폐배터리 리사이클링 사업을 추진하는 SK에코플랜트가 배터리 핵심 소재인 니켈·코발트·리튬 회수율 고도화와 폐수 저감, 화재방지 고속방전 등 폐배터리 리사이클링 전·후처리 전반에 걸친 핵심 4대 기술 내재화에 성공했다.
SK에코플랜트는 14일 대전 한국지질자원연구원에서 배터리 재활용 기술 개발 선포식을 열고 이차전지 재활용 기술 개발 성과 및 활용 로드맵을 발표했다고 밝혔다.
이날 SK에코플랜트와 지자연은 폐배터리에서 용매추출 방식을 이용해 추출한 희소금속인 니켈·코발트 회수율이 97%를 달성했다고 설명했다. 회수된 니켈·코발트의 순도도 실제 배터리 제조에 쓰이는 광물 수준인 99.9%를 웃돈다. 니켈·코발트는 배터리 양극재의 원자재로 소재 대부분을 수입에 의존하고 있어 변동성이 크다. 이에 SK에코플랜트와 지자연은 지난해부터 폐배터리 용매추출 기술 고도화를 통해 금속 회수율을 높이기 위한 연구를 공동 수행해 왔다.
이번 기술은 추출제와 공정 최적화 연구를 통해 공정은 최소화하고 회수율은 극대화한 것이 특징이다. 회수율이 높아지면 공정이 추가돼 경제성 확보가 어려웠던 문제를 해소했다. 물질, 온도 제어 등 운영 조건이 까다로워 공정의 난이도가 매우 높은 용매추출 방식 중 업계 최고 수준의 회수율로 운영 비용은 물론 설비 투자비까지 낮출 수 있을 것으로 기대된다.
주요 희소금속 중 하나인 리튬 회수율은 90%를 달성했다. 리튬은 배터리 양극재에 사용되는 주요 소재 중 하나다. 특히 산화물 형태로 바꾼 수산화리튬은 배터리 품질에 큰 영향을 미친다. SK에코플랜트는 리튬 회수에 통상적으로 사용되는 건식 방식 대신 최적화한 용매추출 공정을 적용해 회수율을 끌어올리고 배터리에 사용되는 수산화리튬으로 생산하는 기술까지 연계했다. 전남대학교와 함께 연구개발을 진행해 원료 내 불순물과 무관하게 리튬을 회수하는 것은 물론 비용 대비 높은 순도도 확인했다.
아울러 성균관대학교와 함께 고성능 용매 추출제 개발을 통해 용매 추출 과정에서 발생할 수 있는 환경 이슈 해결을 위한 기술도 확보했다. 폐배터리 리사이클링 과정에서 사용하는 추출제의 성능을 개선해 사용되는 용수의 양을 절감할 수 있는 기술이다. SK에코플랜트는 "실험 결과 기존 대비 용수를 최대 50% 저감하는 효과가 있었다"며 "물질의 특성을 사전에 확인하고 예측하는 모델링을 통해 최소한의 용수를 이용해 희소금속을 가장 효율적으로 추출할 수 있는 제품을 개발한 성과"라고 설명했다.
폐배터리에서 희소금속을 추출하기 전 필수적으로 수행해야 하는 배터리의 안전하고 효과적인 방전 기술도 고도화했다. 완전 방전이 잘 되지 않으면 화재나 폭발의 위험이 있어 해당 공정은 매우 중요하다. 일반적으로 폐배터리를 완전히 방전시키는 데는 하루 남짓한 시간이 소요되는데 SK에코플랜트는 카이스트와 협업을 통해 완전방전에 걸리는 시간을 최대 49분까지 단축하는데 성공했다. AI(인공지능) 알고리즘 모델을 적용해 다량의 전류를 흘려보내는 '쇼트(단락)' 과정을 없앤 것이 주효했다.
SK에코플랜트는 해당 4대 기술에 대한 특허를 출원했다. 확보한 기술은 파일럿 공장을 운영해 사업화를 추진할 계획이다. 이후 실증 사업을 통해 기술 완성도를 향상시키는 작업을 거쳐 2025년 준공을 앞둔 경북 경주 SK에코플랜트 폐배터리 재활용 공장에 적용하는 것이 최종 목표다.
박경일 SK에코플랜트 사장은 "폐배터리 재활용 사업에서 가장 중요한 요소인 기술력과 다수의 현지거점 확보 조건을 모두 갖췄다"며 "추진 중인 폐배터리 재활용 시설까지 조성된다면 본격적으로 SK에코플랜트의 폐배터리 재활용 밸류체인 역량이 시장에서 빛을 발하게 될 것"이라고 말했다.
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