전기차와 에너지저장장치(ESS)의 보급이 급증하면서 폐배터리 문제는 더 이상 단순 폐기물이 아니라 중요한 자원으로 떠오르고 있습니다. 과거에는 처리 비용이 많이 드는 폐기물로 여겨졌던 배터리들이 이제는 리튬, 니켈, 코발트 등 핵심 광물을 회수할 수 있는 ‘도시 광산’으로 재평가되고 있습니다. 특히 리튬은 인공지능 시대와 배터리 산업의 핵심 원료로서 안정적인 확보가 국가 경쟁력과 직결된다는 점에서 매우 중요한 위치를 차지하고 있습니다.
이와 관련하여 국내 연구진이 담수 미생물을 활용한 친환경 리튬 회수 기술을 개발하며 산업적 전환점을 마련하고 있습니다. 국립낙동강생물자원관은 폐배터리 블랙파우더(Black Powder)에서 최대 90.3%까지 리튬을 회수하는 기술을 확보했다고 발표하였으며, 이는 기존 화학적 처리 방식보다 높은 회수율을 기록하는 동시에, 화학약품 사용량을 크게 줄여 환경적·경제적 이점도 기대할 수 있습니다. 블랙파우더는 폐배터리를 분쇄한 후 생성되는 미세 분말로, 리튬뿐 아니라 니켈, 코발트, 망간 등 다양한 희소금속이 포함되어 있습니다.
이처럼 폐배터리 재활용 기술은 세계 각국이 치열하게 경쟁하는 분야입니다. 국제에너지기구(IEA)는 전기차 시장 확대로 향후 수십 년간 리튬 수요가 급증할 것으로 전망하며, 재활용 기술의 중요성도 함께 부각되고 있습니다. 특히, 이번 연구의 핵심 원료인 아스퍼질러스 루추엔시스(Aspergillus luchuensis FBCC-F2629) 균주는 담수 미생물로서, 2025년 이후 폐배터리 리튬 회수에 적합한 균주를 선별하는 연구가 진행되어 왔습니다. 연구진은 해당 균주의 배양액을 80℃에서 24시간 동안 블랙파우더에 적용하였으며, 그 결과 리튬 용출 효율이 크게 향상된 것으로 나타났습니다.
구체적으로, 소형 전자기기에서 사용되는 리튬코발트산화물(LCO) 블랙파우더의 경우, 황산 처리 시 리튬 회수율이 81.7%였던 반면, 미생물이 생산한 유기산을 적용하거나 배양액을 활용할 경우 각각 87.8%, 90.3%까지 회수율이 높아졌습니다. 이는 화학약품을 대량으로 사용하는 기존 방식보다 훨씬 높은 성능을 보여주며, 배터리 종류에 관계없이 다양한 폐배터리에서 적용 가능성을 보여줍니다. 또한, 니켈·망간·코발트(NMC811) 블랙파우더에서도 유사한 성과를 나타내어, 향후 대규모 폐배터리 재활용 공정으로 확장할 수 있는 기반이 마련되고 있습니다.
이 기술은 ‘바이오리칭(Bioleaching)’으로 불리며, 미생물이 만들어내는 유기산이나 대사산물을 이용하여 금속을 용해하는 친환경 회수 방식입니다. 강산을 사용하는 기존 공정보다 환경 부담이 적고, 탄소 배출도 감소시킬 수 있어 전 세계적으로 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 유럽연합(EU), 미국, 일본 등도 폐배터리 재활용의 친환경 공정을 확대하는 데 힘쓰고 있으며, 우리나라 역시 대부분 핵심 광물을 수입에 의존하는 현실에서 안정적 공급망 확보가 매우 중요한 과제로 부상하고 있습니다.
리튬은 배터리 제조 비용의 큰 부분을 차지하는 핵심 원료로서, 특정 국가에 집중된 공급은 잠재적 불안정을 초래할 수 있기 때문에, 폐배터리에서 리튬을 재활용하는 기술은 자원 안보와 경제적 측면 모두에서 상당한 의미를 갖습니다. 국립낙동강생물자원관은 이번 기술에 대한 특허를 7월 중 등록할 예정이며, 산업 현장에서 바로 활용할 수 있도록 유기산 기반 리튬 회수 기술도 함께 개발 중입니다. 이를 통해 연구실 수준을 넘어 실질적인 상용화를 앞당기겠다는 목표입니다.
하지만 해결해야 할 과제도 존재합니다. 연구실에서 높은 회수율을 기록한 상태를 대규모 산업 공정에서도 동일하게 유지할 수 있는지 검증이 필요하며, 배양액 생산 비용과 공정 시간, 경제성 확보 여부도 관건입니다. 더불어, 블랙파우더에는 다양한 금속이 함께 존재하므로 이들 금속을 동시에 효율적으로 회수하는 후속 기술 개발이 요구됩니다. 또한 폐배터리의 종류와 사용 기간에 따라 성분 구성이 달라지는 점도 표준화의 어려움으로 작용할 수 있습니다. 그럼에도 이번 연구는 국내 담수 미생물 자원을 활용한 첨단 자원순환 기술로서 매우 의미가 크며, 환경 보호와 핵심 광물 확보라는 두 가지 과제를 동시에 해결할 수 있다는 점에서 산업계의 관심이 높아질 것으로 예상됩니다. 폐기물을 새로운 자원으로 전환하는 기술 경쟁이 치열해지는 가운데, 생물자원을 활용한 친환경 리튬 회수 기술은 우리나라 배터리 산업의 지속 가능성을 높이는 중요한 이정표가 될 것으로 기대됩니다.
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