폐배터리서 원하는 금속만 쏙쏙…폐수처리·비용 부담 줄인 신기술

[2026 K-프리미어 딥테크 페스타]③
김귀용 울산과학기술원(UNIST) 지구환경도시건설공학과 교수
화학물질 대신 전기증착으로 원하는 금속만 추출하는 기술 개발
"추출물 순도 99.9%·회수율 95%…폐수처리·비용 부담 줄여"

[편집자주] KAIST(한국과학기술원)를 비롯한 4대 과학기술원이 보유한 딥테크(첨단기술)와 사업화 유망기술을 한자리에서 만나볼 수 있는 공동 설명회가 코엑스에서 열린다. 머니투데이 스타트업 전문 미디어 플랫폼 유니콘팩토리는 오는 29일 서울 삼성동 코엑스 B홀에서 '2026 프리미어 딥테크 페스타'를 개최한다. 과학기술정보통신부와 KAIST, 대구경북과학기술원(DGIST), 울산과학기술원(UNIST), 광주과학기술원(GIST)이 공동 개최하는 이번 행사는 4대 과기원의 우수 연구개발(R&D) 성과를 기업에 소개하고 기술이전을 촉진하기 위해 마련됐다. 이를 통해 기업의 기존 제품과 서비스를 고도화하고 글로벌 경쟁력을 높인다는 취지다. 행사 무대에 오를 유망기술을 개발한 과기원 교수들을 만나 핵심 기술의 경쟁력과 산업적 활용 가능성을 들어봤다.

폐배터리는 니켈·코발트 같은 유가금속(Valuable Metals)이 다량 들어 있어 '도시광산'으로 불린다. 하지만 이를 추출하기 위해선 강력한 화학물질들이 필요하다. 여러 금속이 한데 뒤섞여 있어 원하는 물질을 추출하기 위한 정제 절차를 거쳐야 한다. 그 결과 금속을 얻는 대신 다량의 화학물질이 포함된 폐수가 발생한다.

김귀용 울산과학기술원(UNIST) 지구환경도시건설공학과 교수팀은 이 과정에서 폐수 발생을 최소화할 수 있는 추출 기술을 개발했다. 화학물질을 대량으로 쓰는 대신 전기를 흘려보내 니켈과 코발트를 차례로 골라내는 전기 회수기술이다. 추출물의 순도는 99.9% 이상으로 회수율도 95%에 달한다.

오는 29일 서울 코엑스에서 열리는 '2026 K-프리미어 딥테크 페스타'(참가신청 : https://url.kr/kpy365)에서 김 교수 연구팀은 이 같은 내용의 폐배터리 니켈·코발트 분리·회수기술을 공개한다. 기업이 활용할 때 ESG(환경·사회·지배구조) 경영 측면에서의 효과, 비용절감 효과 등을 소개할 예정이다.

화학물질 대신 전기증착으로 원하는 금속만 쏙쏙

김 교수에 따르면 통상 폐배터리를 재활용하려면 먼저 배터리를 해체·분쇄해 '블랙파우더'로 변환시키하고 강한 산성용액으로 녹여내는 작업을 한다. 이후 블랙파우더가 녹은 산성용액에 화학물질(유기용매)을 넣어 원하는 금속을 순차적으로 골라내는 '용매추출'을 진행한다.

김 교수팀의 기술은 이 용매추출을 건너뛴다. 김 교수는 "용매추출 대신 금속이 뒤섞인 용액에 전기를 흘려보내(전기증착) 원하는 금속을 추출한다"고 말했다. 금속마다 고체로 변하는 전압이 다른 점을 활용해 전압조절로 특정 금속만 골라내는 방식이다.

김 교수팀이 전기증착 방식을 최초로 개발한 건 아니다. 다만 니켈과 코발트가 반응하는 전압이 유사해 추출이 쉽지 않았다. 김 교수팀은 니켈과 코발트의 이온성질을 다르게 만드는 '공융용매(DES)'를 활용해 이 문제를 해결했다. 김 교수는 "금속의 이온성질 변화를 금속 회수에 응용해본 것이 이번 기술의 의의"라고 설명했다.

"폐수처리 부담 줄이고 경제성 확보"

김 교수는 "용매추출을 생략하면서 폐수처리 부담은 물론 공정 비용도 줄일 수 있다"고 강조했다. 전기증착을 위해 액체화된 블랙파우더의 온도를 높여야하고 전기를 추가로 써야하지만 절감 비용에 비하면 크지 않다는 설명이다. 공융용매도 수차례 재활용이 가능해 추가 폐수 발생량은 미미하다. 김 교수는 반응기 개선과 용매 재사용 횟수 확대로 이 부분을 더욱 개선할 계획이다.

국내 폐배터리 재활용 산업의 규모는 넘어야 할 산이다. 국내에서 폐차되는 전기차들이 공정·인력·폐수처리 비용이 저렴한 동남아시아 등으로 수출되고 있어서다. 다만 회수 비용을 낮추는 기술이 확산되면 폐배터리를 해외로 보내지 않고 국내에서 처리할 유인도 커질 수 있을 것으로 보인다.

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김 교수는 폐배터리 재활용 기업이 이 기술의 1차 수요처로 봤다. 이론상 기술 활용처는 더 넓다. 김 교수는 "니켈·코발트가 섞인 폐수를 배출하는 기업이나 니켈 광석·정광을 제련하는 기업에도 같은 원리로 금속 회수가 가능하다"며 "금속 제련, 폐수처리 등 분야도 기술 수요처가 될 수 있을 것"이라고 말했다.