EU 배터리 재활용 산업 동향

1) 재활용 소재 

전기차 배터리 평균 수명은 8~15년으로, 아직 재활용 가능한 수명이 다한(end-of-life batteries) 전기차 배터리는 시장에 거의 없다. 2025년까지 유럽에서 연간 4GWh 미만의 전기차 배터리가 수거될 것으로 예상되며, 2040년부터는 200GWh이상 크게 증가할 전망이다. 캐나다 배터리 재활용 기업 Li-Cycle의 팀 존스턴 대표는 "수명이 다한 전기차 배터리가 출시되려면 최소 10년이 소요됨에 따라 향후 10년간 생산 스크랩이 배터리 재활용 주요 소재가 될 것"이라고 했다.

현재 유럽 내에서도 배터리 재활용의 주요 공급원은 휴대전화, 노트북과 같은 소비자 전자제품의 배터리 또는 배터리 생산 시 발생하는 스크랩이다. 배터리 생산 공정의 복잡성으로 인해 스크랩 발생 비율은 평균 10~30%를 차지한다. 유럽 내 배터리 생산 역량이 확대됨에 따라 발생하는 스크랩의 양도 우선적으로 증가할 것이다. 글로벌 컨설팅펌 McKinsey은 2025년까지 생산 스크랩이 배터리 재활용 업체 공급 원료의 53%를 차지할 것으로 전망했다. 그러나 기술이 발전할수록 스크랩 발생량도 감소해 2030년부터 그 비중이 43%, 2035년 14%, 2040년 6%로 감소할 것으로 예상했다. 그러나 2040년 이후에는 수명이 다한 전기차 배터리가 늘어나면서 재활용 증가율도 다시 가속화 될 것이다.

2) 재활용 시설 

EU에서는 2023년 말 기준, 2020년 대비 13개 배터리 재활용 시설이 늘어난 총 37개 시설에서 연간 16만 톤 리튬이온배터리 재활용 설비 용량을 갖추고 있다. 향후 16개 시설에 추가로 건설 계획임에 따라 역내 리튬이온배터리 재활용 용량은 2025년까지 40만 t/a(tons per annum) 증가할 전망이다.

<2023년 유럽 리튬이온배터리 재활용 시설 현황>

[자료: Fraunhofer ISI]

대부분의 배터리 재활용 시설은 자동차 클러스터가 위치한 중부 유럽에 집중돼 있다. 자동차 제조사, 배터리 셀 제조업체로부터 생산 스크랩 수거가 용이하기 때문이다. 북유럽에 위치한 재활용 시설들은 저렴한 재생에너지를 이용할 수 있고 풍부한 광물 자원과 발달한 금속 가공기술의 활용하기 위한 위치 선정으로 파악된다.

3) 주요기업

배터리 재활용 산업에 대한 관심이 주목되면서 다양한 기업들이 신규 시장에서 기회를 노리고 있다. 기존 화학이나 재활용 산업의 선두 주자들이 배터리 재활용 자회사를 설립하는 경우는 물론, Renault-Veolia, Honda–Snam, Audi-Umicore, Volvo-Stena Recycling 등 자동차 제조사와 배터리 또는 재활용 기업 간 합작투자 및 파트너십도 증가하고 있다.

유럽 내 리튬이온배터리 재활용 기업은 70%가 유럽 기업(독일24%, 스웨덴 13%, 핀란드·노르웨이 각각 7%, 프랑스 4%등)이고, 아시아 16%, 미주 기업이 14%를 차지하고 있다. EU가 역내 배터리 가치사슬 구축 및 원자재 확보를 강조하고 회원국들이 다양한 보조금 과 혜택을 제공하면서 해외 기업의 유럽 진출이 증가하는 상황이다.

<유럽 내 배터리 재활용 기업 진출 현황>

[자료: ADL]

미국 Redwood와 같이 기존 Tesla와의 협력관계를 이용하거나, 한국 성일하이텍과 같이 뛰어난 글로벌 기술을 보유하고 있는 기업 등이 있다. 한편, 아직 전체 시장에서 차지하는 비중은 적지만 새로운 공정 기술을 시장에 소개하는 스타트업 기업들도 등장하고 있다. 독일 Cylib, Tozero Recycling 등이 그 예이다. 배터리 소재·재활용 기업 Lithium Australia의 사이먼 린지 대표는 "배터리 재활용 시장은 완전 신규 시장이기 때문에 완전히 새로운 기업이 5~10년 후 핵심 플레이어로 성장할 수도 있다"라고 설명했다. 하지만 중소규모의 기업들은 다른 기업과의 네트워크(예: 수거, 물류, 배터리 제조사 등)가 부족한 것이 시장진입 장벽으로 작용하고 있다.

배터리 재활용 산업 당면과제

1) 불확실성 

전 세계 각국에서 안정적인 원자재 공급확보를 위해 배터리 재활용 기술, 시설 등에 앞다투어 투자하고 있지만 배터리 재활용 산업은 아직 초기 단계로 어떤 배터리 유형이 주가 될지, 어떤 비즈니스모델이 자리를 잡을 것인지 불확실한 부분이 남아있다. 벨기에 첨단소재 기업 Umicore 최고경영자 마티아스 미드리히는 배터리 전체 가치사슬 내 재활용 시장은 "훨씬 덜 구조화돼 있다"라고 설명했다.

배터리 제조사들은 배터리 성능, 비용, 원자재 가용성 등을 고려해 끊임없이 기술개발에 매진하고 있고 배터리에 사용되는 화학 물질은 점점 다양해지고 있다. 그러나 배터리 재활용 산업에서는 이러한 잠재적인 배터리 성분에 관계없이 동일한 방식으로 효율적으로 처리할 수 있는 기술 및 인프라가 구축돼야 수익원을 보장받을 수 있을 것이다.

예를 들어, 중국이 주로 생산하고 있는 리튬인산철(LFP)배터리와 한국·일본이 기술적으로 앞서있는 니켈-망간-코발트(NMC)배터리 중 어느 배터리가 주가 될 것인가 하는 등의 문제이다. LFP배터리는 니켈·코발트 함량이 낮기 때문에 재활용 시 회수하는 재료의 가치가 낮아 재활용 업체의 마진이 낮은 경향이 있다. 중국에서는 재활용 업체가 낮은 비용으로 대규모로 운영되기 때문에 문제가 덜하지만 LFP가 널리 보급될 경우 유럽의 재활용 업체의 경쟁력이나 환경·원자재 안보 목적에 부합하지 않을 것이라는 우려가 있다.

현재 시장에서는 기계적 분리, 열 야금 및 습식 등 다양한 배터리 재활용 공정경로가 모색되고 있다. 회수물질 효율성, 환경 및 비용 부담, 공정 단계 등에 따라 올바른 재활용 기술 선택이 필요하다.

2) 친환경성

배터리 재활용은 제련, 화학처리 등 공정과정을 포함하기 때문에 환경에 영향을 미칠 수밖에 없다. 배터리 재활용 기업은 재활용 원재료가 채굴된 원자재보다 더 친환경적이고 경제적이라는 것을 입증해야하므로 청정 추출 기술 개발수요가 증가할 전망이다.

<일반 원자재와 재활용 원자재 탄소발자국 배출량 비교>

(단위: 리튬이온배터리, KWh당 CO2eq)

[자료: McKinsey]

3) 물류모델

배터리 재활용 공정 시설은 투입·산출 물질에 따라 스포크와 허브로 구분*된다. 스포크(spoke;전처리)는 배터리 재활용의 첫 단계로, 다 쓴 배터리를 방전시키고, 분해 및 기계적으로 처리해 블랙매스(black mass)**를 추출하는 과정이자 그러한 시설을 의미한다. 한편, 허브(hub; 습식제련)는 블랙매스로부터 코발트, 니켈, 리튬 등 원재료를 화학적으로 분리하는 공정 및 그러한 시설을 의미한다. 현재 유럽 내 배터리 원료를 회수 할 수 있는 허브시설은 전체 재활용 시설의 절반에 조금 못 미치는 수준이다.

 주*: 캐나다 Li-cycle사에서 채택한 명칭

 주**: 폐배터리를 파쇄한 가루형태의 중간가공품으로, 니켈·리튬·코발트 등 배터리 원자재 추출 가능

배터리 재활용 산업에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 추출 기술 개발 뿐만 아니라 전략적인 위치 선정이 중요한데, 아래의 2가지 물류 모델이 존재한다.

(1) 중앙집중식 모델(Centralized model)

  - 수명이 다한 배터리를 한 곳으로 운송해 처리

  - 리튬이온 배터리를 스포크로 운송 시 위험물 운송으로 분류되기 때문에 보관· 운송비용 증가

  - 한곳에 모인 배터리를 재활용 업체가 더 큰 규모로 처리하고 정제할 수 있으므로 운영 효율성이 높음

(2) 분산식 모델(Decentralized model)

  - 수명이 다한 배터리를 현지에서 처리해 블랙매스 상태로 추출

  - 블랙매스 운송은 더 간단하고 비용이 저렴

  - 블랙매스를 정제하는 재활용 업체 입장에서는 규모의 경제 효율성 감소

따라서 초기 공정단계인 스포크 시설은 배터리 제조사, 자동차 제조사 등과 파트너십을 통해 생산 현장과 가까운 분산 배치를 선호하는 반면, 허브는 대량 공정을 위해 중앙 집중식으로 설립된다. 전통적으로 화학, 금속 가공이 발달한 지역을 중심으로 발전할 가능성이 높다.

4) 파트너십

수명이 다한 전기차 배터리는 차량에서 수거해서 안전·성능 평가 후 분해하고 재활용 과정을 거쳐야 하는데 현재 배터리 제조업체, 자동차 제조사, 개인 소비자 간 배터리 소유권이 불분명한 관계로 재활용 기업이 안정적인 공급을 확보하기 어렵다.

배터리 재활용 시장이 발달한 중국기업을 중심으로 수명이 다한 배터리 수급 확보를 위해 폐쇄루프 파트너십(closed loop partnership)을 체결하는 경우가 늘고 있다. 배터리 제조사-자동차 제조사-재활용 기업이 협력해 수명이 다한 배터리를 수거·확보하는 방식의 파트너십이다. 중국 CATL 재활용 자회사인 Brunp, 중국 재활용 그룹 GEM, 메르세데스벤츠 중국 지사의 파트너십이 그 예이다. 자동차 제조사들의 자체 배터리 생산이 증가함에 따라 재활용 업체와 직접적으로 파트너십을 구축하는 경우도 있다. 미국 Red Wood Materials는 폭스바겐, 포드, 볼보, 도요타 등과 폐쇄루프 파트너십을 체결했다.

시사점 및 전망

EU 배터리 규정을 통해서도 알 수 있듯이 EU는 배터리 재활용 목표설정 및 의무화를 통해 향후 최대한 역내에서 배터리 순환경제를 구축할 예정이다. 한편, EU는 폐기물 지침·폐기물 운송 규정을 개정해 사용한 배터리나 블랙 매스가 역외로 유출되는 것을 방지하는 방안 역시 고려 중이다. 유럽리튬배터리협회(RECHARGE)는 EU에 지속적으로 공개서한을 제출해 블랙매스를 유해 폐기물로 지정해 역외 유출을 막아야한다고 주장하고 있다. 또한 배터리 소재가 역내에 남아 원자재 수입 의존도 완화에 도움이 되기 위해서는 회원국별 배터리 폐기물 및 운송 기준을 통합해야 한다고 설명했다.

유럽 내에서 새롭게 떠오르는 기회에 다양한 배경과 산업역량을 갖춘 플레이어들이 참여하면서 경쟁이 가속화되고 있다. 배터리 재활용 산업은 물류 및 비즈니스 모델이 기존과 매우 다르게 형성될 가능성이 있기 때문에 시장 내 전략적인 포지셔닝이 중요하다. 재활용 산업에 관심을 가지고 있는 기업은 누구와 협력관계를 맺을지, 어떤 유형의 전략적 파트너십을 맺을지, 배터리 재활용 산업 어느 단계에서 포지셔닝할지 신속하게 결정해야 한다. 그럼에도 불구하고 시장이 아직 초기 단계이므로 재활용 공정, 배터리 화학물질 변경 전망 등에도 대비해야 한다.

향후 규제·정책 방향, 원자재 가격, 재활용 기술, 파트너십 등이 배터리 재활용 시장 발전과 비즈니스 모델 실행 가능성에 영향을 미칠 것으로 전망된다.

자료: 유럽 배터리재활용협회(EBRA), 유럽 배터리파트너십(BATT4EU), 유럽 공동연구소(JRC), Fraunhofer ISI 연구소, Arthur D Little, 현지 언론 및 KOTRA 브뤼셀 무역관 자료 종합