리튬 배터리 신기술: 안티팬에게 탄산수를 대접한다고?

여러분, 최근 우리나라의 리튬 배터리 기술 연구에서 또 한 번의 획기적인 성과가 나왔습니다. 말하자면, 폐리튬 배터리를 분해하면 나오는 것을 ‘검은 가루’라고 하는데, 마시는 음료는 어떨까요? 물에 가스를 넣은 것, 바로 탄산수입니다. 생각해보면 정말 기발한 아이디어인데요, 음료를 통해 리튬의 95%를 회수해내는 것입니다. 우리나라는 신에너지 시대의 리튬 자원 수요에 큰 기대를 걸고 있습니다. 리튬은 ‘하얀 석유’이자 국가의 전략 광물입니다. 비록 최근 2년 동안 대규모 광산도 발견했지만, 수요량이 워낙 방대해 수입량이 50%를 차지하고 있습니다. 이러한 불확실한 시기에 리튬 자원의 재활용은 매우 큰 의미를 지닙니다. 특히 구동용 배터리가 대규모로 수명을 다하는 시기에 재활용량과 비중이 빠르게 증가하고 있습니다. 리튬 배터리 재활용에는 세 가지 방법이 있습니다. 첫 번째는 직접 재활용으로, 기계적 분해·분쇄·선별을 통해 에너지 소비가 적고 오염도 적습니다. 하지만 실제 운영에서는 원자재 순도에 대한 요구가 높아 반드시 적합한 방법은 아닙니다. 두 번째는 고온 용융법으로, 니켈과 구리를 회수할 수 있지만 리튬 회수율이 낮고 에너지 소비가 많으며 배기가스도 배출됩니다. 세 번째는 산과 알칼리를 이용해 유가 금속을 침출하는 방법으로, 회수율은 높지만 발생하는 폐액 처리가 어렵고 환경 부담이 큽니다. 이에 해외 언론과 환경 단체들은 배터리 재활용이 ‘가짜 친환경’이라고 비판하기 시작했습니다. 효율과 친환경을 동시에 달성할 수 있을까요? 과학자들은 새로운 방법을 찾아냈습니다. 바로 ‘검은 가루’에게 탄산수를 마시게 하는 것입니다. 이거 꽤 멋지지 않나요? 구체적으로 어떻게 진행할까요? 먼저, 제어 가능한 기계화학적 처리를 합니다. 즉, 볼밀을 이용해 배터리 흑색 분말을 잘게 분쇄하면, 리튬과 다른 금속의 배열이 무질서해져 구조가 불규칙하고 표면에 리튬이 풍부한 물질이 형성됩니다. 이렇게 하면 리튬이 이산화탄소와 물과 더 쉽게 반응할 수 있습니다. 이어서 이산화탄소와 물을 이용해 배터리 내의 리튬을 온화하게 용해시킵니다. 이산화탄소에 물을 섞으면 바로 탄산수 아니겠습니까! 이 방법을 통해 리튬의 95% 이상을 회수할 수 있으며, 회수 효율은 고온 제련과 비슷합니다. 남은 코발트, 니켈, 망간 등의 금속도 버리지 않고, 고부가가치 재활용하여 촉매와 같은 다른 산업 용도로 활용합니다. 전체 과정에는 물과 이산화탄소, 즉 가장 흔한 산업 원료만 필요하며, 연마제나 화학 시약이 필요 없고, 실온에서 작업할 수 있어 안전하고 경제적일 뿐만 아니라 이산화탄소도 포집할 수 있으니 정말 훌륭하죠! 물론, 기존의 회수 공정이 하룻밤 사이에 완전히 바뀌지는 않겠지만, 일단 대규모 적용에 성공한다면 전기차, 전력망 에너지 저장, 청정 에너지 공급망의 발전에 지대한 의미를 가질 것입니다. 여러분, 우리 과학자들은 정말로 천재적입니다. ‘마시는’ 것만으로도 리튬 배터리를 회수하다니, 이 방식은 정말 놀라울 따름입니다!