탄소중립을 위한 배터리 관련 특허 기술

1. 탈탄소 시대의 에너지 저장 기술 전환

기후 위기 대응을 위한 탄소중립이 전 세계적인 정책 과제로 자리 잡으면서, 에너지 저장 시스템, 특히 배터리 산업의 구조적 전환이 본격화되고 있다. 화석연료 기반의 에너지 체계에서 벗어나 재생에너지 중심의 분산형 전력 시스템으로의 전환이 가속화됨에 따라, 전력 저장장치(ESS)와 전기차(EV)에 사용되는 배터리 기술은 단순한 기술 요소를 넘어 국가 에너지 주권과 산업 전략의 핵심 축으로 작용하고 있다. 이에 따라 관련 특허 기술도 에너지 효율, 수명, 안정성 등 전통적 성능 요소 외에도 '저탄소 생산 공정', '재생할 수 있는 소재 사용', '배터리 전 생애주기(LCA, Life Cycle Assessment)의 환경 영향을 줄이는 기술'로 중심축이 이동하고 있다.

2020년 이후 글로벌 특허 출원 데이터를 보면, “탄소발자국(Carbon Footprint)”과 “배터리 제조”를 동시에 언급하는 특허의 수가 급격히 증가하고 있다. 특히, EU의 지속가능성 규제(예: 배터리 여권 도입)와 미국의 인플레이션 감축법(IRA)은 배터리 기술의 '친환경성'을 법적 요건으로 격상시켰고, 이에 따라 전기차 OEM과 배터리 공급업체들은 자체 공정의 탄소 저감화를 위한 특허 확보에 적극적으로 나서고 있다. 예컨대, 파나소닉은 양극재 소성 과정에서 천연가스를 대체할 수 있는 저온 소결 기술에 대한 특허를 다수 출원하고 있으며, 한국의 LG에너지솔루션은 제조 공정에서 배출되는 이산화탄소를 실시간으로 계량하고 저감하는 지능형 공장 기술에 관한 특허를 전략적으로 확보하고 있다. 이처럼 배터리 산업은 제품의 성능을 뛰어넘어 ‘제조 단계부터의 탈탄소화’를 향한 기술적 진화를 가속화하고 있다.

2. 저탄소 공정과 배터리 원재료의 지속 가능성

탄소중립 배터리 기술의 핵심은 무엇보다 ‘원재료의 탈탄소화’에 있다. 전통적인 배터리 원재료인 리튬, 코발트, 니켈, 흑연 등은 대부분 광산에서 채굴되고 고온 정제 과정을 거치며 다량의 온실가스를 배출한다. 이에 따라 친환경 정제 방식, 재생 원재료 사용, 저탄소 운송 및 가공 체계 등을 포괄하는 원재료 중심 특허 기술이 탄소중립 전환의 기술적 핵심으로 부상하고 있다. 실제로 최근 글로벌 특허 동향을 보면, 광산 현장부터 정제, 운송, 공급까지 전 주기에 걸친 이산화탄소 배출량 감축 기술에 대한 특허 출원이 급증하고 있다.

호주의 Vulcan Energy는 지열 기반의 ‘무탄소 리튬 추출’ 기술에 대한 특허를 확보하고 있다. 이 기술은 전통적인 고온 가열 방식이 아닌 지열 수를 활용한 추출 공정을 통해 이산화탄소 배출을 획기적으로 줄일 수 있으며, 유럽 주문자상표부착생산사들과의 공급 계약에서도 경쟁력을 확보하는 데 기여하고 있다. 또 다른 사례로는 캐나다의 Li-Cycle이 출원한 특허들이다. 이 기업은 폐배터리로부터 리튬, 코발트, 니켈을 회수하는 습식 공정에 대해 특허를 출원하면서도, 공정 내 발생하는 CO₂ 양을 최소화하는 공정 조건 제어 알고리즘을 별도로 특허화하고 있다. 이는 단순한 리사이클링을 넘어, ‘저탄소 순환 시스템’이라는 새로운 기술 영역을 형성하고 있음을 보여준다.

국내에서도 POSCO 지주회사는 수산화리튬을 생산할 때 고온 전기로를 사용하는 기존 방식 대신, 습식 침출과 이온교환 공정을 융합한 공정에 대해 특허를 집중적으로 확보하고 있으며, 해당 공정은 기존 대비 탄소 배출을 30% 이상 줄일 수 있는 것으로 평가받고 있다. 이처럼 원재료 단계에서의 특허 기술은 이제 단순한 효율 경쟁을 넘어, ESG 규제 대응과 지속 가능성을 확보하는 중요한 무형자산으로 자리매김하고 있다.

3. 전기차용 배터리 순환 경제와 재사용 기술

배터리 기술이 탄소중립에 실질적으로 기여하기 위해서는 사용 후 배터리를 단순히 폐기하지 않고, 다시 자원화하거나 재사용하는 순환 경제 모델이 필수적이다. 이에 따라 ‘배터리 재사용(Reuse)’과 ‘재자원화(Recycling)’를 아우르는 기술들이 산업 내 주목을 받고 있으며, 관련 특허도 세분된 영역으로 확대되고 있다. 전기차 시장의 급성장과 함께, 2030년경부터 대규모로 배출될 폐배터리를 효과적으로 관리하고, 이 과정에서 탄소 배출을 줄이기 위한 기술적 대응이 긴급히 요구되는 상황이다.

특허 기술 관점에서는 크게 세 가지 축으로 나뉜다. 첫째, 잔존 수명을 자동 진단하여 재사용 가능성을 평가하는 알고리즘 기술. 둘째, 재사용 배터리를 에너지저장장치(ESS) 등으로 전환하는 시스템화 기술. 셋째, 저에너지 소비형 재자원화 공정 기술이다. 예컨대 중국의 CATL은 전기차에서 수거된 배터리를 ESS에 적용하기 위해 셀 단위 수명 예측 알고리즘과 그 제어 장치에 대해 특허를 확보하고 있으며, 이를 통해 '배터리 수명 예측 – 자동화 이력 관리 – 최적 재배치'까지 일련의 과정을 통합 관리하고 있다.

한국의 경우, SK온은 사용 후 배터리를 분해하여 전고체 배터리용 소재로 재활용하는 기술에 대한 특허를 집중적으로 출원 중이며, 이는 배터리 수명을 2배로 늘리면서도 탄소 배출량은 절반 수준으로 줄일 수 있는 기술적 잠재력을 지닌다. 이외에도 GS에너지는 ‘배터리 상태 평가 → 모듈 교체 → 재포장 → 스마트 그리드 연계’까지 이어지는 배터리 2차 활용 플랫폼 기술을 특허로 보호하고 있다. 이러한 기술들은 향후 배터리 산업 전반에서 ‘생산-사용-재사용-재자원화’라는 완전한 순환고리를 형성하는 데 필수적인 기반 기술로 평가된다.

4. 배터리의 전체 생애주기(LCA) 기반 탄소 저감 기술

탄소중립을 위한 배터리 기술이 완성되기 위해서는 생산과 재활용만 아니라, 전체 생애주기(Life Cycle Assessment, LCA)를 고려한 종합적인 탄소 배출 관리가 필요하다. 이에 따라 배터리의 원료 채굴, 제조, 운송, 사용, 폐기까지 모든 단계에서 이산화탄소 배출량을 계량하고 이를 인증하는 기술이 중요해지고 있으며, 이 영역에서도 관련 특허가 활발하게 출원되고 있다. 특히 유럽연합은 2026년부터 '배터리 여권(Battery Passport)'을 통해, 배터리의 원료 출처와 제조국, 탄소 배출량, 재활용 비율 등을 디지털화하여 추적하는 것을 의무화할 예정이며, 이는 기술뿐만 아니라 특허 전략에서도 패러다임 전환을 요구한다.

이와 관련해 IBM은 블록체인 기반의 배터리 탄소 배출량 추적 시스템에 관한 특허를 출원했으며, 이를 통해 원료 단계부터 배터리 폐기까지의 모든 과정을 실시간으로 기록하고 검증할 수 있다. 또 다른 사례로, 프랑스의 Verkor는 배터리 셀 단위로 탄소 배출량을 실시간 측정하는 센서 및 데이터 수집 장치에 관한 특허를 출원하고 있으며, 이는 향후 배터리 여권 시스템의 핵심 요소로 기능할 수 있다. 국내 기업으로는 삼성SDI가 ‘배터리 원산지–공정별 배출량–수송 이력’을 자동 통합하여 시각화하는 플랫폼 기술에 대해 특허를 등록하고 있다.

앞으로 이들 기술은 단순한 제품 경쟁력 확보를 넘어서, 글로벌 공급망 내에서 지속 가능성 인증(Sustainability Certification)을 확보하기 위한 필수 요소로 작용할 전망이다. 특히 유럽이나 북미 시장에 수출하려는 기업들은 배터리 여권과 LCA 기반 인증을 충족시키기 위한 기술적 기반이 필요하며, 관련 특허 보유 여부는 시장 접근성과도 직결된다. 결국, 탄소중립을 위한 배터리 기술은 단순히 ‘깨끗한 배터리’를 넘어서, ‘추적할 수 있고, 입증할 수 있는 지속 가능성’을 가진 시스템으로 진화하고 있으며, 이를 위한 특허 전략은 기업의 미래 경쟁력을 좌우할 핵심 열쇠가 되고 있다.