폐배터리 재사용 및 재활용 기술
폐배터리는 전기차, 스마트폰, 노트북 등 다양한 전자기기에서 사용되는 2차전지의 사용이 증가함에 따라 발생량이 증가하고 있습니다. 폐배터리는 전량 수입에 의존하는 희귀금속인 리튬, 니켈, 코발트 등을 함유하고 있어, 이를 재활용하면 자원 순환 및 수입 대체 효과를 기대할 수 있습니다.
폐배터리 재사용 및 재활용 기술은 크게 재사용과 재활용으로 나눌 수 있습니다.
재사용은 폐배터리를 분해하지 않고 에너지저장장치(ESS) 등 다른 어플리케이션에 재사용하는 것을 말합니다. 재사용은 폐배터리의 성능이 아직 충분히 높을 때 사용됩니다.
재활용은 폐배터리를 분해하여 그 속에서 니켈, 리튬 등의 소재를 추출해 새 배터리의 소재로 다시 활용하는 것을 가리킵니다. 재활용은 폐배터리의 성능이 재사용이 불가능할 정도로 저하되거나 외부 충격 등으로 파손되었을 때 사용됩니다.
폐배터리 재사용 기술
폐배터리 재사용 기술은 크게 성능 평가, 용도 변경, 모듈화로 나눌 수 있습니다.
성능 평가는 폐배터리의 성능을 평가하여 재사용 여부를 결정하는 과정입니다. 성능 평가에는 전압, 용량, 내부저항 등을 측정하는 방법이 사용됩니다.
용도 변경은 폐배터리의 성능을 평가한 후, 재사용 가능한 용도로 변경하는 과정입니다. 용도 변경에는 ESS, UPS, 전동공구, 보조배터리 등으로 활용하는 방법이 사용됩니다.
모듈화는 폐배터리를 모듈 단위로 분해하여 재사용하는 방법입니다. 모듈화는 폐배터리의 성능을 향상시키고 재사용 효율을 높이는 효과가 있습니다.
폐배터리 재활용 기술
폐배터리 재활용 기술은 크게 습식 공정과 건식 공정으로 나눌 수 있습니다.
습식 공정은 폐배터리를 분쇄하여 분말로 만든 후, 화학적 방법으로 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 습식 공정은 희귀금속의 회수율이 높다는 장점이 있지만, 화학약품 사용으로 인한 환경오염의 우려가 있습니다.
건식 공정은 폐배터리를 고온으로 가열하여 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 건식 공정은 화학약품 사용이 없기 때문에 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 희귀금속의 회수율이 습식 공정보다 낮다는 단점이 있습니다.
최근에는 습식 공정과 건식 공정의 장점을 결합한 혼합 공정도 개발되고 있습니다. 혼합 공정은 폐배터리를 분쇄하여 분말로 만든 후, 화학적 방법과 물리적 방법을 결합하여 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 혼합 공정은 희귀금속의 회수율을 높이고 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.
폐배터리 재활용 기술의 전망
폐배터리 재활용 기술은 아직 개발 초기 단계에 있지만, 전기차 보급 확대에 따라 수요가 증가할 것으로 예상됩니다. 이에 따라, 각국 정부와 기업들은 폐배터리 재활용 기술 개발에 투자하고 있습니다.
한국 정부는 2025년까지 폐배터리 재활용률을 70%까지 높이는 것을 목표로 하고 있습니다. 이를 위해, 폐배터리 재활용 기술 개발 및 산업 육성 지원을 위한 정책을 추진하고 있습니다.
한국의 폐배터리 재활용 기술은 습식 공정에 기반한 기술이 주를 이루고 있습니다. 한국전력공사, SK이노베이션, 포스코케미칼 등 국내 기업들은 폐배터리 재활용 기술 개발을 위해 연구개발을 진행하고 있습니다.
이러한 기술 개발을 통해 한국은 폐배터리 재활용 산업의 선두주자로 자리매김할 것으로 기대됩니다.
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폐배터리 재활용 기술은 크게 습식 공정과 건식 공정으로 나눌 수 있습니다.
습식 공정은 폐배터리를 분쇄하여 분말로 만든 후, 화학적 방법으로 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 습식 공정은 희귀금속의 회수율이 높다는 장점이 있지만, 화학약품 사용으로 인한 환경오염의 우려가 있습니다.
건식 공정은 폐배터리를 고온으로 가열하여 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 건식 공정은 화학약품 사용이 없기 때문에 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 희귀금속의 회수율이 습식 공정보다 낮다는 단점이 있습니다.
습식 공정의 구체적인 공정은 다음과 같습니다.
- 폐배터리 수거 및 선별
- 폐배터리 분쇄
- 분말 처리
- 희귀금속 추출
폐배터리 수거 및 선별은 폐배터리 재활용의 첫 번째 단계입니다. 폐배터리는 배터리 종류, 용량, 상태 등에 따라 다양한 형태로 존재하기 때문에, 이를 효율적으로 수거 및 선별하는 기술 개발이 필요합니다.
폐배터리 분쇄는 폐배터리를 분말로 만드는 공정입니다. 폐배터리는 용융, 파쇄, 분쇄 등 다양한 방법으로 분쇄할 수 있습니다.
분말 처리는 폐배터리 분말에서 불순물을 제거하는 공정입니다. 분말 처리에는 침출, 여과, 건조 등 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.
희귀금속 추출은 분말 처리된 폐배터리 분말에서 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 희귀금속 추출에는 침출, 전기분리, 열분해 등 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.
건식 공정의 구체적인 공정은 다음과 같습니다.
- 폐배터리 수거 및 선별
- 폐배터리 분쇄
- 열처리
- 희귀금속 추출
폐배터리 수거 및 선별은 습식 공정과 동일합니다.
폐배터리 분쇄는 습식 공정과 동일합니다.
열처리는 폐배터리 분말을 고온으로 가열하여 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 열처리에는 용융, 소결, 열분해 등 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.
희귀금속 추출은 열처리된 폐배터리 분말에서 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 희귀금속 추출에는 침출, 전기분리, 열분해 등 다양한 방법을 사용할 수 있습니다.
습식 공정과 건식 공정은 각각의 장단점이 있습니다. 습식 공정은 희귀금속의 회수율이 높다는 장점이 있지만, 화학약품 사용으로 인한 환경오염의 우려가 있습니다. 건식 공정은 화학약품 사용이 없기 때문에 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있지만, 희귀금속의 회수율이 습식 공정보다 낮다는 단점이 있습니다.
최근에는 습식 공정과 건식 공정의 장점을 결합한 혼합 공정도 개발되고 있습니다. 혼합 공정은 폐배터리를 분쇄하여 분말로 만든 후, 화학적 방법과 물리적 방법을 결합하여 희귀금속을 추출하는 공정입니다. 혼합 공정은 희귀금속의 회수율을 높이고 환경오염을 줄일 수 있다는 장점이 있습니다.
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국내 폐배터리 재활용 업체는 크게 2차전지 제조사, 중소 재활용 업체, 해외 기업으로 나눌 수 있습니다.
2차전지 제조사는 폐배터리 재활용 사업에 적극적으로 진출하고 있습니다. LG에너지솔루션, SK이노베이션, 삼성SDI 등 국내 3대 배터리 제조사는 폐배터리 재활용을 위한 설비 및 기술 개발을 진행하고 있으며, 자체 재활용 공장을 구축하기 위한 계획을 발표했습니다.
중소 재활용 업체는 폐배터리 재활용 사업에 대한 관심이 증가하고 있습니다. 폐배터리 재활용은 고부가가치 산업으로 성장할 가능성이 높기 때문입니다. 중소 재활용 업체는 폐배터리 수거 및 선별, 분리 공정에 집중하고 있으며, 희귀금속 추출 기술 개발에도 노력하고 있습니다.
해외 기업도 국내 폐배터리 재활용 시장에 진출하고 있습니다. 독일의 Umicore, 스웨덴의 Northvolt 등 해외 폐배터리 재활용 업체는 국내 배터리 제조사와 협력하여 폐배터리 재활용 사업을 추진하고 있습니다.
국내 폐배터리 재활용 업체의 주요 동향은 다음과 같습니다.
- 폐배터리 수거 및 선별 시스템 구축
폐배터리 수거 및 선별은 폐배터리 재활용의 첫 번째 단계입니다. 폐배터리는 배터리 종류, 용량, 상태 등에 따라 다양한 형태로 존재하기 때문에, 이를 효율적으로 수거 및 선별하는 기술 개발이 필요합니다.
국내 폐배터리 재활용 업체는 폐배터리 수거 및 선별 시스템 구축에 투자하고 있습니다. 폐배터리 제조사는 자체 수거 및 선별 시스템을 구축하고 있으며, 중소 재활용 업체는 폐배터리 제조사와 협력하여 수거 및 선별 시스템을 구축하고 있습니다.
- 희귀금속 추출 기술 개발
희귀금속은 폐배터리에서 회수할 수 있는 고부가가치 자원입니다. 희귀금속의 회수율을 높이기 위해서는 효율적인 희귀금속 추출 기술 개발이 필요합니다.
국내 폐배터리 재활용 업체는 희귀금속 추출 기술 개발에 투자하고 있습니다. 2차전지 제조사는 습식 공정과 건식 공정, 혼합 공정 등 다양한 희귀금속 추출 기술을 개발하고 있으며, 중소 재활용 업체는 습식 공정과 건식 공정에 집중하고 있습니다.
- 폐배터리 재사용 기술 개발
폐배터리의 성능이 충분히 유지되는 경우, 재사용하는 것이 환경과 경제에 도움이 됩니다. 폐배터리 재사용 기술 개발은 폐배터리 재활용의 새로운 방향으로 주목받고 있습니다.
국내 폐배터리 재활용 업체는 폐배터리 재사용 기술 개발에 관심을 보이고 있습니다. 2차전지 제조사는 폐배터리 용량 복원 기술 개발을 진행하고 있으며, 중소 재활용 업체는 폐배터리 구조 변경 기술 개발을 진행하고 있습니다.
국내 폐배터리 재활용 시장은 전기차 보급 확대에 따라 성장할 것으로 예상됩니다. 2025년에는 국내 폐배터리 발생량이 약 20만 톤에 달할 것으로 전망됩니다. 국내 폐배터리 재활용 업체는 폐배터리 수거 및 선별, 희귀금속 추출, 폐배터리 재사용 등 다양한 분야에서 기술 개발 및 사업 추진을 통해 시장을 선점하기 위해 노력하고 있습니다.
한국지질자원연구원 손정수 박사 전기차 배터리 재활용 기술
https://www.youtube.com/watch?v=EPxZiZBrQy0
https://news.skecoplant.com/plant-tomorrow/13383/
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https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2023091110312949935
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