리튬 회수 및 재활용 특허: 폐배터리 시장의 미래

1. 글로벌 리튬 공급 위기와 리사이클링 기술의 부상

리튬은 전기차, ESS, 휴대기기 배터리의 핵심 원소로서 전 세계 배터리 산업의 중심에 자리 잡고 있다. 그러나 전기차 보급이 급속히 확산함에 따라 리튬 수요는 폭발적으로 증가하고 있으며, 반면 채굴 기반 공급은 지역적 제약과 환경규제로 인해 점차 한계에 도달하고 있다. 국제에너지기구(IEA)에 따르면, 2030년까지 전기차 수요에 따른 리튬 소비는 현재 대비 6배 이상 증가할 것으로 전망되며, 이는 자원 수급 위기를 초래할 수 있다. 특히 리튬 자원이 집중된 남미(리튬 트라이앵글), 호주, 중국 등지의 지정학적 리스크는 공급망을 더욱 불안정하게 만든다.

이러한 구조적 문제를 해결할 수 있는 대안으로 주목받는 것이 바로 폐배터리 기반의 리튬 회수 및 재활용 기술이다. 리튬이온 배터리는 약 10년의 사용 수명을 가지고 있으며, 사용 후 배터리에는 여전히 90% 이상의 유용 금속이 잔존한다. 이에 따라 폐배터리에서 리튬을 추출하고 이를 다시 양극재 생산에 활용하는 기술은 리튬 공급의 대체 수단이자 자원 순환 경제의 핵심 축으로 자리매김하고 있다. 실제로 유럽연합(EU)은 Battery Regulation을 통해 2031년부터 모든 전기차 배터리에 최소 12%의 재활용 리튬 함량을 의무화했으며, 이는 향후 재활용 기반 리튬 시장의 급성장을 예고하고 있다.

하지만 이러한 흐름 속에서도 리튬 회수 기술은 여전히 복잡하고 비용이 많이 들어, 상용화를 위한 기술 확보와 경제성 개선이 핵심 과제로 남아 있다. 따라서 세계 각국 기업들은 이 분야에 대한 특허 선점 경쟁을 벌이며 미래 시장 주도권을 확보하고자 하는 전략을 구사하고 있다. 리튬 리사이클링이 단순한 폐기물 관리 기술이 아닌, 차세대 공급망 경쟁력의 핵심 기술로 재편되고 있다.

2. 리튬 회수 기술의 진화: 습식, 건식, 직접 회수 공정의 특허 트렌드

리튬 회수 기술은 크게 습식 공정(hydrometallurgy), 건식 공정(pyrometallurgy), 그리고 직접 회수율(direct extraction) 세 가지로 구분된다. 각 공정은 회수 효율, 비용, 환경 영향 면에서 차이를 보이며, 이에 따른 특허 출원 전략도 매우 상이하다.

먼저, 습식 공정은 폐배터리를 파쇄한 후 산 용액을 이용해 리튬을 용출시켜 추출하는 방식이다. 이 공정은 회수 효율이 높고 금속 분리 정밀도가 뛰어나며, 현재 대부분의 리튬 리사이클링 스타트업이 채택하고 있다. 대표적으로 미국의 Redwood Materials, 중국의 GEM, 브런프(BRUMP) 등이 다수의 습식 기반 특허를 출원하며 기술적 우위를 확보하고 있다. 특히 리튬을 포함한 니켈, 코발트 등 유가금속을 동시에 회수할 수 있는 복합공정 특허는 이들 기업의 핵심 IP 자산으로 분류된다.

반면, 건식 공정은 고온에서 폐배터리를 소성하여 금속 성분을 분리하는 방식으로, 에너지 소비가 크지만 단순한 공정 설계와 안정성 면에서 강점을 가진다. 이 방식은 일본의 JX 금속, 스웨덴의 Hydro volt 등이 채택하고 있으며, 특히 저품질 배터리나 대형 ESS 배터리에 적용되기 용이하다. 특허 관점에서는 열분해 조건 제어, 금속 휘발성 제어, 가스 처리 기술 등이 특허 중심 기술로 주목받고 있으며, 고온 반응로 설계에 대한 공정 설계 특허가 경쟁력의 핵심이다.

마지막으로 최근 주목받고 있는 직접 리튬 회수 기술은 전처리 없이 리튬만을 선택적으로 추출하는 기술로, 효율성과 환경 친화성 측면에서 주목받고 있다. 이 기술은 아직 상용화 초기 단계에 있으나, 미국의 Lilac Solutions와 energy는 전기화학적 분리막 및 나노소재 기반 리튬 선택 추출 기술에 대한 원천특허를 확보하고 있다. 이러한 특허는 향후 ESG 기반 기술평가에서 높은 가치를 지닐 것으로 평가된다.

세 기술 모두에서 공통으로 확인되는 점은, 공정 통합성(One-step Process), 에너지 효율 최적화, 찌꺼기/폐기물 감소 기술이 특허 경쟁의 핵심 축을 이루고 있다는 것이다. 향후 시장 선도 기업은 단순한 회수율 경쟁을 넘어, 비용 대비 효율과 지속가능성 기반의 특허 포트폴리오를 확보한 기업이 될 가능성이 높다.

3. 글로벌 주요 기업의 특허 전략과 시장 주도권 확보 경쟁

리튬 회수 및 재활용 시장의 상용화가 본격화되면서 글로벌 주요 기업들은 선도적인 특허 포트폴리오 구축에 주력하고 있다. 이들 기업은 단순한 기술 확보를 넘어, 배터리 수거-분해-회수-정제-재활용 양극재 제조까지의 수직계열화를 특허로 묶는 전략을 구사하며, 기술 및 시장의 진입장벽을 구축하고 있다.

미국의 Redwood Materials는 전 테슬라 CTO였던 J.B 스트라우벨이 창립한 회사로, 폐배터리로부터 리튬, 니켈, 코발트를 회수한 후 이를 재활용 양극재로 다시 공급하는 **폐쇄형 공급망(closed-loop)**을 구축했다. 이 회사는 리튬 회수 공정 외에도, 파쇄 장비 설계, 자동 선별 기술, 리튬 정제 기술 등에 대한 300건 이상의 특허를 보유하고 있으며, 미국 에너지부(DOE)의 지원 아래 독자적 기술 체계를 형성하고 있다.

중국의 GEM과 Brunp도 수백 건에 이르는 습식 리사이클링 특허를 통해 폐배터리 리사이클 시장을 선도하고 있으며, 특히 리튬 회수 공정에서 발생하는 부산물 처리 기술, 친환경 용매 기술, 미세입자 분리 기술 등에 대한 특허가 핵심이다. 이들 기업은 CATL, BYD 등과의 협업을 통해 원료-셀-재활용-원료로 이어지는 순환 경제 체계를 특허로 고착화하고 있다.

유럽의 경우 Umicore와 North volt가 특허 중심 전략을 강화하고 있으며, 특히 Umicore는 EU 탄소배출 기준에 부합하는 리사이클링 기술을 중심으로 한 특허 포트폴리오를 구축하고 있다. 이는 향후 유럽 시장에서 기술 표준으로 자리 잡을 가능성이 크며, 특허를 통한 시장 장악력 강화로 이어질 수 있다.

전반적으로 이러한 특허 전략은 단일 공정이나 소재 기술을 넘어서, 공급망 전체를 특허로 묶는 시스템 지향 전략으로 진화하고 있다. 이에 따라 향후 리튬 리사이클링 시장은 단순 기술 경쟁을 넘어, 특허 생태계를 선점한 기업 간의 위치 전쟁으로 재편될 전망이다.

4. 미래 전략: ESG 시대의 리튬 특허 가치와 정책 연계 방향

탄소중립과 지속가능성이 전 산업의 핵심 기준이 되는 ESG 시대에, 리튬 재활용 기술 특허는 단순한 기술 자산을 넘어 환경가치와 경제성을 결합한 고부가가치 IP로 평가받고 있다. 특히 유럽연합의 'Battery Passport' 정책처럼, 생산 이력과 소재 추적, 재활용률이 인증된 배터리만이 유통할 수 있는 환경에서는 특허로 보호된 리튬 회수 기술이 경쟁 필수 요소가 될 것이다.

실제로 WIPO는 리튬 재활용 관련 특허의 기술 인용도, 시장성, 정책 적합도를 종합 평가하는 기준을 통해 해당 기술의 가치가 3년 전 대비 2.5배 상승했다고 분석한다. 이는 향후 배터리 기업이 투자 유치, 인수합병, 기술 로열티 확보 등에서 특허의 전략적 활용 가치를 실질적으로 체감하게 될 것임을 시사한다. ESG 인증과 연결된 리튬 특허는 규제 대응과 마케팅 요소를 동시에 충족할 수 있는 핵심 자산이 되는 것이다.

또한 각국 정부는 자국 내 리튬 리사이클링 기술을 보호하고, 국제 경쟁력을 높이기 위한 정책 연계 특허 전략을 강화하고 있다. 예를 들어 미국은 IRA 법안에 따라 자국 내 재활용 기술 보유 기업에 세제 혜택을 부여하고 있으며, 해당 기술에 대한 특허를 기준으로 보조금과 세금 감면의 범위를 결정한다. 유럽도 유사하게 기술 특허 기반의 ‘지속가능성 인증 프레임워크’를 검토 중이며, 이와 관련한 특허 보유 여부가 향후 기술 수출 및 수주 경쟁에서 결정적 요인이 될 수 있다.

결국 향후 리튬 재활용 시장에서 경쟁우위를 확보하기 위해서는 단순한 기술개발을 넘어, 정책-시장-기술을 연결하는 구조적 특허 전략이 필요하다. ESG 기준, 배터리 여권, 탄소배출 회계 시스템과 연계된 특허 포트폴리오를 구축하는 것이야말로, 향후 리튬 재활용 기업이 글로벌 배터리 공급망의 핵심 축으로 자리매김하는 관문이 될 것이다.