지난 몇 년간 공급망, 국가 안보, 환경에 대한 우려와 전기차에 대한 관심 증가로 인해 현재 미국에서 리튬 기반 배터리 재활용 시장에 대한 잠재력이 매우 고조된 상태다. 미국 캘리포니아 환경보호청(CalEPA: California Environmental Protection Agency)에 따르면 캘리포니아에는 현재 40만 대 이상의 전기차가 도로를 달리고 있으며 미국 정부는 2030년까지 미국에서 판매되는 차량의 절반을 전기차로 만드는 것을 목표로 하고 있다. 이를 증명하듯 미국 내에서 전기차 채택률은 빠른 속도로 증가하고 있고 리튬 및 흑연과 같은 주요 배터리 광물에 대한 수요는 향후 수십년 동안 최고 4000%까지 폭증할 것으로 예상된다. 현재 미국은 자국 리튬 수요의 상당 부문을 수입에 의존하고 있다. 특히 양극 활물질로 사용되는 리튬, 코발트, 망간, 니켈 등은 전략금속으로서 자원 보유국에 대한 공급망 의존도가 높고 이들 자원 보유국을 중심으로 자원민족주의가 확산되면서 안정적으로 원료를 확보하는데 어려움이 있는 상황이다.

미국의 아르곤 국립 연구소의 연구 결과에 의하면 향후 10년 이내 수명이 다한 리튬 기반 배터리가 전기차에서 매년 200만 톤 이상 폐기될 것으로 예상된다. 이에 미국의 관련 업계에서는 앞으로 폐기되는 배터리에 포함된 원료의 잠재적 가치에 주목하고 폐기되는 배터리에서 전극 물질을 회수하고 화학적으로 처리해서 다시 배터리 제조에 활용하는 재활용 산업이 유망한 것으로 보고 있다.

미국 행정부, 초당적 기반시설법(BIL)을 통해 배터리 재활용 프로젝트에 자금 지원 발표

최근 미국 행정부의 자금 지원 발표 소식은 미국 내 배터리 재활용 산업에 대한 관심이 높다는 사실을 뒷받침하고 있다. 2022년 11월 16일 바이든-해리스 행정부는 미국 에너지부(DOE)를 통해 초당적 기반시설법(Bipartisan Infrastructure Law)에 의거해 전기차 배터리 재활용 및 재사용을 위한 신기술 및 프로세스를 발전시키기 위한 10개의 프로젝트에 대해 약 7400만 달러의 자금을 지원한다고 발표했다. 해당 발표는 미국 내 배터리 처리 및 부품 제조를 위한 바이든 대통령의 초당적 기반시설법에 의거한 28억 달러의 자금을 기반으로 하며, 2030년까지 미국에서 판매되는 차량의 절반을 전기차로 만드는 것을 목표로 하는 바이든 정부의 계획을 지원하고 있다.

자금이 지원될 예정인 프로젝트는 크게 ▲리튬 기반 배터리의 재활용을 위한 첨단 소재 분리, 규모 확대, 재통합 ▲중고 배터리 규모 확대 실증 프로젝트의 두 가지 측면으로 나눌 수 있으며 각 프로젝트 선정 대상과 구체적인 내용은 아래의 표와 같다.

<미국에서 BIL에 의거해 자금을 지원받게 된 전기차 배터리 재활용 관련 프로젝트>

[자료: Green Car Congress]

배터리 재활용 관련 기업들에 대한 투자 및 R&D 활발, 미국 각지에서 공장 건립

인플레이션 감축법(IRA)이 발효된 이후, 미국에서는 배터리 재활용 산업의 성장 모멘텀이 더욱 본격적으로 구축되는 추세다. IRA는 2023년부터 전기차 배터리 부품의 50% 이상을 북미에서 제조·조립한 부품을 사용하고 핵심광물의 40% 이상을 미국이나 미국과 자유무역협정(FTA)을 체결한 국가에서 채굴·가공한 경우에 세액공제 혜택을 제공하는 조항을 담고 있다. 배터리 부품 요건은 연도별로 단계적으로 상승해 2029년까지 100%, 핵심광물 요건은 2027년까지 80% 이상으로 올라간다. IRA는 그 자체로 자동차 제조업체에 미국에서 배터리 생산을 현지화하는 것이 매우 중요해졌다는 의미이며, 자연스레 재활용 산업에 대한 관심도 높아지는 원인이 되고 있다.

이와 관련해 TechCrunch는 최근 미국에서 배터리 재활용 산업에 대한 관심이 급증하면서 전기차 제조업체와 벤처 기업을 중심으로 파트너십과 자금 조달이 원활히 이뤄지고 있다고 보도했다. 배터리 재활용 산업의 선도 업체 중 하나인 Redwood Materials의 설립자인 JB Straubel은 Financial Times와의 인터뷰에서 “지금부터 5~10년 후 도로에 있을 전기차의 양을 보면 대규모 배터리 재활용 인프라 구축을 시작하기에 지금도 이미 늦었다고 생각한다”고 언급하기도 했다. 배터리 재활용에 대해 다가오는 수요가 엄청나다는 의미다. 이미 파나소닉과 함께 Tesla의 배터리 제조 공정에서 발생하는 스크랩을 분해하고 있고 이외에도 Ford, Toyota, Nissan, Specialized, Amazon, Lyft 등의 EV 배터리도 재활용하고 있는 Redwood Materials 는 추가적인 대규모 배터리 재활용 시설을 구축 중이다. 이들은 2022년 12월 사우스 캐롤라이나주에 35억 달러 규모의 신규 시설을 건설하고 연간 100GWh의 배터리에 들어가는 음극 및 양극재를 생산할 계획이라고 밝혔다.

네바다주 리노에 본사를 둔 American Battery Technology Company는 네바다 주 펀리(Fernly)에 리튬 이온 배터리 재활용 공장이 시범 운영을 시작했으며, 2023년에 가동을 늘릴 계획이라고 밝혔다. American Battery Technology Company는 위에서 소개한 미국 에너지부의 보조금을 받으면서 차세대 고급 재활용 기술 시연 및 처리 과정 통합을 가속화할 수 있게 됐다. 해당 사측의 보도자료에 따르면, 2027년까지 현재 시범 운영 중인 공장을 비롯해 3개의 추가 공장에서 배터리 재활용 처리 용량이 약 연간 32만 톤에 이를 것이라고 전망했다. 한편 네바다주 리노에 위치한 또 다른 배터리 재활용 기업인 Aqua Metals도 2022년 12월 21일 리튬, 망간, 코발트 및 니켈을 포함한 배터리 원료 금속을 추출하는 재활용 공장의 가동을 시작했다고 발표하며 2023년 1분기에 재활용된 금속 재료를 판매할 준비가 되어 있다고 밝혔다. Aqua Metals는 특허받은 습식 제련 기술을 활용해 블랙매스에서 리튬을 포함한 고가 금속을 회수하고 있다.

<정부 보조금 수여 기업으로 선정된 후 바이든 대통령과 화상 회의를 진행하고 있는 American Battery Technology Company의 CEO>

[자료: American Battery Technology Company]

새로운 전기차 배터리 제조를 위해 수명이 다한 전기차 배터리를 통합하는 엔드-투-엔드 공정 프로젝트로 미국 에너지부로부터 약 700만 달러의 보조금을 받게 된 Cirba Solutions는 2022년 9월에 애리조나주 엘로이(Eloy)에 리튬 이온 배터리 처리 시설 건설 계획을 발표했고 10월에는 오하이오주 랭커스터(Lancaster) 시설 확장을 발표했다. Cirba Solutions는 현재 6개의 배터리 재활용을 위한 시설을 운영 중으로, 2023년에 추가로 1개 시설에 대해 운영을 개시하고 2030년 까지 총 13개 시설로 확장할 계획이다.

<하이브리드 및 전기차에서 배터리를 제거, 수거, 분해하고 있는 Cirba Solutions>

[자료: Cirba Soultions]

한편 미국에는 배터리의 재료로 사용할 수 있는 양극활물질(CAM: Cathode Active Materials) 제조시설이 없기 때문에 상기의 재활용 시설을 통해 얻은 제품을 해외로 배송한 후 CAM으로 만들어진 제품을 다시 받아서 배터리로 활용해야 한다. 이에 Redwood Materials와 Ascend Elements와 같은 미국의 리튬 배터리 재활용 분야 기업들은 CAM 전구체 및 CAM 제조에 대한 투자를 발표하고 있다. Redwood Materials는 지난 2022년 12월 14일 “현재 북미에서 배터리 양극 및 음극 부품이 생산되지 않으며 글로벌 공급망을 통해 공급받고 있다. 자사의 사우스 캐롤라이나 공장은 2023년부터 운영을 시작해 배터리 양극 및 음극 구성 요소를 재활용, 정제 및 제조할 것이다. 해당 공장이 최대 용량에 도다랋면 연간 100GWh의 양극 및 양극 부품을 생산할 것으로 예상된다”고 밝혔다. Ascend Materials 역시 2022년 8월 켄터키 주 홉킨스빌(Hopkinsville)에 배터리 양극 제조시설을 건설할 것이라고 발표했다.

배터리 재활용 관련 미국의 규제는 어떨까

캘리포니아 환경보호청에서 2022년 3월에 발표한 “리튬 이온 전기차 배터리 재활용 자문회 최종보고서”에 따르면, 미국은 수명주기가 다한 폐배터리를 대상으로 하는 정책 및 관련 규정의 범위와 복잡성에서 중국과 EU보다는 뒤처져 있는 것으로 자평하고 있다. 이미 리튬 이온 배터리 재활용 관련 정책을 시행 중인 중국과 EU와 대조적으로 미국과 캘리포니아는 폐배터리와 관련된 활동을 규제하고는 있지만 폐배터리에 대한 전체적이고 중요한 정책은 미비한 상황이다. 현재 캘리포니아에서 폐배터리에 영향을 미치는 규정은 아래 표와 같다.

<캘리포니아 주 리튬 이온 배터리 폐기와 관련된 규정>

[자료: California Environmental Protection Agency]

리튬 이온 배터리의 재활용은 유해 폐기물 처리로 간주되므로 위의 표에서 유해 폐기물 처리와 관련된 규정이 적용되지만, 리튬 이온 배터리의 운송 및 보관은 범용 폐기물 법에 따라 처리된다. 유해 폐기물 처리, 보관 및 폐기 시설에 대한 표준은 40 CFR Part 264, 265, 266, 268, 270 및 124에서 정하고 있으며 해당 규정들은 시설의 허가 및 부지 지정과 배출 및 폐기물 처리 요구 사항을 다루고 있다. RCRA section 3010은 규제 대상인 폐기물을 생성, 운송 또는 재활용하는 모든 사람이 미국 환경보호청에 통지하고 운영 허가를 받을 것을 요구한다. 캘리포니아는 허가를 제공할 권한이 있는 주이므로 캘리포니아 환경보호청 내의 유독물 관리부서(Department of Toxic Substances Control)가 신청서 검토를 담당한다. 한편, 폐배터리를 국제적으로 수출하는 기업은 40 CFR §262에 명시된 ‘범용 폐기물에 대한 RCRA 수출 요건’을 준수해야 한다. 여기에는 계약, 의향 통지, 수령 국가 및 통과 국가의 서면 동의, 수령 확인을 포함한 다양한 형태의 문서가 수반된다.

시사점

전기차 배터리 모듈 제작에 관여하고 있는 엔지니어 P씨는 KOTRA 실리콘밸리 무역관과의 인터뷰에서 “리튬, 코발트, 망간, 니켈과 같이 중요한 배터리 구성 요소의 생산을 현지화하고 이러한 재료를 재활용하도록 보장하는 것이 미국 내 배터리 수요를 충족하면서도 지정학적 위험이나 환경 영향을 줄이는 방법이라는 인식이 더욱 확산되고 있다”며 배터리 재활용 산업이 미국 내에서 당분간 활발히 성장할 가능성이 충분하다는 의견을 밝혔다.

한편 미국에서 배터리 재활용 산업이 주목을 받으면서 한국의 배터리 재활용 기업들에도 현지 시장 진출 기회가 있을 것으로 보인다. IRA법에 따르면 2023년부터 전기차 보조금을 받으려면 리튬을 비롯한 전기차 배터리의 핵심 자재를 미국 또는 미국과 자유무역협정(FTA)을 맺은 국가에서 공급받아야 하는데, 폐배터리를 수거해 미국 현지에서 광물을 추출해 재활용하면 보조금을 받을 수 있는 요건이 충족되기 때문이다. 구형 전기차 모델 차량의 수명이 다해가는 시점을 미리 대비하고 제대로 된 배터리 재활용 인프라를 마련하려는 노력이 필요한 시점이다.

자료: California Environmental Protection Agency, Argonne National Laboratory, White House, DOE, Green Car Congress, TechCrunch, Financial Times, Fast Market, American Battery Technology Company, Cirba Soultions, Redwood Materials, Ascend Elements, Li-Cycle, KOTRA 실리콘밸리 무역관 자료 종합