[일본] 일본, 빠르게 성장 중인 전기차(EV)용 폐배터리 재활용 산업

세계적인 탈탄소 추세로 전기차(EV)에 탑재되는 차량용 배터리의 재사용과 재활용에 대한 관심도 상승

일본에서도 리튬이온배터리 순환구조를 통한 소재 재활용으로 안정적인 자원확보를 위해 관민 협력 하에 빠르게 기술 개발 중

세계적인 탈탄소 추세에 힘입어 전기차(EV) 보급이 가속화됨에 따라 기간부품인 차량용 배터리 수요도 빠르게 확대되고 있으나, 차량용 배터리인 리튬이온배터리(LiB) 양극재에 사용되는 니켈(Ni), 코발트(Co), 리튬(Li) 등의 레어메탈은 산출 지역과 유통량이 편재되어 있어 전기차 시장의 지속적인 발전을 위해서는 대체재료 개발과 함께 폐배터리 재활용 및 재사용에 관한 시스템 구축이 시급하다.

또한, 유럽연합(EU)의 배터리 재활용 규제*와 미국의 인플레이션 억제법** 등 전기차용 배터리가 에너지 안전보장 및 산업육성의 관점에서 중요도를 더하고 있어 배터리 재료의 재활용, 해외 광산 개발을 통한 현지 조달 강화, 관련 기술의 연구 개발 등의 방법 모색으로 중장기적인 관점에서의 자원 확보 대응이 중요한 시점이다.

주) * 2025년부터 전기차(EV) 리튬이온배터리 등을 대상으로 코발트(Co), 리튬(Li), 니켈(Ni) 등 재활용재 사용량을 공개하도록 요구하고 2030년부터 이 배터리를 탑재한 제품에 재활용재 사용을 의무화할 방침

** EV 구입자에 대한 세금 공제 조건 중, 배터리재료 중요광물 가운데 조달가격의 40%가 미국과 자유무역협정(FTA)을 맺은 국가에서 추출 또는 처리되거나 북미(미국, 캐나다, 멕시코)에서 재활용된 것으로 중국을 포함한 우려되는 외국 사업체가 관여하는 부품이나 중요 광물이 포함될 경우 공제 대상에서 제외할 방침

일본 자동차 산업 동향 및 전기차 동향

일본의 스가(菅) 전 총리는 2021년 1월 18일 시정 방침 연설에서 "2035년까지 신차 판매로 전동차 100%를 실현하겠다"고 선언하여, ‘2050년 탄소중립’을 실현하기 위해 2021년 6월에 공표한 ‘녹색성장전략’ 안에서 전동차 보급 정책으로, ▲2030년까지 상용 소형차 신차 판매의 20~30%를 전동차(EV, PHEV, HEV, FCV)*로 한정, ▲2035년까지 승용차 신차 판매의 100%를 전동차로 한정, ▲2040년까지 상용 소형 신차 판매의 100%를 전동차 및 탈탄소 연료차(합성연료[CO2 배출이 실질 제로인 연료]를 사용한 차)로 한정 등 2035년 전후를 목표로 EV화 추진 정책 및 규제 도입으로 탈탄소 사회 실현을 향한 정책을 내놓았다.

주) * 자동차 분류

- 내연기관차 (ICE, Internal Combustion Engine): 내부 연소 엔진을 장착해 휘발유나 경유를 이용하는 차량

- 전기차 (BEV, Battery Electric Vehicle = EV): 100% 전기를 이용하는 차량

- 플러그인 하이브리드카 (PHEV, Plug-in HEV): 외부 충전이 가능한 큰 배터리를 장착해 전기 사용량을 극대화한 차량

- 하이브리드카 (HEV, Hybrid Electric Vehicle): 주행 상황에 따라 연료와 전기를 조합해 운영하는 차량

- 수소연료배터리차 (FCEV, Fuel Cell Electric Vehicle): 수소와 산소의 화학반응에 의해 자체적으로 전력을 만들어 주행하는 차량

경제산업성이 2023년 4월 5일에 발표한 ‘자동차 분야의 탄소 중립을 향한 국내외 동향에 대하여’ 자료에 따르면, 2022년 세계 자동차 판매량은 약 7870만 대로 이 중 내연기관차 (ICE)가 80%인 6262만 대가 팔려 시장을 독점하고 있으나 전기차(EV)도 약 10%(약 774만 대)를 차지해 약진 중이다. 중국(25.2%)과 유럽(19.9%)이 전기차 시장을 견인해 코로나19 영향으로 실시한 우대 조치 강화가 시장 확대를 증가시킨 요인으로 작용해 특히 유럽에서의 판매 대수가 급속히 증가 추세다.

일본은 2022년 출시된 닛산 ‘사쿠라’, 미쓰비시 ‘eK크로스 EV’ 등 경차 EV가 호조를 보였으나 세계 판매량 점유율은 2.2%에 그쳐 아직 미비한 상황이다. 그러나 향후 2030년 EV 및 PHV 20～30％, FCV ３％, HEV 30～40％증가를 2035년 전동차 (EV, PHV, FCV, HEV) 100%를 목표로 정책을 시행중이다.

현재 자동차산업은 ‘디지털화’ 및 ‘그린화’ 관련 대응에 의해 대변혁이 진행되어 전기차의 생명인 축전지(이차전지) 및 모터 기술 분야의 이노베이션 중요성이 한층 더 높아지고 있는 상황이다.

전기차 수요 확대와 더불어 리튬이온배터리 수요도 급속히 확대되고 있으나 레어메탈 가격 변동, 자원 부족 대응, 전고체배터리 등의 차세대 배터리 실용화를 위한 기술개발이 가속화되어 중국을 포함한 다양한 플레이어에 의한 개발 경쟁이 격화되고 있다. 이에 일본정부는 축전지산업 전략 책정과 동시에, 특정 중요물자로서 축전지를 지정해 자원 확보 등의 대처도 포함한 축전지 산업 전체의 경쟁력 강화를 위해 노력하고 있다.

경제산업성은 축전지 세계시장 규모(금액 기준)를 2019년 약 5조 엔에서 2030년 40조 엔, 2050년은 약 100조 엔을 추산해 차량용, 설치형 모두 확대될 전망으로 당분간은 EV 시장 확대에 수반해 차량용 배터리 시장이 급확대될 전망이라 풀이했다.

이 시장은 파나소닉(Panasonic), 엔비전(AESC) 등의 일본 기업들이 기술 우위로 초기 시장을 확보했으나 한국과 중국이 강력한 정부 지원을 배경으로 중국 CATL, BYD 등과 한국 LG화학, 삼성SDI, SK이노베이션 등이 점유율을 확보한 결과 현재 일본 업체 점유율은 저하됐다.

또한, 조사전문회사인 야노경제연구소에 따르면 2021년 차량 탑재용 리튬이온배터리(LiB) 세계시장 규모는 출하기준으로 전년 대비 120.9% 증가한 371.1기가와트시(GWh)에 달했다고 한다. EV 보급에 따라 리튬이온배터리 출하도 계속해서 증가해 2022년에는 전년 대비 19.4% 증가한 443.0 GWh, 2030년에는 2021년 대비 43.9%증가한 1163.0GWh까지 확대될 것으로 예측되고 있다.

EV의 새로운 보급에는 한 번 충전으로 어느 정도의 거리를 주행할 수 있는가 하는 항속거리 향상, EV 차량 가격 저하가 중요해짐에 따라 배터리 특성을 높이는 것과 더불어 저렴한 가격, 경량, 대용량의 리튬이온배터리를 양산할 수 있는 체제 구축도 급선무가 되고 있다고 분석했다.

이렇듯 EV보급과 함께 리튬이온배터리 수요가 늘어나면 코발트(Co), 리튬(Li), 니켈(Ni)과 같은 주요 재료의 시장 가격도 상승될 것이 자명해 지금까지 코스트가 걸림돌이었던 배터리 재활용 산업 추진에 있어서 순풍이 될 것이다.

리튬이온배터리 순환 구조

일본도 리튬이온배터리 원료인 광석 및 중간원료 대부분을 해외에서 수입해 소재 및 부재 가공은 일본 국내에서 이루어져 차량탑재용 5억4천만 개, 기타(전자기기, 설치용) 3억7천만 개 규모인 반면 수입은 6천만 개로 내수 생산 수량이 압도적으로 많다.

제조된 배터리는 자동차용(차량용), 민생용(전자기기 등), 설치용으로 출하되고 사용이 끝난 폐배터리는 용도제품별로 회수 형태가 달라진다. 차량용은 폐차 해체 시 해체 업체에서 분리된 후 자동차 제조업체가 정비한 자체 회수 계획에 따라 인수되거나 기타 자원 회수업체나 재사용 부품 바이어에 의해 회수되어 재사용 목적이나 재생 원료로 국내외로 출하된다. 민생용은 JBRC(Japan Portable Rechargeable Battery Recycling Center)에 의해 매장에서의 회수 외에 소형가전으로서 회수된 후 해체 공정에서 분리 회수되는 부분도 있다. 마지막으로 설치용은 가정용인 경우 제조업체에 의한 자체회수가 이루어지고 있다.

이렇게 회수된 배터리는 재활용 및 폐기물 처분업자에 의해 해체와 열처리 등의 중간 처리가 이루어지며 재활용은 철강용 전로나 산업폐기물 소각로 등에서 폐기물로서 적정하게 처분되는 경우와 전용로 등에 의해 레어메탈류의 회수를 목적으로 처리되는 경우가 있다. 후자의 방법으로 회수된 레어메탈 등을 함유하는 중간원료(블랙매스)는 국내에서 배터리용 이외의 원료로서 이용되는 것 외에 배터리용 원료로서도 회수하기 위한 대응도 일부 이루어지고 있으며 해외에 원료로 수출되는 경우도 있다. 

일본 정부의 적극적인 지원과 함께 빠르게 성장중인 EV용 폐전지 재활용 산업

일본정부는 그린이노베이션 기금사업의 일환으로 차세대 축전지 개발을 위해 약 2132억 엔 규모(상한 1천205억 엔 규모)로 지원할 방침이며 자동차 산업의 경쟁력 강화 및 공급망·밸류체인 강화를 목표로 한다.

주요 사업으로, ▲전고체배터리 등 고성능 축전지 및 그 재료 개발 목표(항속거리에 영향을 미치는 에너지 밀도가 현재 2배 이상), ▲자원절약 재료(코발트 및 흑연 등) 및 기타 재료의 저탄소 제조 프로세스 개발, ▲저비용 및 고품질 희귀금속(레어메탈) 회수를 실현하는 축전지 재활용 기술 개발(리튬70%, 니켈95%, 코발트95% 회수를 목표로 함)이 그 기축이다.

레어메탈 회수를 실현하는 재활용 기술 부분으로는, 레어메탈 회수 기술 고도화를 위해 민간 기업과 건식처리(열처리에 의한 금속분리), 습식 처리(수용액 중처리를 통한 금속분리), 다이렉트 재활용(회수한 재료를 금속별로 분리하지 않고 직접 배터리 재료로 되돌리는 기술) 등 다양한 방법으로 접근 중이다.

그 대표적인 기업으로, 스미토모금속광산과 간토전자공업은 건식 및 습식을 조합한 독자적인 제련 기술을 개발하여 고회수율과 저비용화 실현, JX금속은 무해화 전처리 기술 및 습식처리를 통한 금속회수기술 고도화, JERA와 스미토모화학은 비배소방식(非焙焼方式)의 재료 분리 회수 기술 및 회수한 양극재의 다이렉트 재활용 및 재활용을 업그레이드 시킨 창조적 재사용(업리사이클) 관련 연구개발 등 각사 기술이 선행하고 있다.

스미토모금속광산의 경우 2022년 1월에 간토덴카공업과 협업으로 EV차량용 폐전지에서 구리, 니켈, 코발트뿐만 아니라 리튬을 꺼내는 기술을 확립해, 리튬화합물을 고순도로 재활용하는 것은 세계 최초라 전했다.

JX금속그룹은 배터리 원료로 직접 사용할 수 있는 금속염을 차량용 LiB에서 추출하는 기술을 이미 확립했으며 EV화가 선행되는 유럽에서의 연구개발이 진행되어 현재 독일 고슬러에 습식 프로세스 연구개발 설비를 신설해 폭스바겐(VW)이 제공하는 배터리 가루를 사용해 고품질의 배터리 원료를 고수율로 회수하는 기술 확립을 목표로 하고 있다.

또한, 산학 제휴의 연구 개발도 진행되고 있어 도와에코시스템과 아키타대학은 2022년 11월 열처리 후 폐차재용 LiB 양극재 재활용에 성공했다. 열처리로 불활성화된 사용이 끝난 LiB에서 회수한 양극재 성분의 블랙매스(Black Mass)를 원료로 양극재를 제조해 축전용량 및 반복 충방전에서도 시판되는 차량용 LiB와 동등한 성능을 획득해 향후, 양극재 재활용 실증 연구를 진행시킬 예정이다.

전기차 배터리 레어메탈 회수 기술 고도화 연구 기업

 

[자료: 각사 보도자료 및 홈페이지 참조 KOTRA도쿄무역관 작성]

시사점

기시다 정부는 2023년 3월 31일 '성장지향형 자원자율경제전략'을 수립해 「성장 지향형의 자원 자율 경제의 확립」을 향해 제도정비에 들어간다. 현존하는 자원제약에 의한 리스크(자원 고갈, 조달 리스크 증대), 환경제약에 의한 리스크(폐기물 처리의 곤란성, 탄소 중립 실현에 대한 대응 필요성), 경제활동에의 영향을 제기해, 서큘러 이코노미(순환형 경제)라는 시장 라이프사이클 전체에서 자원의 효율적·순환적 이용(재생재 활용 등)과 스톡의 유효 활용(제품 공유 및 2차 유통 촉진 등)을 극대화하는 사회경제 시스템이 현대에는 요구되고 있어 서큘러 이코노미로 전환하지 않는 리스크로서 잠재성장률의 저하 및 세계 비즈니스에서의 배제가 예상된다고 명기했다. 순환형 사회 관련 시장 규모는 2020년 50조 엔에서 2030년 약 80조 엔, 2050년에는 120조 엔까지 성장할 것으로 알려져 있어 향후 더 큰 산업으로 성장할 것으로 기대되고 있다. 이러한 연유로 이번 전략은 일본으로서 환경 제약 대처라는 수비 시점 뿐만이 아니라 앞으로의 성장을 위해 트렌드 변화를 근거로 새로운 산업을 진흥해 간다는 공격적인 의식이 내포되어 있다고 볼 수 있다.

세계 전기차 보유 대수는 약 2천600만 대(2022년도 기준)에 달하고 있으며 일본에서도 자동차 메이커 각사가 자동차의 전동화로 방향을 틀어 전기차 시대가 도래하고 있어 전기차 탑재용 리튬이온배터리 수요도 증가하고 있다. 이에 일본 기업에서도 EV 배터리의 대량 폐기 시대를 내다보고 재활용 공장 건설 검토 및 기술 개발이 활발해지고 배터리 재료의 재활용 강화를 지원하는 새로운 조직도 출범해 정부 정책을 지원하고 있다.

2021년 4월 1일 설립된 배터리 공급망 협의회(Battery Association for Supply Chain, BASC)는 '배터리 재료, 부품 및 그 원료의 공급망 관련 산업의 건전한 발전을 도모하는 것'을 목적으로 비철금속, 상사, 배터리, 소재, 자동차 등 업스트림부터 다운스트림 130개사로 구성되어 배터리 공급망(부재, 소재)을 지속가능한 형태로 발전시킴으로써 일본, 그리고 세계의 배터리 산업에 공헌해 가는 것을 목표로 업계의 국제 경쟁력 강화 등 큰 영향력을 가진다.

재활용 대기업 관계자 N씨는 무역관과의 인터뷰에서 “탈탄소 사회 실현을 목표로 글로벌 EV화가 가속화되는 가운데 다른 선진국에 비해 일본은 EV보급률이 현저히 낮을 뿐만 아니라 폐배터리 재활용 부분에서도 이미 한국과 중국기업에 뒤처져있고, 현재 우위에 있는 중국 기업들이 일본 진출을 모색하고 있어 일본 자원이 해외로 유출될 가능성이 커지고 있다. 한시라도 빨리 일본내에서 기술 및 회수 시스템을 확립할 필요가 있다."며 일본의 자원 안전 보장에 위기감을 나타내 폐배터리 산업의 경쟁력 강화 및 공급망 확충이 시급함을 언급했다.

향후 2050년 탄소중립 실현을 위해 전기차, 가전, 통신, 항공우주, 재생에너지 등 폭넓은 분야에서 배터리 수요 증가가 전망되어 이에 따른 공급 부족도 우려된다. 이에 일본 정부의 적극적인 지원하에 비철금속 각사들이 선두로 리튬이온배터리 재활용 기술 확립을 서두르고 있어 관련 기술 및 회수 시스템 개발 구축이 기대되고 있다. 아울러 자동차 업계도 전기차를 활용한 에너지 매니지먼트나 MaaS(Mobility as a Service), 폐배터리 재사용 및 재활용 등 생산·판매 주변 영역에서 새로운 사업 기회 및 신규 비즈니스 창출이 가속화될 전망이다.

자료: 일본 경제산업성, 환경성, JOGMEC, BASC, NIKKEI신문, NHK, 야노경제연구소, 각 기업 홈페이지 및 KOTRA 도쿄무역관 자료 종합

[출처 = KOTRA GlobalWindow(http://news.kotra.or.kr) / 2023년 7월 4일]