폐배터리 리튬 90% 이상 회수…미생물 활용 친환경 재활용 기술 개발

전기차와 에너지저장장치(ESS) 보급 확대에 따라 폐배터리 재활용의 중요성이 커지는 가운데 국내 연구진이 미생물을 이용해 폐배터리 속 리튬을 90% 이상 회수할 수 있는 친환경 기술을 개발했다.

기후에너지환경부 산하 국립낙동강생물자원관은 담수 미생물을 활용해 폐이차전지에서 핵심 광물인 리튬을 고효율로 회수하는 기술을 개발했다고 밝혔다.

이번 기술은 강한 산을 사용하는 기존 공정보다 환경 부담을 줄이면서도 높은 회수율을 확보했다는 점에서 차세대 친환경 배터리 재활용 기술로 주목받고 있다.

최근 전기자동차와 에너지저장장치 시장이 빠르게 성장하면서 리튬과 니켈, 코발트, 망간 등 핵심 광물의 수요도 급격히 증가하고 있다.

하지만 우리나라는 리튬 등 주요 광물 대부분을 해외 수입에 의존하고 있어 폐배터리 재활용을 통한 자원 확보가 국가 경쟁력과 공급망 안정의 핵심 과제로 떠오르고 있다.

이에 국립낙동강생물자원관 연구진은 지난해부터 자체 보유한 담수 미생물 자원을 대상으로 폐배터리에서 리튬을 효율적으로 추출할 수 있는 균주를 탐색하는 연구를 진행했다.

연구 대상은 폐이차전지를 분쇄해 만든 '블랙파우더'였다.

블랙파우더는 리튬과 니켈, 코발트, 망간 등 다양한 유가금속이 포함된 검은색 분말로, 폐배터리 재활용의 핵심 원료로 활용된다.

연구 결과 연구진은 '아스퍼질러스 루추엔시스(Aspergillus luchuensis FBCC-F2629)'라는 담수 미생물이 기존 황산 처리 방식보다 우수한 리튬 회수 성능을 보인다는 사실을 확인했다.

실험에서는 해당 미생물의 배양액을 이용해 폐배터리 블랙파우더 속 리튬을 최대 90.3%까지 회수하는 데 성공했다.

이는 기존 황산 처리 공정보다 약 9~23% 높은 회수율이다.

실험은 80도의 조건에서 24시간 동안 진행됐으며 기존 화학 공정보다 높은 효율을 입증했다.

특히 연구진은 미생물이 생산하는 유기산만을 활용하는 기술도 함께 개발하고 있다.

구연산과 옥살산 등 미생물이 생성하는 유기산은 금속을 용출하는 특성이 있어 산업 현장에서 별도의 대규모 미생물 배양시설 없이도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

실험에서는 리튬코발트산화물(LCO)과 니켈·망간·코발트(NMC811) 양극재 블랙파우더를 대상으로 성능을 비교했다.

리튬코발트산화물에서는 황산 처리 시 리튬 회수율이 81.7%였던 반면 미생물 유기산은 87.8%, 배양액은 90.3%를 기록했다.

전기차용 배터리에 주로 사용되는 NMC811에서도 황산 처리 회수율은 56.3%였지만 유기산은 92.4%, 배양액은 80%의 회수율을 나타냈다.

특히 유기산은 두 종류의 블랙파우더 모두에서 90% 이상의 리튬 회수율을 기록하며 높은 활용 가능성을 입증했다.

국립낙동강생물자원관은 이번 연구 성과를 바탕으로 아스퍼질러스 루추엔시스를 활용한 폐이차전지 유가금속 회수 기술에 대한 특허를 이달 중 등록할 계획이다.

향후에는 산업 현장에서 실제 적용할 수 있도록 기술 상용화 연구도 이어갈 방침이다.

정유진 국립낙동강생물자원관 이용기술개발실장은 "이번 기술은 황산과 같은 화학약품 사용을 줄이면서 리튬 자원의 재활용 가치를 높일 수 있는 친환경 기술"이라며 "폐배터리 재활용 산업 활성화와 핵심 광물 공급망 안정화에 크게 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.

이어 "후속 연구를 지속적으로 추진해 산업 현장에서 활용도가 높은 친환경 금속 회수 기술로 발전시켜 나가겠다"고 밝혔다.

폐배터리 재활용 시장이 빠르게 성장하는 가운데 미생물을 활용한 친환경 회수 기술이 상용화될 경우 자원순환 확대는 물론 탄소배출 저감과 핵심 광물의 안정적 확보에도 긍정적인 역할을 할 것으로 기대된다.