LFP 배터리 재활용 必…금전적 가치만 고려해선 안 된다

폐LFP 배터리, 유기 오염 물질 방출 등 환경 위협 초래 가능…재활용 솔루션 구축 必
유럽, 경제적으로 실행 가능한 LFP 배터리 재활용 프로세스 無…연구개발 집중
中 CATL, 배터리 재활용 포함 산업단지 건설…32억5,000만유로 투자
지질자원연구원, 세계 최초 LFP 폐배터리 친환경 재활용 기술 개발 성공

목차
1) 친환경성·핵심광물 해외 의존도 탈피에 큰 가치 
2) 전기차 인기 ↓…사용후 배터리 시장 전망은 어떠한가
3) 우리나라 사용후 배터리 산업 플레이어·기술 현황(1)
4) 우리나라 사용후 배터리 산업 플레이어·기술 현황(2)
5) LFP 배터리 재활용 必…금전적 가치만 고려해선 안 된다
6) 사용후 배터리 산업이 앞으로 나아가야 할 길

[편집자주] 2040년 전기차 폐차 대수가 4,000만대 넘어설 것으로 전망되며 전기차 전주기 탄소발자국의 약 30%를 차지하고, 전기차 가격의 30% 이상을 차지하는 배터리의 재활용 기술은 경제성 부문에서 매우 중요한 기술로 꼽힌다. 사용후 배터리를 재사용·재활용하지 않으면 폐기물이 지속 증가하게 되며, 적절한 처리를 거치지 않고 방치하거나 매립·소각할 경우 유해물질이 발생하여 환경오염을 유발할 수 있다. 친환경성을 매우 중요하게 생각하는 유럽의 CRMA, 미국의 IRA 등에 대응해야 하는 흐름 상 폐배터리 재활용 시장 규모는 계속해서 확대될 것으로 보인다. 이와 같이 경제성, 친환경성을 모두 아우르는 사용후 배터리 산업에 대해 자세히 알아보고, 우리나라 기업들의 기술 및 사업 현황과 산업 전망까지 4월24일부터 매주 수요일, 6주에 걸쳐 기사에 담아낸다.

중국이 점령하고 있는 전기차 LFP 배터리 시장에 우리나라 배터리 3사도 적극적으로 나서며 LFP 배터리의 폭발적 증가가 전망되나 NCM에 비해 재활용 시 낮은 수익성과 높은 회수비용 때문에 순환경제로 이어질 수 있을지에 대한 의문은 여전히 남아있다.

그럼에도 LFP 배터리의 지속 가능한 재활용은 환경에 미치는 영향을 최소화하면서 리튬, 인, 흑연 등 중요 원자재의 안전한 공급을 보장할 수 있기에 반드시 뒤따라야 한다.

LFP 배터리는 2030년까지 수요가 3,000GWh를 초과하여 글로벌 고정식 에너지 저장 시장을 지배할 것으로 전망되고 있다.

이는 긴 수명과 낮은 가격을 무기 삼아 중국을 필두로 LFP 배터리 탑재 차량을 늘려 나가고 있다.

LFP 배터리 시장은 CATL, BYD 등 중국 업체들이 주도해왔으며 현재 전체 LFP 배터리의 90% 이상은 중국산이다.

SNE리서치는 중국의 CATL은 전년 동기 대비 48.3%(233.4GWh) 성장률로 글로벌 1위 자리를 굳건히 했다고 발표했다.

배터리 3사로 대표되는 우리나라 기업들도 LFP 배터리 연구 개발과 상용화에 힘을 쏟고 있다.

LG에너지솔루션은 지난 2월22일 중국 상주리원 LFP 양극재 장기 공급계약을 체결했다고 발표했다.

이로써 LG에너지솔루션은 상주리원으로부터 5년간 약16만톤, 400km 이상 주행가능한 전기차 100만대 분의 LFP 배터리 양극재를 공급받는다.

업계에 따르면 LG에너지솔루션은 전기차용 LFP 배터리를 2025년 양산을 목표로 연구개발 및 공급망 확보에 나서고 있는 것으로 보인다.

삼성SDI는 지난해 6월 ‘인터배터리 2023 유럽’에서 LFP 배터리 전시, 보급형 전기차 시장과 ESS 시장 진입 목표로 LFP 등 포트폴리오 확대 계획 밝힌 바 있다. 

삼성SDI는 울산과 지난 1월 울산 하이테크밸리 산업단지 내 3공구 개발사업과 양극재 및 배터리 관련 생산공장을 건설한다는 내용이 담긴 MOU를 체결했는데, 여기서 LFP 배터리 생산라인을 건설할 것으로 예상되고 있다.

ESS용 LFP 배터리는 2026년 출시를 목표로 하고 있으며, 전기차에 쓰일 LFP 배터리 양산 시작점은 아직 알려지지 않았다.

SK온은 저온 성능을 개선한 ‘윈터 프로’(Winter Pro) LFP 배터리를 인터배터리 2024에서 전시했다. 
 

영하 20도에서도 70 ~ 80%의 성능을 보이며 낮은 온도에서 주행거리가 대폭 감소하는 LFP 배터리의 약점을 보완해 눈길을 끌었다. 

앞서 SK온은 CES 2024에서 2026년 LFP 배터리 양산에 들어갈 계획이라고 밝혔다.

위와 같은 배터리 제조사들의 LFP 배터리의 적극적인 개발과 보급에 따라 2030년에는 전기차에 탑재되는 배터리 중 55%를 LFP가 차지할 것으로 전망되고 있다.

LFP 배터리의 활발한 개발과 탑재 증가와 다르게 재활용 부문의 속도는 더디다.

재활용이 불가능하다기 보다 금전적 가치가 낮은 것이 큰 이유로도 꼽힌다.

SNE리서치에 따르면 배터리 종류별 kWh당 금속 가치는 NCM811(니켈 비중 80%)이 68달러, NCA(니켈·코발트·알루미늄)가 71달러인 반면 LFP는 kWh당 금속 가치가 45달러밖에 되지 않는다.

이익을 창출해 내야 하는 기업의 입장에서는 금전적 가치가 낮은 LFP 배터리의 재활용이 매력적이지 않을 수 있으나 친환경성에서는 반드시 필요하다.

김필수 대림대학교 미래자동차학부 교수는 본지에 송고한 칼럼에서 배터리 리사이클링을 하지 않는 LFP 배터리는 차량 당 약 500Kg의 배터리가 분리되는 만큼 심각한 환경성 문제가 발생할 수 있다고 전했다.

조지혜 한국환경연구원 선임연구위원도 본지와의 인터뷰에서 “LFP 배터리는 차량뿐만 아니라 전기 자전거 및 전기 스쿠터, 가전 제품 등 응용분야가 확대되고 있으며, 여기에는 리튬, 인 등의 중요 원자재가 포함되어 있다. 한편, 매립 등 부적정 처리될 경우 환경오염을 초래할 수 있다”며 “앞으로 순환경제 측면에서 발생량 전망에 기반한 회수 및 자원순환 체계 도입 연구를 통해 순환이용을 높여 나갈 필요가 있다”고 전했다.

최근 국내외적으로 LFP 배터리 재활용 기술개발이 진행되고 있다. 

성일하이텍에서는 LAB SCALE에서부터 PILOT를 거쳐 양산 가동에 대한 로드맵을 제시했다.

LFP 재활용 공정의 2026년 상용화 목표로 하고 있으며 리튬 선택적 침출 기술 확보 및 인산철을 배터리 원료물질로 사용하기 위한 기술 개발 중이다.

리튬만으로는 경제성이 나오지 않으므로 앞으로 pilot scale로 확대하여 화합물 형태로 제조할 계획으로 보인다.

현재 유럽에서도 관련 재활용 프로젝트가 추진되고 있다. 

EU집행위원회(European Commission)의 자금 지원을 받고 있는 아크로바트(ACROBAT)는 벨기에 VITO, KU 루벤의 SIM2 연구소, 독일 프라운호퍼 ILT, 이탈리아 ENEA 및 독일 배터리 재활용 회사인 Accurec Recycling GmbH와 함께 수명이 다한 LFP 배터리를 위한 친환경적인 공정 및 분리 기술을 개발할 예정이다. 

해당 아크로바트 프로젝트는 유럽집행위원회(European Commission)의 자금 지원을 받고 있다.

이러한 방식으로 중요한 원자재를 회수하여 고품질 제품 및 비금속으로 생산 공정에 재도입할 수 있으며, ACROBAT 공정은 핵심 원자재의 90% 이상을 회수하는 것을 목표로 하고 있다.

독일의 EAS Batteries가 조정하고 있는 독일의 새로운 재활용 프로젝트인 딜리렉(DiLiRec)에서는 9개 기관과 기업의 연구원들이 처음으로 LFP 회수 공정을 개발 및 비교하고 있다. 

EAS Baterries 외에도 EDI GmbH, BLC GmbH, FNE Entsorgungsdienste Freiberg GmbH, 프라운호퍼 세라믹 기술 및 시스템 연구소 IKTS 등이 제휴 파트너로 DiLiRec 프로젝트에 참여하고 있다. 

프로젝트의 총 규모는 470만 유로에 달하며, 독일 연방정부가 약 270만유로를 투자하는 것으로 알려졌다.

또 다른 프로젝트인 ReLiFe(Recycling Lithium Ferrophosphate)는 파트너 컨소시엄과 공동으로 개발한 프로젝트로 처음에는 파일럿 규모로 LFP 스크랩 및 수명 종료(EoL) 배터리를 재활용하기 위한 환경 친화적이고 비용 효율적인 기술을 시연하는 것을 목표로 했다.

연간 500톤의 공칭 용량을 갖춘 파일럿 플랜트는 그리스 북동부 크산티(Xanthi)의 프로젝트 리드 파트너인 Sunlight Group Energy Storage Systems S.A.의 산업 단지에 설립될 예정이다. 

ReLiFe 프로젝트는 궁극적으로 배터리 셀 제조에 대한 EU의 원자재 요구사항을 충족하고 유럽 리튬 수요의 1.5%를 공급하는 산업 규모의 LFP 재활용을 상용화해 나가기 위한 기반을 구축할 것으로 보인다.

이 프로젝트는 지난해 1월1일부터 2025년 12월31일까지 3년 동안 진행되며 보조금 계약 22020에 따라 EIT RawMaterials로부터 약 360만유로의 자금을 받았으며 파트너도 프로젝트에 약 150만유로의 자금을 기부하고 있다. 

LFP 배터리의 최대 시장이자 공급국인 중국도 재활용 산업에 나서고 있다.

세계 1위 배터리 제조사인 CATL은 지난해 1월 약32억5,000만유로를 투자해 배터리 재활용이 포함된 산업단지 건설에 나선다고 Yicai Global 매체는 전했다.

CATL이 지분 65%를 보유하고 있는 배터리 제조사이자 재활용 자회사 Brump는 중국 광둥성에 연간 처리 용량 50만톤 규모의 단지를 건설한다. 

많은 국가들의 노력들이 이어지고 있는 가운데 진정한 친환경 LFP 배터리 재활용 기술 개발은 우리나라가 선점했다.

우리나라 배터리 산업의 핵심 공기관인 한국지질자원연구원의 김병수 박사 연구팀은 지난해 12월 LFP 폐배터리 친환경 재활용 기술 개발을 세계 최초로 성공하며 주목을 받기도 했다.

▲왼쪽부터 한국지질자원연구원 최지혁 박사, 김병수 박사, 유정현 박사(사진 출처: 한국지질자원연구원)

김병수 박사 연구팀이 개발한 친환경 저온 건식재활용 기술은 세계 최초로 LFP 계열에 적용한 폐배터리 재활용 혁신 기술로 폐배터리의 선별 공정 없이 단순 파쇄만 하는 장점이 있다. 

질소가 아닌 일반적인 대기분위기 1200°C 이하에서 부분용융해 흑연 함유량을 대폭줄인 블랙매스와 흑연의 분리회수가 가능하다.

또한 화학물질을 사용하지 않아 슬래그가 배출되지 않으며, 기존 기술보다 200°C이상 공정 온도를 낮춰 CO₂배출을 획기적으로 저감한 환경 친화형 건식공정 기술이다.

김병수 박사는 “이번 기술개발은 기존 상용화된 기술의 복잡한 공정은 물론 환경적 문제점을 보완하고 개선한 혁신적인 기술”이라며 “앞으로 친환경 폐배터리 재활용 기술의 고도화를 통해 관련 기업에 기술이전을 확대하고 국가 자원 사업 경쟁력 확보를 위해 최선을 다할 것”이라고 밝혔다.