글: Steven Shackell
전기차(EV)는 자동차 산업에서 혁신의 물꼬를 텄으며, 소비자 및 상용 교통 수단 분야에서 탈탄소화로 나아갈 수 있도록 하는 역할을 했습니다. 하지만 EV 제조업체는 표준 내연기관 차량(ICEV) 제조업체에 비해 탄소 발자국이 높다는 비판, 그리고 희소한 원자재를 포함하고 위험한 폐기물을 발생시키는 배터리 시스템을 생산한다는 비판에 직면합니다.
지난 몇 년간 EV 산업은 EV 수명 주기의 탄소 발자국을 최소화하고 배터리 시스템의 재사용 응용 분야 또는 재활용을 실현하는 데 상당한 진전을 보였습니다. 이 문서에서는 전기차가 재활용 또는 재사용되는 방식을 살펴보고 탈탄소화 지향 측면에서 EV 산업의 순환 경제에 존재하는 기회를 파악합니다.
전기차 배터리 지속 가능성
제조 공정에서 EV의 탄소 발자국은 ICEV보다 높지만, EV는 수명 기간 동안 총 배출량이 일반적인 ICEV의 절반 미만에 불과합니다. 그러나 전기차 수요와 생산량이 늘어나면서 원자재와 희토류 자철광에 대한 수요도 늘어나고 있습니다. EV는 모터 기술을 위해 희토류 자철광이 필요하며, 배터리 시스템을 위해 리튬, 코발트, 흑연과 같은 원자재도 필요합니다.
이러한 배터리 시스템을 생산하는 과정에서 EV 제조업체가 재활용 재료를 사용하지 않으면 EV 생산의 부정적인 환경 영향이 발생합니다. 이러한 재료는 유한한 자원으로서, 배터리에 사용하려면 대규모 채굴 작업, 방대한 운송 네트워크, 더욱 광범위한 정제 공정이 필요합니다.
리튬 및 코발트 채굴의 경우 물리적 및 사회적으로 민감한 환경에서 추출해야 한다는 점 때문에 윤리적 지속 가능성에 비판과 의문이 제기되는 문제도 있습니다. 다행히 EV는 금속 및 원자재 비율이 높아 폐기 후 재활용에 적합하며, 따라서 제조업체의 입장에서는 지속 가능한 채굴 솔루션을 모색할 명분이 생겨 결과적으로 향후 채굴 필요가 줄어들 가능성이 있습니다.
전기차 재활용
전기차는 ICEV에 비해 재활용하기가 간단한 편입니다. 그 이유는 전체 부품 수가 적기 때문입니다. EV 재활용은 배터리 재활용과 연관되는 경우가 많은데, 차체 및 기타 부품에 사용되는 구리, 강철, 알루미늄과 같은 원자재도 EV 재활용 대상입니다.
유감스럽게도 재활용 재료는 가격 불안정 가능성이 있어 기업 선호도가 떨어지고, 이 때문에 재료 폐기로 이어질 수 있습니다. EV 재활용 과제를 관리하려면 재활용 순환 경제에서 차량 설계부터 시작점으로 삼아야 하며, 제조업체는 전체 차량 재활용을 추구하는 과정이 간단하고 경제적으로 이루어지도록 해야 합니다.
재활용에는 과제가 따릅니다. 제조업체는 자원 사용의 중간 지점을 고려하여 설계해야 합니다. 예를 들어 차량이 사용하는 원자재를 최소화하면 초기 채굴 추출의 필요성이 줄어들 수 있습니다. 그러나 동일한 원자재를 재활용하고 회수하는 것이 훨씬 더 어려워져 초기 추출 순이익이 마이너스가 될 수 있습니다. 수리 또는 재활용이 더 쉽도록 EV를 설계하는 것이 지속 가능한 순환 경제를 실현하는 데 첫 번째 단계입니다.
EV 배터리 재활용
교통 수단 산업에서 사용되는 알루미늄 및 강철은 모든 산업의 총 알루미늄 및 강철 수요 중 거의 1/4을 차지합니다. 다행히 이러한 원자재는 ICEV 산업을 통해 재활용 가능한 것으로 오래전 입증되었습니다. 그러나 배터리 재활용은 상대적으로 더 새로운 공정으로서, 제조업체가 배터리 수명의 시작점부터 설계 시 감안해야 하는 여러 주요 단계가 따릅니다.
수집, 분류 및 평가
EV 배터리는 자동차의 수명이 끝났을 때 차량에서 수집해야 합니다. 이 공정은 위험할 수 있습니다. 배터리 시스템에 여전히 상당한 양의 에너지가 저장되어 있을 수 있고 숙련된 기술자가 필요하기 때문입니다. 제조업체는 이 공정을 간소화하기 위해 차체에서 안전하게 제거할 수 있는 배터리 시스템을 설계해야 합니다. 교체형 배터리 팩 형태인 경우 다 쓴 팩을 완전 충전된 팩으로 교체하기만 하면 되기 때문에 마찬가지로 EV의 장시간 충전 문제가 해결됩니다.
수집한 배터리는 다양한 카테고리별로 분류하고 평가해야 합니다. 예를 들어 새 EV가 사고를 경험했더라도 배터리는 전체 용량을 유지하고 재사용이 가능할 수 있습니다. 다른 예를 들어 보면 EV 배터리가 작동 수명이 다한 경우가 있으며 이때는 재활용 대상이 됩니다.
설명: 배터리 모듈 여러 개를 포함하고 있는 EV 배터리 팩
해체 및 재료 회수
재사용 응용 분야에 적합하지 않은 배터리는 해체 공정을 거칩니다. 배터리 모듈 및 셀을 자동차 배터리 팩에서 제거하고, 부품을 분쇄하여 다양한 재료를 분리하고 노출시킵니다.
분쇄 공정에서는 분쇄 유형과 재활용 배터리의 성분에 따라 다양한 재료가 나오며, 모두 후속 공정을 위해 분류됩니다. 분쇄 공정 중에는 '블랙 매스'가 발생하는데, 이를 구성하는 배터리 음극 및 양극은 이후 건식 야금(제련) 또는 습식 야금(침출) 공정을 거쳐 리튬, 코발트, 니켈, 망간, 알루미늄 등의 금속 원자재를 추출하게 됩니다.
현재 리튬이온 배터리 재활용 공정에서는 원래 사용된 원자재의 95%를 회수할 수 있어, 재활용 재료 중 사용할 수 없는 비율이 5%에 불과합니다. 미국 에너지부에 따르면 사용한 리튬이온 배터리 28톤을 재활용하여 배터리 등급 리튬 1톤을 생성할 수 있으며, 이는 광석 250톤 채굴과 맞먹습니다.
EV 배터리 재사용
재활용 가능성을 극대화하는 것을 제조 목표로 삼으면 배터리 재사용 전략을 저해하게 될 수 있습니다. 2022년 Nature는 EV 및 EV 배터리 시스템이 이 사례에 해당할 수 있다고 밝혔습니다. 새 차량을 위한 재료의 수요 때문에 기존 차량에서 수리를 통해 이러한 재료를 더 오래 사용하는 대신 재료를 재활용하는 결과를 낳는 것입니다.
EV 배터리 재사용은 제조업체의 기본 목표가 되어야 하되, 배터리 시스템이 합당한 수준에서 최대한 오랫동안 용량 및 성능을 유지하도록 해야 합니다. 예를 들어 새 EV가 사고를 경험했고 배터리 시스템을 안전하게 재사용할 수 있는 경우 이러한 배터리는 휴대용 에너지 저장 시스템, 재생 가능 에너지 저장 장치 또는 기타 응용 분야용으로 용도를 변경하여 수명을 연장한 다음 나중에 재활용할 수 있습니다. 차체의 강철 및 알루미늄 등 차의 나머지 부분은 재활용할 수 있습니다.
EV 배터리의 주기
전기차는 교통 수단 산업을 탈탄소화한다는 혁신적인 움직임을 주도하지만 제조 시 초기 탄소 발자국이 높고 희귀한 재료가 필요합니다. 배터리 제조, 재활용 및 재사용 분야에서 EV 산업이 발전함에 따라 지속 가능한 이동성과 환경 보존에 필수적인 천연 자원의 순환 경제가 형성되고 있습니다. EV 제조업체는 탄소 발자국을 최소화하는 문제와 더 깨끗한 미래를 위해 자원 효율을 극대화하는 문제 사이에서 균형을 유지하면서 소비자의 요구 사항을 충족해야 합니다.
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