식용유로 폐배터리 재활용 비용 줄인다 [고든 정의 TECH+]

전 세계에 수십억 대 스마트폰과 수억 대 노트북, 태블릿 같은 IT 기기가 급속히 보급된 비결 중 하나는 고성능 배터리입니다. 리튬이온 배터리가 없었다면 스마트 기기의 성능이 지금처럼 높아지긴 어려웠을 겁니다.

전기차 역시 리튬이온 배터리가 없었다면 널리 상용화하기 힘들었을 것입니다. 2023년 전기차 판매 대수는 1400만대로 전체 자동차 시장의 18%에 달했으며 앞으로 배터리 기술의 발전에 따라 보급률이 더 늘어나 언젠가는 내연 기관 자동차를 대체할 것으로 보입니다.

하지만 리튬이온 배터리의 사용량이 급격히 증가함에 따라 수명이 다한 폐배터리를 재활용하는 것이 새로운 문제로 떠오르고 있습니다. 리튬이온 배터리는 다양한 소재로 만들어진 분리막, 전해질, 음극재, 양극재 등으로 구성되어 있습니다. 그런데 배터리마다 사용한 소재들이 서로 다르다 보니 리튬과 다른 유용한 광물을 추출해 재활용하기 까다로운 문제가 있습니다.

영국 레스터대학의 앤디 애벗 교수와 제이크 양 박사가 이끄는 연구팀은 패러데이연구소(Faraday Institution)와 함께 폐배터리 물질을 좀 더 쉽게 분리해 재활용할 수 있는 방법을 개발했습니다. 이들이 집중한 부분은 음극재 소재로 많이 사용되는 흑연을 다른 양극재에 많이 사용되는 니켈, 코발트, 망간 등과 분리하는 방법입니다.

이를 위해서 연구팀이 선택한 재료는 뜻밖에도 요리에 사용되는 식용유(cooking oil)였습니다. 물론 식용유 자체로는 흑연을 분리할 수 없기 때문에 초음파를 이용해 나노입자로 만든 후 물과 혼합해 유화액(emulsion)을 만들었습니다. 나노 유화액은 쉽게 흑연 입자에 달라붙습니다.

현재는 폐배터리 속 흑연을 제거하기 위해 고온에서 가열해 흑연을 태우고 있습니다. 이 과정에서 상당한 비용이 드는 것은 물론 적지 않은 이산화탄소가 발생해 온실가스를 배출하지 않는다는 전기차 본래의 취지에 상당한 모순이 발생합니다.

연구팀의 나노 유화액은 쉽게 구할 수 있는 소재를 사용해 비용을 낮출 수 있는 것은 물론 이산화탄소 발생 없이 흑연도 버리지 않고 회수할 수 있다는 것이 가장 큰 장점입니다. 물론 리튬-금속 산화물의 회수도 쉬워집니다.

연구팀은 이 기술에 대한 특허를 청원하고, 영국화학회에서 발간하는 저널(RSC Sustainability)에 발표했습니다. 그리고 소규모의 파일럿 폐배터리 재활용 시스템을 통해 상용화를 위한 검증 작업을 준비하고 있습니다. 식용유가 말 그대로 폐배터리를 유용한 자원으로 요리할 수 있을지 결과가 주목됩니다.

고든 정 과학 칼럼니스트 jjy0501@naver.com