중국은 2021년 3월 기준 550만 대 이상의 전기차가 판매된 세계 최대 전기차 시장입니다. 이는 여러모로 긍정적인 현상입니다. 중국은 세계에서 가장 많은 자동차를 보유하고 있으며, 전기차는 유해한 온실가스 배출량을 줄이는 데 기여하고 있습니다. 하지만 전기차에는 지속가능성에 대한 우려도 존재합니다. 리튬이나 코발트 같은 원소 채굴로 인한 환경 파괴 문제가 대표적입니다. 또한, 심각한 폐기물 문제도 우려의 대상입니다. 중국은 이미 이러한 문제의 심각성을 직접적으로 경험하고 있습니다.
2020년에는 20만 톤의 배터리가 폐기되었으며, 이 수치는 2025년까지 78만 톤에 달할 것으로 예상됩니다. 세계 최대 전기차 시장인 중국이 직면한 전기차 배터리 폐기물 문제와 그 해결책을 살펴보십시오.
중국의 거의 모든전기 자동차는 리튬 이온 배터리로 구동됩니다. 리튬 이온 배터리는 가볍고 에너지 밀도가 높으며 수명이 길어 전기 자동차에 가장 적합한 선택입니다. 배터리에는 크게 세 가지 유형이 있습니다.구성 요소 및 양극, 음극 및 전해질.즉, 음극은 가장 비싸고 중요한 부분입니다. 우리는 주로 음극의 종류에 따라 이러한 배터리를 구분합니다.이 문제를 너무 깊이 파고들지는 않겠지만, 중국 전기차 배터리의 대부분은 리튬, 니켈, 망간, 코발트 산화물로 만들어진 MCS(중합 전지)를 양극으로 사용합니다. 이러한 배터리는 용량이 약 80%에 도달하면 폐기되는데, 이는 대략 8~10년의 수명에 해당합니다. 물론 이는 충전 빈도, 운전 습관, 도로 상태 등 여러 요인에 따라 달라집니다.
알려드리고 싶었어요. 첫 번째 대규모 전기차 출시 물결과 관련해서 말이죠.2010년에서 2011년 사이에 전기차가 본격적으로 운행되기 시작하면서, 전기차 배터리 수거 및 처리 인프라를 2010년대 말까지 구축해야 한다는 과제와 시한이 놓여 있었습니다. 베이징 올림픽 이후 중국 정부는 전기차의 생산과 사용을 대중에게 적극적으로 장려하기 시작했습니다. 당시 정부가 발표한 규제는 산업 안전 기준에 관한 것뿐이었습니다. 배터리 구성 요소 중 상당수가 독성이 강했기 때문입니다. 2010년대 초 전기차 보급이 급증하면서 전기차 폐기물 처리 문제에 대한 필요성도 빠르게 대두되었습니다.
2012년에, 그베르메NT는 처음으로 전기차 산업 전반에 대한 정책 지침을 발표했는데, 이 지침은 특히 다음과 같은 사항들의 필요성을 강조했습니다.우선, 제대로 작동하는 전기차 배터리 재활용 시스템이 필요합니다. 2016년 여러 부처가 협력하여 전기차 배터리 폐기물 문제에 대한 통일된 방향을 설정했습니다. 전기차 제조업체는 자사 차량의 배터리 회수를 책임져야 하며, 자체적인 사후 관리 네트워크를 구축하거나 제3자에게 폐배터리 수거를 맡겨야 합니다.
중국 정부는 정책, 지침 또는 방향을 먼저 발표한 후 나중에 더 구체적인 규칙을 정하는 경향이 있습니다. 2016년 발표는 전기차 회사들에게 향후 몇 년 동안 이와 관련하여 더 많은 조치가 있을 것이라는 신호를 효과적으로 보냈습니다. 그 결과, 2018년에는 '신에너지 자동차 배터리 재활용 및 활용 관리에 관한 임시 조치'라는 제목의 후속 정책 프레임워크가 신속하게 발표되었습니다. 이 정책이 전기차뿐만 아니라 하이브리드 자동차에도 적용되는 것인지 의문이 들 수 있습니다. 이 정책의 시행 기관은 산업정보화부(MIIT)입니다.
그것은 돌려주겠다고 약속했습니다2016년 당시의 프레임워크는 전기차 및 전기차 배터리 제조업체와 같은 민간 기업에 이 문제에 대한 책임을 크게 부여했습니다. 정부는...이 사업의 기술적인 측면들을 일부 살펴보겠지만, 그들이 직접 하지는 않을 것입니다. 이 틀은 중국이 채택한 일반적인 관리 정책, 즉 생산자 책임 확대(EPR)를 기반으로 합니다. 핵심 개념은 책임을 지방 정부에서 생산자 본인에게로 이전하는 것입니다.
중국 정부는 EPR(생산자 책임 확대) 제도를 도입했는데, 이는 2000년대 초 서구 학계에서 나온 것으로 알고 있습니다. EU의 전자 폐기물 문제 증가에 대한 대응책으로 도입된 이 제도는, 정부가 모든 전자 폐기물 처리를 담당해야 하는 상황에서 기업들이 재활용이 용이한 제품을 만들도록 동기 부여를 받기 어렵다는 점을 고려할 때 당연한 조치입니다. 따라서 EPR의 취지에 따라 모든 전기차 배터리 제조업체는 분해가 용이한 배터리를 설계하고, 고객에게 기술적인 폐기 및 폐기 관련 정보를 제공해야 합니다.전기차 제조업체들이 자체적으로 배터리 수거 및 재활용 네트워크를 구축하고 운영하거나 제3자에게 위탁하도록 유도할 것입니다. 정부는 이러한 과정을 간소화하기 위한 국가 표준을 마련하는 데 도움을 줄 것입니다. 이 체계는 겉보기에는 훌륭해 보이지만, 몇 가지 분명한 단점이 있습니다.
이제 역사와 정책에 대해 알아보았으니, 전기차 배터리 재활용에 대한 몇 가지 기술적인 세부 사항을 살펴보겠습니다. 수명이 다한 배터리는 배터리 교체를 하는 차량과 수명이 다한 차량, 이렇게 두 가지 경로를 통해 재활용 시스템으로 유입됩니다. 후자의 경우, 배터리는 차량 내부에 있는 상태로 수차 해체 과정의 일부로 분리됩니다. 이 과정은 특히 중국에서 매우 수작업으로 이루어집니다. 그 후 전처리 단계가 있습니다. 배터리 팩에서 셀을 분리하고 분해해야 하는데, 표준 배터리 팩 설계가 없기 때문에 이 작업은 매우 어렵습니다. 따라서 특수 도구를 사용하여 수작업으로 진행해야 합니다.
배터리를 제거하면d, 무슨 일이 일어나는가xt는 차량에 장착된 리튬 이온 배터리의 종류에 따라 다릅니다. 중국에서 가장 흔한 NMC 배터리부터 살펴보겠습니다. 네 곳의 NMC 배터리 재활용 업체가 양극 활성 물질을 회수하려고 합니다. 2019년 경제 분석에 따르면, 양극 활성 물질은 배터리 무게의 4%에 불과하지만 전체 재활용 가치의 60% 이상을 차지하는 것으로 추정됩니다. NMC 재활용 기술은 비교적 성숙 단계에 있으며, 소니가 1999년에 이 기술을 개척했습니다. 주요 기술로는 열야금법과 습식야금법 두 가지가 있습니다. 먼저 열야금법부터 살펴보겠습니다. '열'은 불을 의미합니다. 이 방식에서는 배터리를 녹여 철, 구리, 코발트, 니켈의 합금을 만듭니다.
유용한 물질은 습식 야금법을 사용하여 회수합니다. 열분해법은 전해질, 플라스틱, 리튬염 등을 태워 없애버리기 때문에 모든 것을 회수할 수는 없습니다. 또한, 열분해 과정에서 유독 가스가 발생하여 추가적인 처리가 필요하고 에너지 소비도 높지만, 산업계에서 널리 사용되고 있습니다. 습식 야금법은 수용성 용매를 사용하여 화합물에서 코발트를 분리함으로써 원하는 물질을 추출합니다. 가장 일반적으로 사용되는 용매는 황산과 과산화수소이지만, 그 외에도 다양한 용매가 있습니다. 하지만 이러한 방법들 모두 완벽한 것은 아니며, 기술적 한계를 해결하기 위한 추가 연구가 필요합니다. 2019년 기준, 리튬인산철 배터리는 중국 전기차 시장의 약 30%를 차지했습니다. 이 배터리는 NMC 배터리만큼 에너지 밀도가 높지는 않지만, 니켈이나 코발트와 같은 원소가 없어 안전성 측면에서 더 우수하다고 여겨집니다.
중국은 또한 세계를 선도하고 있습니다.리튬인산철 배터리 기술의 과학 및 상용화 분야에서 중국 기업인 컨템포러리 암페어 테크놀로지(Contemporary Ampere Technology)는 선도적인 제조 기업 중 하나입니다. 따라서 중국 산업계가 이러한 배터리 셀을 재활용할 수 있을 것이라는 기대는 당연해 보입니다. 하지만 이러한 배터리 셀의 재활용은 예상보다 기술적으로 더 어려운 것으로 드러났습니다. 이는 부분적으로 배터리 셀이 다양한 재료로 구성되어 있어 추가적인 고비용의 전처리 작업이 필요하기 때문입니다.그리고 나서 경제적으로 리튬인산철 배터리는 NMC 배터리처럼 니켈, 구리, 코발트와 같은 귀중한 금속을 함유하고 있지 않습니다. 이로 인해 해당 분야에 대한 투자가 부족했습니다. 하지만 습식 야금 실험을 통해 리튬을 탄산리튬 형태로 최대 85%까지 추출할 수 있는 유망한 결과가 나오고 있습니다.예상 비용은 약 650달러입니다.처리하다엄청난 양의 폐리튬인산철 배터리. 여기에는 에너지 및 재료 비용이 포함되며, 배터리 제조 비용은 제외됩니다.공장. 리튬 회수 및 재판매 가능성은 재활용의 경제적 타당성을 높이는 데 도움이 될 수 있지만, 아직 확실한 결론은 나지 않았습니다. 이러한 방법들이 상업적 규모로 구현된 적이 있을까요? 2018년 프레임워크는 많은 것을 제시하지만, 몇 가지 아쉬운 점이 있습니다. 인생이 그렇듯 모든 일이 깔끔하게 마무리되지는 않습니다. 몇 가지 미흡한 부분이 있으므로, 아직 해결되지 않은 정책적 질문들을 살펴보겠습니다. 발표 당시의 주요 통계적 목표, 즉 원자재 회수율은 니켈, 코발트, 망간 각각 98%, 리튬 자체 85%, 희토류 97%입니다. 이론적으로는 모두 가능합니다. 예를 들어, 리튬인산철 배터리에서 리튬을 85% 이상 회수하는 것에 대해 이야기했습니다. 하지만 실제 현장의 비효율성과 차이로 인해 이론적인 최대치를 달성하기는 어려울 것이라고 언급했습니다. 배터리 셀을 제조하고, 포장하고, 판매하고, 사용하는 방법은 매우 다양하다는 점을 기억해야 합니다. 우리가 편의점 7-11에서 판매하는 원통형 배터리처럼 표준화된 형태는 아직 요원합니다. 정책 프레임워크에는 이를 현실화하기 위한 구체적인 보조금과 국가적 지원이 부족합니다. 또 다른 큰 문제는 경제 정책 프레임워크가 이러한 표준화를 뒷받침하지 못한다는 점입니다.사용済み 배터리 수거를 장려하기 위해 자금을 배정해야 합니다. 몇몇 지자체에서 시범적으로 배터리 매입 프로그램을 운영하고 있지만, 국가 차원의 정책은 없습니다. 세금이나 부과금 도입 등을 통해 이러한 상황이 바뀔 수도 있겠지만, 현재로서는 민간 부문 기업들이 자체적으로 자금을 조달해야 합니다. 이는 대형 전기차 제조업체들이 배터리를 수거하고 재활용할 경제적 유인이 거의 없다는 점에서 문제가 됩니다.
2008년부터 2015년까지 전기차 배터리 제조 비용은 킬로와트시당 1,000달러에서 268달러로 하락했습니다. 이러한 추세는 향후 몇 년간 지속될 것으로 예상됩니다. 비용 하락으로 전기차는 그 어느 때보다 저렴해졌지만, 동시에 배터리 수거 및 재활용에 대한 동기는 약화되었습니다. 게다가 배터리의 종류가 제각각이기 때문에 수거, 전처리, 재활용 공정을 대규모로 확대하기 어렵고, 결과적으로 이는 이미 마진이 낮은 제조업체들에게 오히려 비용 부담으로 작용합니다.
어쨌든, 법적으로 전기차 제조업체는 사용 후 배터리를 처리하고 재활용해야 할 최우선 순위에 있으며, 전체적인 사업의 경제적 매력이 떨어짐에도 불구하고 대기업과 협력하여 공식적인 배터리 재활용 채널을 구축하기 위해 부지런히 노력해 왔습니다. 타이슨 리사이클링, 저장 화유 코발트, 장시 간펑 리튬, 후난 브룬프, 그리고 시장 선두 기업인 GEM과 같은 몇몇 대형 재활용 업체들이 생겨났습니다. 하지만 이러한 허가받은 대기업들이 존재함에도 불구하고, 중국 재활용 산업의 대부분은 허가받지 않은 소규모 작업장으로 구성되어 있습니다. 이러한 비공식 작업장들은 적절한 도구나 교육을 받지 못했습니다. 그들은 사실상 폐기물을 처리하는 데 급급합니다.이러한 배터리에서 양극재를 추출하여 최고 입찰자에게 되팔고 나머지는 버리는 행위는 심각한 안전 및 환경 위험을 초래합니다. 이러한 불법 재활용 업체들은 법규를 교묘하게 피해가기 때문에 전기차 소유주들에게 더 높은 가격으로 배터리를 매입할 수 있으며, 따라서 소위 '공식' 채널보다 선호됩니다. 그 결과, 중국의 리튬 이온 배터리 재활용률은 2015년 약 2%로 매우 낮았습니다. 2019년에는 10%로 소폭 증가했지만, 여전히 이상적인 수준과는 거리가 멉니다. 게다가 2018년 프레임워크에서는 배터리 수거율에 대한 목표치를 설정하지 않았습니다. 이는 매우 의아한 부분입니다. 중국은 이와 유사한 문제를 또 다른 배터리 분야, 즉 150년 역사를 자랑하는 납축전지에서도 겪고 있습니다.납축전지는 중국에서 매우 흔하게 사용됩니다. 자동차의 주 동력원이자 전기 자전거에도 여전히 많이 사용되고 있습니다. 최근 리튬 이온 배터리로 교체를 장려하는 규제가 시행되었음에도 불구하고 이러한 추세는 지속되고 있습니다. 그러나 중국의 납축전지 재활용률은 기대치와 기준에 크게 못 미칩니다. 2017년 중국에서 발생한 330만 톤의 납축전지 폐기물 중 재활용된 비율은 30%에도 미치지 못했습니다. 이러한 낮은 재활용률의 원인은 리튬 이온 배터리의 경우와 유사합니다. 불법적인 배터리 해체업체들이 규제를 교묘하게 피해가며 소비자용 배터리를 훨씬 높은 가격에 매입하기 때문입니다. 납은 환경에 유해한 물질이라는 사실은 이미 오래전부터 알려져 있습니다. 중국에서는 최근 몇 년 동안 납 중독 사고가 여러 차례 발생했습니다. 이에 정부는 전국에 200곳이 넘는 것으로 추산되는 불법 해체업체들에 대한 강력한 단속을 약속했습니다. 목표는 2020년까지 재활용률 40%, 2025년까지 70%를 달성하는 것입니다. 미국의 납축전지 재활용률이 2014년 이후 최소 99%를 유지해 온 점을 고려하면, 이 목표 달성은 그리 어렵지 않을 것으로 예상됩니다.
기술적 및 환경적 측면을 고려할 때전기차 배터리 재활용과 관련된 경제적 어려움 때문에 업계는 배터리를 폐기하기 전에 더 많은 용도로 활용할 수 있는 방법을 모색해 왔습니다. 가장 유망한 방안은 전력망 프로젝트에 재사용하는 것입니다. 이러한 배터리는 여전히 80%의 용량을 유지하고 있으며, 완전히 수명을 다하기 전까지 수년 동안 사용할 수 있습니다. 미국은 2002년부터 사용済み 자동차 배터리를 고정형 에너지 저장 프로젝트에 활용해 온 실험을 진행하며 이 분야를 선도해 왔습니다. 중국 또한 흥미로운 시범 프로젝트를 진행해 왔습니다. 가장 오랫동안 운영되고 있는 프로젝트 중 하나는 허베이성의 장베이 풍력 및 태양열 발전 프로젝트입니다. 13억 달러 규모의 이 프로젝트는 중국 국영기업인 국가전력망공사(State Grid)와 전기차 배터리 제조업체 BYD의 합작 투자로, 사용済み 전기차 배터리를 전력망 지원 및 관리에 활용하는 것이 가능하다는 것을 입증했습니다. 최근 몇 년 동안 베이징, 장쑤성 등지에서 전기차 배터리 재활용 프로젝트가 활발히 진행되고 있습니다. 정부가 이 문제에 많은 관심을 기울이고 있지만, 궁극적으로는 재활용 문제를 해결하기보다는 오히려 지연시키는 결과를 초래할 수 있다고 생각합니다. 모든 배터리의 최종 운명은 재활용 또는 매립입니다. 중국 정부는 이러한 재활용 생태계 조성에 크게 기여해 왔습니다. 중국은 배터리 기술의 특정 분야에서 명실상부한 선두 주자이며, 여러 대형 배터리 기업들이 중국에 본사를 두고 있습니다. 중국은 자동차 배출가스 감축에 실질적인 변화를 가져올 잠재력을 가지고 있습니다. 따라서 재활용 문제는 어찌 보면 반가운 문제라고 할 수 있습니다. 이는 중국의 성공을 보여주는 지표이기 때문입니다. 하지만 재활용 문제는 여전히 해결해야 할 과제이며, 업계는 적절한 재활용 네트워크, 규제 및 기술 구축에 소극적인 태도를 보이고 있습니다.
중국 정부는 미국의 정책을 참고하여 소비자의 올바른 재활용 습관을 장려하고 지원하는 방안을 마련할 수 있습니다. 또한, 제조 분야뿐 아니라 전처리 및 재활용 기술 산업 분야의 기업에도 보조금을 지급해야 합니다. 그렇지 않으면 배터리 폐기 과정에서 발생하는 에너지 소비와 환경 피해가 전기차로의 전환을 통해 얻는 이점을 훨씬 능가할 것입니다.
게시 시간: 2023년 8월 1일