폐배터리에서 리튬 회수하는 최신 특허 정리

1. 전기화학적 리튬 회수 시스템: 고체전해질만을 활용한 친환경 기술

전기화학적 리튬 회수 시스템은 폐리튬이온전지에서 리튬을 효율적으로 추출하는 혁신적인 방법입니다. 이 시스템은 전해줘 내부를 두 공간으로 나누고, 각각 산화 전극과 환원 전극을 배치하여 리튬 이온의 이동을 유도합니다. 특히, 고체전해질만을 적용하여 리튬 이온만을 선택적으로 통과시킴으로써 회수율과 순도를 높였습니다. 이러한 방식은 산이나 알칼리 용액과 같은 유해 화합물을 사용하지 않아 환경친화적이며, 별도의 전처리 공정 없이도 폐전지로부터 직접 리튬을 추출할 수 있습니다.

이 기술은 리튬 이온의 이동을 전기화학적으로 제어함으로써 높은 회수율과 순도를 달성할 수 있습니다. 또한, 고체전해질만의 선택적 투과성을 활용하여 리튬 이온만을 효율적으로 회수할 수 있어, 다른 금속 이온과의 혼입을 방지합니다. 이러한 특성은 리튬 회수 공정의 효율성과 경제성을 높이는 데 기여합니다.

전기화학적 리튬 회수 시스템은 환경 친화성과 고효율을 동시에 추구하는 기술로, 폐배터리 재활용 산업에서 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 이러한 기술의 발전은 자원 순환과 환경 보호를 동시에 달성하는 데 기여할 것입니다.

2. SK에코플랜트의 용매추출 공정: 고순도 수산화리튬 생산

SK에코플랜트는 폐배터리에서 리튬을 회수하기 위해 용매추출 공정을 최적화하였습니다. 이 공정은 기존의 건식 방식보다 효율적이며, 리튬 회수율을 90%까지 끌어올렸습니다. 회수된 리튬은 수산화리튬 형태로 전환되어 배터리 양극재로 재활용됩니다. 또한, 이 공정은 용수 사용량을 최대 50%까지 절감하여 환경 부담을 줄였습니다.

SK에코플랜트는 이러한 기술을 바탕으로 폐배터리 리사이클링 전반에 걸친 핵심 기술을 내재화하고 있으며, 이를 통해 글로벌 경쟁력을 확보하고 있습니다. 특히, 전남대학교와의 공동 연구를 통해 원료 내 불순물과 무관하게 리튬을 회수하는 기술을 개발하였으며, 성균관대학교와의 협력을 통해 고성능 용매 추출제를 개발하여 용수 사용량을 절감하는 데 성공하였습니다.

이러한 기술의 발전은 폐배터리 재활용 산업의 경제성과 지속 가능성을 높이는 데 기여할 것입니다. 또한, SK에코플랜트는 이러한 기술을 기반으로 파일럿 공장을 운영하여 사업화를 추진하고 있으며, 2025년 준공 예정인 경북 경주 폐배터리 재활용 공장에 적용할 계획입니다.

3. 습식야금 기술의 진화: 선택적 침출과 생분해성 산 활용

습식야금 기술은 폐배터리에서 리튬, 코발트, 니켈 등의 금속을 추출하는 데 널리 사용되고 있습니다. 최근에는 선택적 침출 기술이 개발되어 특정 금속만을 효율적으로 추출할 수 있게 되었습니다. 또한, 생분해성 산을 활용한 침출 공정이 도입되어 환경 친화성이 향상되었습니다.

이러한 기술들은 폐기물 생산을 줄이고, 금속 추출 효율을 극대화하여 재활용 공정의 경제성과 지속 가능성을 높이고 있습니다. 특히, 생분해성 산을 활용한 침출 공정은 유해 화학물질의 사용을 줄이고, 폐수 처리 비용을 절감하는 데 기여합니다.

습식야금 기술의 발전은 폐배터리 재활용 산업의 환경 친화성과 경제성을 동시에 달성하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 또한, 이러한 기술의 적용은 폐배터리에서 다양한 금속을 효율적으로 회수하여 자원 순환을 촉진하는 데 기여할 것입니다.

4. 폐수 무방류 처리 시스템: 자원 재활용과 환경 보호의 조화

리튬이온 배터리 재활용 공정에서는 다양한 화학적 처리 과정 중 폐수가 필연적으로 발생하며, 이 폐수는 일반 생활 폐수와는 달리 고염도, 고농도 중금속(리튬, 코발트, 니켈 등), 유기물, 잔류 산/염기 등을 포함하고 있어 직접 방류할 경우 수질 오염 및 토양 오염의 심각한 원인이 됩니다. 이에 따라 최근에는 '제로 액상 배출(ZLD, Zero Liquid Discharge)' 기술이 핵심 처리 방식으로 주목받고 있으며, 이는 처리수의 전량을 현장에서 재활용하거나 응축하여 고체 폐기물로만 배출함으로써 폐수의 외부 방류를 원천 차단하는 기술입니다.

이 시스템은 일반적으로 다단계 정화 공정을 포함합니다. 먼저 전처리 단계에서는 응집, 침전, 여과 과정을 통해 폐수 내 부유 고형물과 일부 중금속을 제거합니다. 다음으로 고도 산화공정(AOP)이나 생물학적 처리 공정을 통해 유기물과 유독 화합물을 분해합니다. 이후 역삼투(RO), 전기투석(ED), 이온교환(IX) 등의 고급 막 분리 기술을 통해 남은 용돈 이온들을 제거하게 되며, 이때 회수된 물은 다시 공정용수로 재사용됩니다.

폐수에 포함된 염류 또한 단순한 오염원이 아니라 자원으로 전환될 수 있습니다. 예를 들어, 리튬 회수 과정에서 남는 염화리튬이나 황산리튬 등의 염류는 고온 농축 및 결정화 공정을 통해 고체 상태로 회수된 후 재자원화가 가능하며, 일부 특허 기술은 이를 다시 침출제나 리튬 화합물 제조의 원료로 전환하는 데까지 확장되고 있습니다.

최근 국내외에서는 이러한 폐수 무방류 처리 시스템에 인공지능(AI) 기반의 스마트 센서 및 자동 제어 시스템을 접목하는 추세입니다. 실시간 수질 분석 및 공정 모니터링을 통해 처리 효율을 극대화하고, 공정 중 이상 상태를 조기에 감지하여 오염 사고를 예방할 수 있는 구조로 발전하고 있습니다. 예를 들어, pH, 전도도, 용존산소(DO), 탁도 등을 실시간으로 모니터링하여 정제수 품질을 일정 수준 이상으로 유지할 수 있습니다.

궁극적으로, 폐수 무방류 처리 시스템은 단순한 오염 저감 기술을 넘어 자원 회수 효율을 극대화하고, 환경 규제를 충족하는 동시에 기업의 ESG(환경·사회·지배구조) 경영 전략에 부합하는 핵심 기술로 자리매김하고 있습니다. 특히, 유럽연합(EU), 미국, 한국 등 주요 국가에서 환경 규제가 강화되고 있어 이러한 기술의 적용은 선택이 아닌 필수가 되고 있으며, 특허 확보 경쟁 또한 매우 치열한 상황입니다.