스마트폰, 전기차, 에너지저장장치^ESS. 배터리는 현대 사회의 핵심 인프라로 자리 잡았다. 그 중심에 ‘하얀 석유’, ‘백색 황금’으로 불리는 리튬^Li이 있다. 리튬은 지구상에서 가장 가벼운 금속으로, 전기에너지를 저장하고 방출하는 데 최적화돼 전기차 시대의 석유로 통한다. 하지만 자원 분포가 편중돼 있고, 정제 과정 또한 까다롭다.

우리나라는 배터리 제조 분야에서 세계 최고 수준의 기술력을 자랑하지만, 그 속을 채우는 리튬·니켈^Ni·코발트^Co 등의 핵심 광물자원을 전량 수입에 의존한다. 공급망 불안과 무역규제, 지정학적 갈등이 격화되는 요즘, 이는 우리 산업 경쟁력의 위협이 되고 있다.

하이니켈 양극재^❶ 분야에서 세계적인 입지를 다진 에코프로그룹은 계열사 ㈜에코프로이노베이션을 중심으로 폐배터리와 폐양극재에서 다시 자원을 추출해 고성능 소재로 재탄생시키는 리사이클링 기술을 개발하여 지속할 수 있는 성장을 모색하고 있다.

에코프로이노베이션이 본격적으로 리튬 리사이클링 기술 개발에 나선 것은 2019년 무렵이다. 당시 전기차 시장이 급격히 성장하면서 리튬 가격은 두 배 이상 치솟았고, 배터리급 수산화리튬을 안정적으로 확보하는 것이 업계 전반의 시급한 과제로 떠올랐다.

배터리급 수산화리튬을 만드는 기술은 본래도 까다롭다. 고도의 정제 기술과 체계적인 공정 관리가 필수적이라 전 세계 일부 기업만이 상업화에 성공했을 정도다. 보통 염호의 경우 폰드^Pond❷에서 리튬을 농축하고 저품위 탄산리튬을 만든 뒤, 이를 다시 수산화리튬으로 제조하는 방식이 일반적이다. 폐배터리의 경우에도 현재 리튬을 회수하는 리사이클링 기업이 존재하지만, 대부분 저품위 탄산리튬까지만 생산해 전문 기업에 납품하는 수준에 머문다.

에코프로이노베이션은 여기서 한발 더 나아갔다. 원래 저품위 탄산리튬을 배터리급 수산화리튬으로 가공하던 기업이었지만, 과감히 폐배터리에서 직접 리튬을 추출해 곧바로 배터리급 수산화리튬을 만드는 도전에 나선 것이다.

결과는 대성공이었다. 리튬 회수율을 95% 이상 달성했을 뿐 아니라, 기존의 ‘폐배터리→저품위 탄산리튬→수산화리튬’ 단계를 뛰어넘어 ‘폐배터리→수산화리튬’으로 곧장 이어지는 독창적인 공정을 완성했다. 시간과 비용을 줄이면서도 품질을 높인 이 기술은 국내 최초이자 글로벌 업계에서 손꼽히는 차별화된 경쟁력으로 평가받고 있다.

폐배터리 리사이클링 과정은 크게 두 단계로 구분할 수 있다. 먼저 폐배터리를 분해·분쇄하는 공정이다. 이를 통해 리튬·니켈·코발트·카본 등 여러 원료가 뒤섞인 검은 가루 ‘블랙 매스^{Black Mass}’가 생성된다. 쉽게 말해 폐배터리 자체를 갈아버리는 것이다.

블랙 매스를 각각의 원료로 분리하는 것이 두 번째 공정이다. 먼저 리튬·니켈·코발트는 용액 상태로 용해시키고, 카본은 고형물 형태로 분리한다. 남은 용액에서 니켈·코발트를 침전제를 활용해 고형물 상태로 골라낸다. 이때 분리된 리튬 용액은 전환 공정을 거쳐 배터리급 고순도 수산화리튬으로 생산되고, 니켈 및 코발트 덩어리^{MCP, Mixed Carbonate Precipitate} 등은 전구체를 생산하는 기업으로 판매된다.

연구실 규모였던 이 과제는 KEIT의 지원 아래 반복 검증을 거듭했고, 2021년 말 준공된 수산화리튬1공장을 통해 상용화 규모의 검증을 완료했다. 현재 이곳에서 가공되는 전체 수산화리튬의 1/3이 리사이클링 리튬으로 연간 4000톤, 전기차 10만 대 규모에 해당한다. 아직은 폐기되는 전기차가 많지 않지만 향후 전기차 보급이 본격화되면 폐배터리가 대거 발생할 것이며, 리사이클링 기술의 가치 또한 커질 전망이다.

친환경 시대의 기업답게 에코프로이노베이션은 기술 개발과 함께 환경 관리에도 진심이다. 당사는 리사이클링을 포함한 전체 공정에서 배출되는 폐수의 95%를 재활용하고 있다. 2030년 폐수 제로^Zero 달성을 목표로 삼았다. 단순히 물을 재활용하는 수준이 아니다. 계열사 내 양극재 제조공정에서 발생하는 세척수 속 리튬까지 회수해 다시 활용하는 방식으로 순환성을 강화하고 있다.

리튬은 21세기 석유라 불리는 전략 자원이다. 우리에게 꼭 필요하지만 국내에서 나지 않는다는 점까지 석유와 닮았다. 석유 시대에 패권을 쥔 것은 산유국만이 아니었다. 정제와 가공 기술을 선점한 나라들이 에너지 산업을 주도했다. 리튬 역시 마찬가지일 터. 원료를 확보하는 데 그치지 않고 끝까지 제대로 활용하는 이 기술이 우리의 미래 경쟁력을 높일 것이다. 에코프로이노베이션의 성과는 역사의 교훈을 되살리는 사례이자 K-배터리의 또 다른 드라마다.