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전기차와 에너지저장장치(ESS) 시장이 빠르게 성장하면서, 가격 경쟁력과 안전성을 갖춘 리튬인산철(LFP) 배터리 수요가 급증하고 있다. 이에 따라 사용 후 배터리에서 리튬 등 핵심 자원을 회수해 재활용하는 시장 역시 빠르게 확대되는 추세다.
국내 LFP 폐배터리 재활용 시장은 2024년 약 1000억 원 규모에서 2035년에는 20조원 수준으로 성장할 것으로 전망된다. 이러한 흐름 속에서 국내 연구진이 개발한 LFP 배터리 재활용 기술이 본격적인 사업화 단계에 진입했다.
한국원자력연구원은 '다중음이온계 리튬이차전지 양극재 재활용 방법 및 장치' 기술을 산업용 정밀 여과시스템 전문기업 그린코어이엔씨에 이전하는 기술실시계약을 체결했다고 6일 밝혔다. 계약 조건은 정액기술료 1억5000만원에 매출액의 2%를 경상기술료로 받는 방식이며, 관련 특허 1건이 포함됐다.
이번에 이전된 기술은 LFP 배터리 제조 과정에서 발생하는 불량품과 잔재물, 수명이 다한 폐양극재로부터 리튬을 선택적으로 추출·회수하는 공정과 장치에 관한 것이다. 기존 리튬 회수 방식이 습식 침출이나 고온 열처리에 의존해 공정이 복잡하고 불순물 제거가 어려웠던 데 비해, 연구원이 개발한 기술은 염소화 반응을 활용해 리튬만을 선택적으로 추출함으로써 경제성과 친환경성을 동시에 확보한 것이 특징이다.
공정은 LFP 폐배터리 양극 소재를 염소가스와 저온에서 반응시켜 리튬을 수용액 형태로 전환한 뒤, 고체와 액체를 분리하는 과정을 거쳐 리튬을 회수하는 방식이다. 이후 이를 탄산리튬이나 수산화리튬 등으로 전환해 활용할 수 있다. 이 기술을 적용하면 양극 소재 내 리튬의 95% 이상을 회수할 수 있으며, 회수된 리튬의 순도 역시 97% 이상으로 고효율·고순도 자원 확보가 가능하다.
또 리튬을 분리하고 남은 전이금속 성분 역시 배터리 원료로 재활용할 수 있으며, 공정 과정에서 발생하는 부산물이 산성 폐수가 아닌 소금물(NaCl) 형태로 배출돼 환경 부담을 크게 낮춘 점도 강점으로 꼽힌다.
해당 기술은 원자력연구원 원자력시설청정기술개발부 김성욱 박사 연구팀과 중성자과학부 김형섭 박사 연구팀이 과학기술정보통신부 학연협력플랫폼구축 시범사업 등의 지원을 받아 개발했다.
기술을 이전받은 그린코어이엔씨는 고액분리 공정 분야에서 핵심 역량을 보유한 기업으로, 이번 기술의 상용화 가능성을 높이는 요소로 평가된다. 향후 해당 기술이 국내 배터리 자원순환 생태계 구축에 기여할 것으로 기대된다.
임인철 원자력연구원 부원장은 "이번 기술은 LFP 배터리 투자 확대와 자원순환 정책 변화에 대응하기 위한 핵심 기술"이라며 "재활용 기술의 상용화를 통해 국내 배터리 산업 경쟁력 강화에 기여할 것"이라고 말했다.