최근에 성일하이텍을 이어 새빗캠까지, 2차전지 재활용과 관련해 많은 관심을 받고 있죠,
여담이지만 저도 성일하이텍은 최소수량만 청약해 1주를 받았었네요 :)
https://economist.co.kr/2022/07/20/stock/stockNormal/20220720141246324.html
‘2차전지 재활용’ 새빗켐, 성일하이텍 흥행 뒤이을까
‘2차전지 재활용’ 새빗켐, 성일하이텍 흥행 뒤이을까
20~21일 수요예측, 26~27일 일반청약…8월 4일 상장<br/>LG화학·켐코와 MOU 체결…2034년까지 원료 공급
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요즘 주목을 받고있는 배터리 재활용과 관련해 SK증권에서 리포트가 출간돼 기록해봅니다.
국내 배터리 업체의 중국 의존도
1. 수산화리튬 83%
2. 코발트 87%
3. 황산망간 99%
수입 의존도가 높기 때문에 원가 절감 및 소재 공급망 안정성 측면에서 배터리 리사이클링(재활용) 사업도 중요해질 전망
전기차 배터리 교체 주기는 보통 7-10년 수준이라고 함.
전기차 판매량 추이를 고려시 전기차 폐배터리는 2025년부터 중국을 중심으로 규모가 발생할 것
배터리 리사이클링 시장 규모 추정치
전기차 폐배터리 발생량은 회수율과 재사용 비율이 핵심
배터리 재활용(Recycle)과 재사용(Reuse)이란
각국 ESG 정책 강화, 환경보호, 소재 가격 급등, 국가별 공급비중의 편중화, 글로벌 환경이슈, 규제 강화등으로 인하여 재활용 및 재사용 산업이 성장할 것으로 전망
재활용 : 폐배터리를 분리, 분해, 파쇄해 열처리 및 화학적 처리 등을 통해 핵심소재와 금속을 회수하는 방식
배터리 리사이클링 공정
전공정(Pretreatment Process) : 폐배터리 수거 및 진단
배터리팩을 모듈 또는 셀(cell) 단위로 분해하는 과정에서
플라스틱, 외장재(알루미늄, 철 등), 구리 등의 소재가 재활용이 가능.
분해 공정 후 잔존수명 등 종합적 진단 통해 1.재사용(re-use) 또는 2.재활용(recycling) 공정
*방전기술 : 염수방전, 전자부하방전, 건식회생방전 등으로 구분
전공정(Pretreatment Process) : 전처리 공정
배터리 소재의 재활용 방식은 다음과 같이 구분.
1. 직접재활용 : 양극재와 음극재 소재만을 물리적으로 분리하고 복구해 재활용
*물리적 공정 : 열처리, 파쇄, 선별 공정 등
2. 배터리를 파쇄해 열(건식)/화학적(습식) 처리를 거쳐 소재,금속을 추출하는 방식
*최근 트렌드는 공정 세분화를 통해 소재 회수율을 높이기 위해 물리적 공정을 적용하는 사례가 증가하는 추세(업체별 공정이 달라 물리적공정은 선택적으로 적용하나 이후 건식공정이나 습식공정 수율에 영향을 미친다고 함)
후공정 1 : 건식공정(Pyrometallurgic Process)
건식공정 -> 고온 환경에서 금속을 환원시켜 추출하는 방식
물리적-건식 공정 : 전처리 공정에서 생산한 Black Powder를 고온처리해 추출하는 방식
건식공정 : 물리적 공정을 거치지 않고 배터리 셀 또는 모듈을 고온처리
등이 적용
1차 가열로 전해액, 유기용매 등을 제거,
2차로 환원제(흑연, 코크스, NaHSO4, CaCl2, NH4Cl 등)를 첨가해 금속을 추출함
용융로 내부에 밀도차에 따라 하부에 합금, 상부에 슬래그 층이 분리되어 형성된다고 함.
하부 합금층에서 메탈 합금이 추출 가능.
리튬과 망간의 경우 분자 구조적으로 더 안정한 특성때문에 환원되지 않고 슬래그 형태로 존재.
슬래그 형태로 존재하는 리튬, 망간 산화물은 포집 및 산처리를 거쳐 일부 재활용이 가능하다고 함.
*건식공정*
고온 용융로를 가동해야 해 E 비용 소모량이 많고, 비용이 많이 들고, 탄소발생량이 많은 단점.
공정에 필요한 E 사용량도 가장 높음
공정 특성상 고부가가치 메탈의 회수율이 낮아 수익성이 상대적으로 낮음
후공정 2 : 습식공정(Hydrometallurgic Process)
출처 입력
습식공정은 유기용매, 무기용매, 산, 염기 등의 화학적 처리를 통해 회수하는 방식.
업체별로 공정이 상이하지만 기본적으로 침출(Leaching)공정과 분리 및 회수(Separation and Recovery) 공정으로 구분된다고 함.
침출공정은 무기산(황산, 질산 등) / 유기산(아세트산, 시트르산 등) / 염기(수산화나트륨 등) 처리 방식 등이 있음
최근 금속 침출 효율 향상을 위해 선택적 침출 공정을 혼합해 적용하는 추세
선택적 침출 공정을 거친 금속이온은 각각 황산니켈, 황산코발트, 황산망간, 황산리튬의 형태로 추출.
메탈 순도를 높이기 위해 적용 화학물질의 농도, 용액의 pH, 온도 등 반응 조건들을 통제하는 것이 중요.
분리 및 회수 공정은 침출시킨 용액에서 금속을 추출해 결정화 시키는 공정.
대부분 용매 추출 방식과 화학적 침전 방식 두 가지를 혼합해 공정에 적용
용매추출방식 : 높은 선택적 화학반응 특성을 갖는 용매로 특정 메탈을 추출
화학적 침전(Chemical Precipitation) 방식 : 수산화이온, 탄산이온, 황산이온 등 음이온을 포함하는 화학물질을 처리해 금속이온과 반응시켜 금속염의 물리적 특성(용해도, 밀도) 차이를 이용해 메탈을 분리해내는 방식. 이 때 금속이온은 고체상태로 침전.
최근에는 전기화학적 추출 방식을 도입하기 위해 기술개발이 진행 중이라고 함.
금속이온에 각각 다른 전압으로 전류를 가해 금속이온을 환원시키는 방식으로, 각 금속의 전기화학적 특성에 따라 금속을 선택적으로 추출이 가능, 기존 화학적 공정에 비해 효율성이 높다는 특징이 있음.
*습식공정*
단계적으로 타겟 메탈을 추출, 유가 금속 회수율이 높다는 장점이 있음.
공정에 필요한 E량은 건식공정에 비해 1/3수준, 비용또한 적음.
하지만 공정 설계 난이도가 건식공정에 비해 높고 세밀한 반응 조건 통제가 필요함.
산업동향
1. 완성차 업체
폭스바겐 : 미국 배터리 재활용 스타트업인 Redwood Materials 파트너쉽 체결
독일 잘츠기터에 자체 파일럿 라인 가동중
현대차그룹 : 사용 후 배터리를 ESS로 재사용하는 'UBESS' 사업 계획 발표
현대글로비스를 통해 폐차장 등에서 발생하는 폐배터리를 수거,
한수원, OCI, 한화큐셀 등과 파트너쉽 체결
2. 배터리 업체의 배터리 리사이클링
CATL : 자회사 Brunp 통해 막대한 투자 진행,
BYD : China Tower 등과 배터리 재사용 파트너쉽 진행
LG에너지솔루션 : 에코프로 CNG와 셀 스크랩 공급계약 체결
LG화학과 함께 미국 Li-Cycle에 투자
현대차, KST 모빌리티와 함께 전기 택시 배터리 대여 실증사업 진행
삼성SDI : 성일하이텍과 파트너쉽 체결해 셀 스크랩 재활용 진행중
SK이노베이션 : SK온의 셀스크랩 역시 재활용될 것으로 예상
3. 소재 업체의 배터리 리사이클링
에코프로비엠 : 리사이클링, 전구체, 양극재 생산을 모두 내재화한 Closed-loop 양극재 제조공정 운영중
에코프로 CnG는 셀스크랩, 폐배터리를 리사이클링해 재활용 소재를 추출하고
에코프로머티리얼즈를 통해 전구체를, 에코프로이노베이션을 통해 수산화리튬을 각각 생산 후 에코프로비엠에서 양극재를 생산.
엘앤에프 : Redwoods Materials와 파트너쉽
코스모화학 : 유상증자를 통해 조달한 금액 중 300억원을 배터리 리사이클링 공장 증설에 투자
포스코케미칼 : 화유코발트와 JV를 설립(포스코 HY 클린메탈)
계열사 포스코인터내셔널과 협력을 통해 배터리 수급 네트워크를 확보할 전망
긴 글 읽어주셔서 감사드리며, 추가적으로 자세한 정보는
22.08.05에 발간한 SK증권 윤혁진 애널리스트의 배터리 윤의 배터리 insight 배터리 리사이클링 리포트를 참고 부탁드리겠습니다.
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