전기차 시장의 급성장으로전기차 폐배터리분야가 차세대 성장사업으로 주목받고 있습니다.전기차는 일반적으로15만~20만㎞를 주행하면 주행거리가 감소하고 충전 속도도 느려져서 배터리를 교체해야 하는데요.배터리 업계는 폐배터리 시장을 선점하기 위해 이르면 주행5년 이후부터 대거 교체 주기로 들어설 폐배터리의 재사용,재활용 기술 개발 경쟁에 속도를 내고 있습니다.
전기차 폐배터리를 활용하는 방법은 크게‘재사용’과‘재활용’으로 나뉩니다.배터리 재사용은 폐배터리를 재정비해에너지저장장치(ESS)등 다른 용도로 활용하는 방식입니다.재활용은 폐배터리를 분해해 니켈,코발트,망간 등 희귀금속을 추출하는 방식인데요.최근 희귀금속 가격이 오르면서 폐배터리 재활용에 대한 관심이 더 높아지고 있습니다.
에너지저장장치(ESS)
ESS(Energy Storage System)는 에너지저장시스템의 줄임말로 아주 거대한 배터리라고 생각할 수 있다. 이 거대한 배터리는 남는 전력을 저장해두었다가 필요할 때 공급해 전력 이용 효율을 높이는 시스템으로 음식을 저장하는 냉장고같이 언제든지 필요할 때 전기를 꺼내 쓸 수 있는 에너지 저장고이다.
ESS는 많은 전기를 저장했다가 필요할 때 사용할 수 있음으로 활용도가 높아 전력용, 상업용, 가정용, UPS(무정전전원장치). 통신용 등 대규모 전력 시설이 필요한 곳에서 활용될 수 있다.
특히 태양광 발전과 풍력 발전의 주요 단점인 바람이 불지 않고 태양이 비치지 않을 때 전력을 안정적으로 공급해준다. 가정에서는 전기 요금이 쌀 때 저장해두었다가 비쌀 때 사용해서 전기 요금을 절약하는 효과도 누릴 수 있다. 이외에도 폭풍우 같은 갑작스러운 자연재해로 정전이 발생했을 경우 전력 공급을 도와주어 대규모 정전사태를 대비 할 수 있게 해준다.
ESS 시장 현황
ESS 시장의 급속한 성장은 기후변화에 대응하기 위한 재생에너지의 발전과 밀접한 관련이 있다.
2020년에 재생에너지는 8340억 kWh(킬로와트시)의 전기를 생성했으며, 이는 미국에서 생성된 전체 전력의 약 21%였다. 2020년 미국에서는 천연가스(1조6170억 kWh)만이 재생 가능 에너지보다 더 많은 전기를 생산했다.
재생에너지는 처음으로 원자력(7900억 kWh)과 석탄(7740억 kWh)을 모두 능가했다. 2020년의 이러한 결과는 주로 미국 전력 생산에서 석탄 사용이 현저히 감소하고 태양력 및 풍력 사용이 꾸준히 증가했기 때문이다.
미국 전체 전기 생산량
(단위: billion kWh, %)
자료: Energy Information Administration
Energy Information Administration의 8월 보고서에 따르면, 2020년 미국의 대용량 배터리 저장용량은 1650㎿로 35% 증가했으며 지난 5년 동안 3배 이상 증가했다. 상승 트렌드는 가속화돼 2021년에서 2023년 사이에 전력 회사들은 2019년에 존재했던 용량의 10배인 1만㎿의 전력을 생산할 수 있는 대규모 배터리 시스템을 설치할 것으로 예상된다.
최근 신규 저장 용량 증가의 대부분은 태양광 프로젝트에서 발생했다. 이런 변화의 가장 큰 이유는 지속적인 배터리 가격 감소로 배터리 저장 비용은 2015년에서 2019년 사이에 72% 감소했다. 이와 더불어 에너지부(Department of Energy)는 7월에 그리드 규모의 장기 에너지 저장 비용을 10년 이내에 90%까지 줄이는 목표를 설정했고 Jennifer Granholm 장관은 성명에서 “향후 몇 년 동안 수백 기가와트의 재생에너지를 그리드에 공급할 것이다.”라고 전했다.
미국 대용량 배터리 저장용량(2015–2023)
(단위:㎿)
자료: Energy Information Administration
투자 업계에서도 에너지 저장에 대한 관심은 더욱 더 뜨거워지고 있다. 시장정보업체 피치북(PitchBook)에 따르면 벤처캐피털 회사는 올해 지금까지 2차 전지 회사에 49억 달러를 투자했는데, 이는 2020년 전체의 16억 달러에서 3배 이상 증가한 수치다. 대용량 에너지 제조업체의 CEO J씨는 “재생에너지에 대한 주 및 연방 규정은 투자자들에게 이러한 추세가 지속될 것이라는 확신을 주는 데 도움이 됐고, 이러한 추세는 대용량 배터리의 더 많은 혁신을 촉진하는 데 도움이 될 것입니다.”라고 전했다. 다만, 이러한 모멘텀에도 불구하고 2차 전지 기업에 대한 투자는 위험할 수 있는데 실험실에서 매력적으로 보이는 일부 기술은 장치 제조의 복잡성과 배터리의 재료 비용 때문에 산업적 규모로 확장되기 어려울 수 있다.
최근에는 ESS의 일환으로 재생에너지를 저장하는것이 아닌 수소로 전환해 저장하는 방식이 각광받고 있다.
수소에너지는 대량 저장이 용이하고 태양에너지와 풍력발전으로 남은 전력을 이용해 수소를 생산·저장한 후 다시 연료전지를 이용해 전기로 바꾸어 이용할 수 있다.
또한,수소는 수송과정에서 에너지 손실률이 낮아 장거리를 수송할 경우 전력송전보다 유리하다.미시간주의 가장 큰 유틸리티 회사DTE는 시범사업으로 수소 공동생산시설 개발을 시행하는 등 수소에너지 개발에 대한 높은 관심을 표하기도 했다. 하지만 수소는 상대적으로 낮은 안정성과 아직은 활용할 수 있는 기술과 인프라가 부족하기 때문에 당분간 ESS의 성장이 유지될 전망이다.
ESS 시장 시사점
에너지 저장기술은 에너지 산업 분야에서 미국뿐만 아니라 세계시장을 선도할 중요한 기술이다.
급격한 기후변화에 대응하기 위한 재생에너지원의 발전 용량이 증가함에 따라 전력 저장기술의 수요가 지속해서 확대될 것으로 예상된다. 이 중심에 ESS는 일관되지 못한 재생에너지의 단점을 보완해 생산된 전력을 저장 후 가장 필요한 시기에 공급해 에너지 효율을 향상시키는 시스템으로써 원활하고 안정적인 전력공급을 위한 해결책으로 부상하고 있다.
배터리를 포함한 소재, 부품, 장비와 같은 하드웨어의 기술 발전 및 경제성 확보와 더불어 효율성과 안정성을 위한 운용시스템 전반의 소프트웨어 기술개발은 ESS 개발에 필수적이다. 또한, 에너지 모니터링과 같은 서비스영역까지 사업을 확대한다면 에너지 저장 분야에서 큰 기회가 있을 것으로 판단된다.
기업들의 폐배터리 재사용·재활용 시장 진출
LG에너지솔루션은 최근 폐배터리를 재사용해 만든 전기차용 충전ESS시스템을 오창공장에 설치했습니다.또, LG에너지솔루션과GM의 합작사‘얼티엄셀즈’는 북미 최대 배터리 재활용 업체‘리사이클’과 폐배터리 재활용 계약을 체결했는데요.이를 통해LG에너지솔루션은 셀 제조 과정에서 생산한 다양한 배터리 원재료 부산물 중95%가량을 재활용할 수 있게 되었습니다.
SK온은 한국산업기술시험원과 협약을 맺고 사용 후 배터리의 성능을 검사하는 방법과 체계를 구축하기로 했습니다.폐배터리를 활용한ESS를 개발해 건설현장에서 적용할 수 있도록 규제 샌드박스 실증 특례를 신청하기도 했죠.또, SK온은 그동안 축적된 정유공장 운영 기술을 바탕으로 폐배터리에서 수산화리튬을 추출하고 회수하는 기술을 자체 개발하고 있습니다.
삼성SDI는 전기버스 배터리를 재활용한ESS개발 사업을 추진하고 있습니다.폐배터리 재활용 전문기업 피엠그로우에 지분 투자를 하는 등 협업도 진행하고 있는데요.삼성SDI는 해외 사업장에서 협력 범위를 확대하여 연간5만톤 규모로 전기차 배터리를 재활용하고자 합니다.
테슬라는 배터리 재활용 방안을 연구 중이고,폭스바겐은 올해 독일에 배터리 재활용 시범공장을 세웠습니다.
폭스바겐은 배터리 잔여 용량70%이상을 재사용하고,그 미만은 재활용해 신규 배터리 생산에 투입할 예정입니다.
전기차 폐배터리 시장 전망은?
글로벌 전기차 폐배터리 시장 규모는 2019년 1조6,500억원에서 2030년엔 20조2,000억원을 거쳐 2050년엔 600조원에 도달할 전망입니다. 기업들의 폐배터리 사업 확장과 진출은 제작비용 절감과 친환경 사업의 선순환을 위해 필요한데요.배터리의 재활용뿐만 아니라 배터리 관리, 대여 시장도 같이 확대됨에 따라 시장 선점을 위한 BaaS* 사업 경쟁도 치열하게 전개될 것으로 예상됩니다.
BaaS(Battery as a Service)
BaaS(Battery as a Service): 전기차 배터리 생산에 그치지 않고 수리·대여·충전·재사용·재활용 등 배터리 생애 전반을 효율적으로 관리하기 위한 서비스 사업입니다.
다만 국내의 경우 폐배터리 시장 선점을 위해 필수적인 관련 R&D가 아직 미진한 편인데요. 폐배터리 시장 경쟁력을 높이기 위해선 소모된 배터리를 많이 수거해야 하지만, 아직 국내에선 폐배터리 수거율이 낮아 불량 배터리로 연구가 이뤄지고 있습니다. 또, 폐배터리의 소유주가 개인 차주여서 관련 R&D가 어렵다는 것도 한계로 지적됩니다.
기업들은 배터리 수명이 다하고 폐배터리가 본격적으로 나오기 시작하는 2025년쯤부터 폐배터리 시장이 활성화될 것으로 예측하고 이에 대비하고 있는데요. 전기차 수요는 커지지만, 아직 폐배터리 사업에서 주도권을 가진 기업이 없어 향후 기업들의 치열한 경쟁이 예상됩니다.
