중고 배터리의 부상: 수십억 달러 규모의 전기차 솔루션

전기차 채택 (EV)은 빠르게 성장하고 있으며, 정부 인센티브와 탈탄소화 노력에 힘입어 전 세계 판매량이 25% 상승해 2024년에 1,710만 대에 도달했습니다. 

전기차 시장은 실제로 꾸준한 연간 성장률 6.95%를 향해 향후 4년 동안 1조 달러 이상 규모에 이를 것으로 예상됩니다. 한편, 시장 매출은 전 세계적으로 8,286억 달러에 이를 것으로 예상됩니다. 

더 중요한 것은, 전기차가 예상된다는 점입니다는 핵심 역할을 수행하여 2050년까지 제로 배출 목표를 달성하는 데 중요한 역할을 할 것으로 기대됩니다. 그러나 이를 위해 전기차 제조업체는 차량 비용을 낮춰야 합니다. 전기차 판매가 증가하고 있지만 성장 속도가 둔화되고 있기 때문입니다. 또한 전기차는 환경에 부정적인 영향을 미치고 있다는 점도 언급할 필요가 있습니다.

전기차 생산은 자원 집약적인 과정으로, 내연기관 차량에 비해 리튬, 코발트, 구리, 니켈, 망간, 그래파이트와 같은 핵심 광물 투입량이 평균 6배 필요합니다. 이로 인해 생산 과정에서 전기차의 환경 발자국은 ICEV보다 50% 더 높습니다. 

이러한 배터리를 재활용하면 상황이 크게 바뀔 수 있습니다. 전기 비용을 낮추고 새로운 배터리 제조를 위한 원자재 추출 필요성을 줄이며, 기존 배터리 수명을 연장해 폐기물을 감소시켜 전기차를 더 저렴하게 만들 수 있습니다.

배터리 효율성을 향상시키고 영향을 줄이는 또 다른 방법은 배터리를 재활용하는 것입니다. 전기차 배터리를 재활용하면 두 번째 수명을 부여받아 배터리 가치를 극대화하고 수명을 연장할 수 있습니다.

최근 연구자들과 보고서는 재활용과 재사용이 큰 장점을 제공하며 앞으로도 계속 성장할 것이라고 밝혔습니다. 

전기차 배터리 재활용

새로운 연구^1,는 산업 규모 재활용 시설의 데이터를 기반으로 한 최초의 리튬 이온 배터리(LIB) 재활용에 대한 전 과정 분석이며, 재활용이 상당한 환경적 이점을 제공한다는 것을 발견했습니다.

물 사용량과 에너지 소비부터 온실가스 배출까지, 배터리를 재활용하면 새로운 LIB를 생산하기 위해 원시 금속을 채굴하는 것보다 의미 있게 감소합니다.

전기차 전동화와 간헐적인 재생 에너지 생산 증가로 LIB 생산은 급격히 성장하고 있습니다. LIB의 사용은 소비자 전자제품을 넘어선 수준이며, 이러한 다른 활용 사례도 빠르게 확대되고 있습니다.

특히 전기차 부문은 2030년까지 LIB 성장의 82%를 차지하며 전 세계 LIB 생산을 주도할 것으로 예상됩니다. 

하지만 리튬 이온 배터리 수요가 급증하는 반면, 주요 리튬 배터리 화학에 필요한 핵심 소재는 공급이 제한적입니다. 이들은 이번 십년 말까지 전 세계 공급-수요 균형에 큰 적자를 겪을 것으로 예상됩니다. 게다가 이러한 소재를 추출하는 과정은 경제적, 환경적, 인권 및 국가 안보 문제를 악화시키고 있습니다. 

이러한 핵심 소재의 채굴뿐만 아니라 사용 종료된 LIB의 부적절한 폐기도 자연 및 인간 생태계에 해를 끼칩니다. 

이때 사용 종료된 LIB에서 핵심 소재를 재활용하면 증가하는 환경 문제를 크게 완화할 수 있습니다. 이는 전기화된 교통의 장기 지속 가능성에도 필수적이며, 재활용은 대규모로 이러한 핵심 배터리 광물의 장기 공급 불안정을 완화하는 데도 도움이 됩니다.

현재 LIB 재활용업체는 주로 작업 현장에서 수집되는 ‘폐’ 배터리와 배터리 제조업체의 결함 스크랩을 원료로 사용합니다. 재활용 과정에서 리튬, 니켈, 구리, 코발트, 망간, 알루미늄과 같은 금속이 이 두 출처에서 추출됩니다 이 두 출처에서.

스탠포드 대학의 전 과정 분석 연구는 이 과정의 환경 발자국을 정량화했으며, 전통적인 채굴 및 정제에 비해 온실가스(GHG) 배출량이 절반 이하임을 발견했습니다. 또한 새로운 금속을 채굴할 때보다 물과 에너지를 약 1/4만 사용합니다. 

결함이 있는 스크랩 소재가 활용될 때 재활용에 사용되면, 환경적 이점은 더 크게 나타납니다. 스크랩은 실제로 연구된 재활용 공급량의 약 90%를 차지했으며, 에너지 사용량은 채굴 및 가공 대비 11%, 물 사용량은 12%, GHG 배출량은 19%에 해당했습니다. 에너지 사용 감소는 그을음 및 황과 같은 대기 오염 물질도 감소시키지만, 이는 구체적으로 측정되지 않았습니다.

이 연구는 화학공학 조교수인 윌리엄 타르페(William Tarpeh) 교수가 “배터리 재활용의 미래를 설계하여 환경적 이점을 최적화할 수 있다”고 말했습니다.

배터리의 환경 영향은 실제로 처리 시설의 위치와 전력 공급원에 크게 좌우됩니다.

연구의 세 명 주요 조사관 중 한 명인 스탠포드 대학 박사과정 학생 사만다 번케(Samantha Bunke)는 재활용 공장이 석탄 연소 전기에 크게 의존한다면 기후 이점이 감소할 것이라고 언급했습니다. 그러나 전력이 더 깨끗한 지역에서는 신선한 물 부족이 큰 우려 사항입니다. 

또 다른 핵심 요인은 소재 공급의 지리적 위치에 따른 운송입니다.

코발트의 경우, 전 세계 공급량의 80%가 콩고민주공화국에서 채굴되며, 대부분이 철도, 도로, 해상을 통해 중국으로 운송되어 배터리용으로 정제됩니다. 주로 집중되어 있습니다 칠레와 호주에 있으며, 여기서 중국으로 운송됩니다. 연구에 따르면 배터리 활성 금속의 채굴 및 정제만을 위한 총 운송 거리는 평균 약 35,000마일(57,000km)이라고 추정됩니다. 

배터리 재활용도 유사한 과정을 따르며, 사용된 배터리와 스크랩을 먼저 수집한 뒤 재활용업체로 보냅니다. 그러나 미국 내 풍부한 재활용 배터리를 고려한 미래 정제 시설의 최적 위치를 가정할 때, 휴대폰이나 전기차에서 캘리포니아의 가상 정제 시설까지의 총 운송 거리는 약 140마일(225km)에 불과합니다.

거대한 기회

이 연구의 데이터는 네바다에 위치한 Redwood Materials에서 제공되었으며, 이는 북미에서 가장 큰 산업 규모 리튬 이온 배터리 재활용 시설입니다. 이 시설은 태양광, 수력, 지열 등 더 깨끗한 에너지 믹스의 혜택을 받습니다.

설립자 Tesla (TSLA ) 공동 설립자이자 전 CTO인 Redwood는 네바다와 사우스캐롤라이나에 두 개의 시설을 보유하고 있습니다. 몇 달 전, 독일 자동차 제조업체 BMW 거래를 체결했습니다와 회사가 모든 전기차의 리튬 이온 배터리를 재활용하기 위해 계약을 체결했으며, 배터리와 하이브리드 유형 모두를 포함합니다.

Redwood는 이미 Tesla의 전기차 배터리를 재활용하고 있으며, Toyota (TM ), Ford (F ), Nissan, Lyft (LYFT ), General Motors (GM ), Amazon (AMZN ), 및 기타. 또한 고정식 배터리도 재활용합니다.

회사는 양극 및 음극 소재를 처리하여 ‘고품질’ 배터리 소재로 전환합니다. 회사에 따르면 이들 소재를 최대 98% 회수하여 공급망에 다시 투입합니다.

이번 연구를 위해 Redwood Materials는 데이터를 제공했을 뿐만 아니라 그 교훈을 자체 운영 및 환경 발자국에 적용했습니다.

“이 연구의 통찰은 Redwood의 배터리 재활용 프로세스를 개선하는 데 핵심적인 역할을 했습니다.”

– 설립자 겸 최고경영자 JB Straubel

그는 덧붙여 말했습니다:

“연구자들의 관찰 덕분에 우리는 환경 발자국을 더욱 줄이는 동시에 자원 효율성과 프로세스 확장성을 향상시켰습니다.”

특히 Redwood의 재활용 과정은 화석 연료를 사용하지 않고, 훨씬 낮은 온도를 요구하며, 일반적인 방법보다 더 많은 리튬을 생산하는 ‘환원 소성’을 포함합니다. 

이는 회사의 환경 결과가 사용된 배터리 재활용에 대한 업계 전체의 환경 성과를 대변하지 않음을 의미합니다. 그러나 기존 방식처럼 에너지 집약적이지 않은 다른 고온금속제련 공정이 실험실에서 등장하고 있습니다.

이번 연구를 통해 연구자들은 배터리 재활용 기업이 새로운 시설의 적절한 위치 선정과 다가오는 광물 공급 문제 대비의 중요성을 인식하도록 돕고자 합니다.

Tarpeh에 따르면, 전 세계적으로 리튬 이온 배터리의 재활용 비율이 2%에서 47%에 불과하지만, 이 배터리에는 납산 배터리보다 약 10배 높은 경제적 가치를 가진 소재가 포함되어 있어 기회가 상당합니다. 납산 배터리의 99%는 수십 년 동안 미국에서 재활용되었습니다. 

“사용된 배터리 공급이 크게 증가할 미래를 대비해, 우리는 오늘부터 수집부터 새로운 배터리로 재처리까지 최소한의 환경 영향을 갖는 재활용 시스템을 설계하고 준비해야 합니다,”라고 Tarpeh는 말했습니다. “배터리 제조업체도 향후 설계에서 재활용성을 더 고려하길 바랍니다.”

전기차 배터리 재활용(재사용)

리튬 이온 배터리는 귀중하고 핵심적인 원자재를 회수하여 새로운 전기차 배터리에 재투입하기 위해 재활용될 수 있지만, 재활용 전에 2차 수명 용도로 재사용하는 것도 큰 이점을 제공합니다. 새로운 보고서는 이러한 이점이 리튬 이온 배터리를 재활용하는 것보다 훨씬 크다고 주장합니다.

그 보고서는 전기차에 대한 성능 요구를 더 이상 충족하지 못하게 되면 은퇴하는 2차 수명 전기차 배터리를 깊이 탐구했습니다. 이는 첫 번째 수명의 끝에서 발생합니다. 

전기차 배터리가 재활용될 때, IDTechEx에 따르면 전력 요구가 낮은 전기차나 고정식 배터리 저장용으로 재사용되며, 이는 전기차에 비해 요구 조건이 덜 까다롭습니다.

하지만 보고서는 리튬 이온 배터리를 재사용하면 가치를 극대화하고 수명을 연장하며 순환 배터리 경제에 기여한다고 언급했습니다. 경우에 따라, 첫 번째 수명조차도 연장될 수 있습니다 배터리 팩의 일부 모듈이나 셀을 교체함으로써 전기차 적용에서도.

IDTechEx는 향후 10년 동안 은퇴한 전기차 배터리의 가용성이 증가함에 따라 2차 수명 전기차 배터리 시장이 2035년까지 42억 달러 규모에 이를 것으로 전망합니다.

이는 전 세계적으로 이미 가속화되고 있습니다. 미국과 유럽에서 재사용 업체들은 2차 수명 배터리 설치량을 꾸준히 늘리고 있습니다. 주로 이러한 고정식 또는 이동식 시스템은 상업 및 산업(C&I) 고객을 위해 전기차 충전 최적화, 피크 수요 시 전력 소비 감소 및 재생 에너지 자체 소비를 위해 설치됩니다.

일부 재사용 업체는 주거용 배터리 저장 기술을 개발했으며, 다른 업체는 그리드 규모 적용을 위한 대형 배터리 에너지 저장 시스템(BESS)을 구축하고 있습니다. 

중국은 현재 2차 수명 배터리 배치를 선도하고 있으며, 활동을 확대하고 있습니다. 이 나라는 통신 백업 전원 용도로 2차 수명 배터리를 활용하고 있습니다.

중국 외 지역에서는 유럽이 가장 높은 활동 수준을 보이며, IDTechEx는 해당 지역에서 20개의 재사용 업체가 2차 수명 배터리를 개발하고 있다고 확인했습니다.

이러한 2차 수명 전기차 배터리 비용과 관련해, 보고서는 1차 수명 리튬 이온 BESS 기술의 상당한 비용 감소로 인해 재사용 업체가 고객에게 시스템 가격 경쟁력을 유지하기가 매우 어려워졌다고 지적합니다. 채택이 늘어나려면 2차 수명 전기차 배터리는 1차 수명 리튬 이온 BESS보다 낮은 가격으로 제공되어야 합니다.

이 배터리들은 이미 1차 수명에서 열화가 진행되어 2차 수명에서 성능이 영향을 받습니다. 

2차 수명 배터리 에너지 저장 시스템의 높은 비용에 기여하는 요인으로 보고서는 배터리 부품과 은퇴한 전기차 배터리 배송 물류를 지적했습니다. 재사용 과정 자체도 배터리 등급 판정 시간, 분해 및 재조립을 포함해 비용을 발생시킵니다. 따라서 재사용 업체는 비용 절감을 위해 이 모든 분야를 공략해야 합니다.

이미 차량 내 사용 종료 배터리 테스트와 같은 고급 배터리 등급 기술이 개발되고 있어, 일반적인 사이클링 기법보다 몇 시간 대신 몇 분만에 배터리 상태(SOH)를 판단할 수 있어 테스트 시간과 비용을 모두 절감합니다.

또한 다수의 프로젝트가 반자동 배터리 분해 기술을 활용하고 있습니다. 이러한 신흥 프로젝트가 성공하면 특정 단계에서 인간 개입이 줄어 인건비와 재사용 배터리 비용을 감소시킬 수 있습니다.

보고서에 따르면 은퇴한 배터리의 재사용은 다양한 분해 수준에서 이루어질 수 있습니다. 이는 팩 수준, 모듈 수준, 또는 셀 수준에서 진행될 수 있습니다. 

분해를 더 깊게 할수록 시간이 오래 걸리고 인건비가 상승합니다. 그러나 이는 최고의 성능을 보이는 모듈이나 셀을 재조립해 더 우수한 시스템을 만들 수 있게 합니다. 보고서에 따르면 재사용 업체들은 주로 팩 수준 또는 모듈 수준 재사용 기술을 채택하고 있으며,계속될 것으로 예상됩니다이러한 추세가 지속될 것입니다.

전기차 배터리 트렌드 도 장기적으로 재사용의 경제적 타당성에 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.“IDTechEx는 셀-투-팩(CTP) 설계가 배터리 팩의 에너지 밀도를 향상시켜 전기차 주행 거리를 늘릴 수 있음을 보여줍니다. 그러나 이러한 설계는 일반적으로 스폿 용접이나 접착제 사용을 증가시킵니다. 이를 제거하려면 열이나 용제가 필요해 분해 비용이 증가합니다.”

2차 수명 배터리 성장의 또 다른 중요한 요소는 규제로, 이는 전기차 성장에 큰 기여를 해왔습니다. 전기차 비용을 낮추는 세금 인센티브, 배출 규제, 전기차 판매 촉진 및 충전 인프라 구축, 내연기관 차량 금지와 같은 정책은 전기차 시장에 크게 도움이 되었습니다.

한편, 재정 인센티브, 재구매 프로그램, 회수·수집·재활용 목표 설정 등이 배터리 재활용 성장에 기여하고 있습니다. 그러나 다양한 지역에서 배터리 재활용에 대한 규제는 존재하지만, 2차 수명 전기차 배터리를 구체적으로 다루는 정책은 거의 없습니다.

하지만 미국, 중국, EU 등은 2차 수명 배터리와 재사용을 촉진하기 위한 규제 프레임워크를 마련하기 시작했습니다.

EU 배터리 패스포트와 같이 배터리 수명 주기를 추적하고, 이해관계자 간에 사용 종료 배터리 데이터를 공유하도록 하는 조항, 그리고 제조업체가 배터리 수집·재사용·재활용에 책임을 지는 확대된 생산자 책임(EPR) 정책 등은 배터리 재사용을 가능하게 합니다.

각국이 2차 수명 배터리의 잠재 가치를 인식하기 시작했지만, 보고서는 배터리를 조기에 재활용하기보다 재사용하도록 유도하는 데 특별한 주의가 필요하다고 지적했습니다.

관련 기업 

앞서 언급했듯이 비상장 기업인 Redwood Materials는 배터리 재활용 분야의 큰 이름입니다. 배터리 재사용에 관여하는 기업으로는 IDTechEx 보고서가 북미의 Higher Wire, Smartville, Terrepower, RePurpose Energy, B2U를 강조합니다. 한편 유럽에서는 Zenobe, Allye Energy, Cidetec, Betteries, Covalion, Ecobat 등 여러 기업이 2차 수명 재사용 및 재제조 분야에서 두드러집니다.

이제 이 분야의 상장 기업 몇 곳을 살펴보겠습니다:

1. Li-Cycle Holdings

이 기업은 청정 에너지 미래를 위한 핵심 소재 회수에 관여하고 있습니다. 회사는 특허로 보호된 Spoke & Hub Technologies를 활용해 리튬 이온 배터리를 재활용합니다.

Li-Cycle Holdings는 시가총액이 3,578만 달러이며 현재 주가는 1달러로 연초 대비 43.5% 하락했습니다. EPS(TTM)는 -5.88이며, P/E(TTM) 비율은 -0.17입니다. 2024년 3분기에 회사는 발표했습니다 매출 840만 달러를 발표했으며, 전년 대비 79% 성장했습니다. 또한 DOE로부터 4억 7,500만 달러 규모의 대출을 확대하여 마감했습니다.

2. American Battery Technology Company

이 기업은 배터리 재활용 및 자원 추출에 중점을 두고 있습니다. 시가총액은 1억 3,800만 달러이며 현재 주가는 1.52달러로 연초 대비 34.15% 하락했습니다.

American Battery는 EPS(TTM) -0.96, P/E(TTM) -1.68을 기록하고 있습니다. 2024년 9월 30일로 끝나는 3개월 동안, ABTC는 매출이 20만 달러를 약간 초과했으며받았습니다 DOE로부터 두 번째 리튬 이온 배터리 재활용 시설 건설을 위한 1억 5천만 달러 보조금을 받았습니다. 이 기간 말에 회사는 현금 580만 달러를 보유하고 있었습니다.

결론

전기차 는 2050년 제로 배출 목표 달성에 핵심적인 역할을 할 것으로 설정되어 있지만, 비용 및 환경 영향 측면에서 우려가 여전히 존재합니다. 그러나 연구자들은 비용 효율성과 환경 친화성을 더욱 높이는 새로운 방법을 찾고 있습니다. 여기서 전기차에 가장 많이 사용되는 리튬 이온 배터리의 재활용 및 재사용은 전기차 혁명의 지속 가능성 문제를 해결하는 유망한 솔루션으로 떠오르고 있습니다.

배터리 재활용은 전기차 비용을 낮추고 채택을 촉진할 뿐만 아니라 환경에도 도움이 될 잠재력이 있습니다. 한편, 2차 수명 배터리 활용은 배터리의 수명과 가치를 확대할 수 있습니다. 이러한 솔루션은 보다 지속 가능하고 비용 효율적인 전기차를 실현하고, 더 친환경적인 미래로의 전환을 가속화하는 방법을 제공합니다.

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