이 선점 경쟁 및 경제모델 구축에 힘쓰고 있습니다.
- 폐배터리 수거, 해체, 보관 문제
자동차에 들어가는 배터리의 무게는 약 400~500kg에 달하고 부피 또한 크기 때문에 수거를 위해서는 기계 장치가 필요하며, 보관 및 운송 시 대규모의 공간과 운송 시설이 필요합니다.
또한 폭발, 화재 등의 위험성이 있기 때문에 이를 방지 하기 위한 시설 및 기술 또한 필요합니다.
각 자동차 제조사별, 배터리 셀 업체별, 국가별로 배터리 팩의 규격이나, 재활용 표준 등이 상이하여 해체 방법이 다양해질 수도 있습니다.
따라서 폐배터리의 수거, 해체, 보관을 위해서는 대규모의 자동화된 인프라 구축이 필요합니다.
- 폐배터리의 기준 설정 문제
폐배터리를 결정하는 기준은 주로 배터리의 에너지 저장 상태를 의미하는 SOH (State Of Health)의 70~80% 값을 사용합니다.
이 SOH가 약 60% 이상이면 ESS 등으로 재사용하는데 사용되며, 20%~60%면 금속을 추출해 재활용하는데 사용하게 됩니다.
문제는, 이 SOH가 제조사 및 사용환경에 따라 값이 바뀔 수 있으며, 동일 배터리팩 내에서도 개별 배터리셀의 SOH는 모두 다를 수 있습니다.
이러한 폐배터리의 상태를 어떻게 모니터링, 추적하고 규정하느냐에 따라 재사용 및 재활용 대상 자원 규모와 폐배터리 가격 책정 달라지게 됩니다.
- 폐배터리 재활용 경제성 문제
폐배터리 재활용 산업은 인프라 구축에 대규모 자본이 들어가는 산업입니다.
따라서 안정적인 공급처 확보 및 규모의 경제 실현 뿐만 아니라 폐배터리 상태를 정확하게 체크하여 규모파악하고, 제련 기술력 향상을 통한 메탈 회수율을 높이는 것이 중요합니다.
3. 폐배터리 산업의 주요 비즈니스 모델
폐배터리 산업과 이해관계가 있는 산업군은 크게 전기차 제조 등의 모빌리티 기업, 배터리 셀, 소재 등의 이차전지 관련 기업, 기존의 재활용/금속제련/에너지 기업 등으로 나눌 수 있습니다.
이들은 각각이 가진 역량을 최대한 활용하여 새로운 비즈니스 모델을 만들기 위해 노력하고 있습니다.
전기차 제조 등의 모빌리티 기업과 에너지 기업들은 주로 배터리 수거와 ESS 시장 진출을, 배터리 셀 및 소재 기업들은 자체적으로 원할한 원재료 수급 및 가격 경쟁력 확보를 위한 비즈니스 모델을 구축하고 있습니다.
<주요 비즈니스 모델>
■ 완성차 기업
현대차, 닛산, BMW, 아우디, 르노 등의 완성차 OEM 기업들은 안정적으로 폐배터리를 확보할 수 있어, 이를 통한 ESS 시장으로 진출해 새로운 비즈니스 창출하는 모델을 구축하고 있습니다.
- 폐배터리 확보
- 폐배터리의 안정적인 확보를 위해, 구형 배터리를 신형 배터리로 교환해주는 프로그램 운영
- 전기차 판매시 배터리는 리스 정책을 적용하여, 배터리가 일정 성능 이하로 떨어지면 반납하도록 함
- ESS 시장 진출
- 기존 에너지 기업과 협업하여 ESS(에너지저장장치)나 UPS(무정전전원장치)로 만들어 장치 또는 전력을 판매
특히 세계 최초로 양산형 전기차를 출시한 일본의 자동차 제조 기업인 닛산은, 전기차 출시와 동시에 일본 종합상사인 스미모토와의 합작을 통해 글로벌 에너지저장 솔루션 업체인 4R Energy를 설립했습니다.
4R Energy는 배터리 상태를 단시간에 측정할 수 있는 기술과 잔존용량 예측 기술 등을 개발하여, 회수된 배터리를 재사용할 수 있도록 만들어 판매하고 있습니다.
현재는 유럽 및 북미 지역 ESS 기업과 손잡고 ESS 시장으로 진출을 추진하고 있습니다.
■ 배터리 셀 및 소재, 배터리 재활용 관련 기업
배터리 관련 기업들은 우선 폐배터리 확보를 위해 완성차 업체 및 배터리 셀 제조 업체와 배터리 리스나 재활용 관련 업무 협약을 맺고 배터리 수거 경로를 다각화하고 있습니다.
이후 폐배터리를 재사용하여 ESS 시장에 진출하거나, 재활용을 통해 자체적으로 필요한 원재료를 추출해 안정적인 배터리 원재료 수급 및 제조 비용 절감에 활용 또는 다른 배터리 셀 및 소재 업체에 판매하는 비즈니스 모델을 구축하고 있습니다.
■ 에너지, 인프라 등 기타 기업
정유, 전력 등의 에너지 기업, 건설사 등 인프라 기업 등 또한 폐배터리 재사용 시장에 뛰어들어 신규 사업 역량 확보에 나서고 있습니다.
이들은 주로 ESS 시장 및 에너지 그리드 시장 진출을 노리거나, 자체 에너지 운영 비용을 감축하는 데에 활용하는 비즈니스 모델을 구축하고 있습니다.
이처럼 다양한 산업분야의 기업들이 폐배터리 재활용 및 재사용을 통한 새로운 비즈니스 창출과 자체 경쟁력 강화를 위해 다양한 비즈니스 모델을 구축하고 있습니다.
이들 모두 수직계열화를 구축하기 위해 다른 기업들과의 협업 및 협력 체계를 꾸리고 있습니다.
따라서 페배터리 리사이클링 시장 선점은 기업 내 계열사간 혹은 다른 기업 간의 네트워크를 얼마나 잘 구축하고, 인프라 구축 및 재활용 효율을 높여 배터리 수거부터 재활용까지 수직계열화를 잘 달성하는 지가 경쟁력으로 작용할 것으로 보입니다.
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