[특집] 전기차 요람에서 무덤까지…

[조원상 기자]

더불어민주당 민생경제위기대책위원회 세미나 개최

내연기관차에서 전기차로의 빠른 전환과 전 세계적으로 전기차 시장이 급성장함에 따라, 아직 걸음마 단계에 있는 충전 인프라, 배터리 재사용(재활용) 산업을 글로벌 탑티어(Top-tier)로 육성하기 위한 방안을 모색하는 자리가 마련됐다.

더불어민주당 ‘민생경제위기대책위원회(위원장 김태년 국회의원, 간사 홍성국 국회의원)’는 지난 2월 23일 국회의원회관에서 ‘전기차 요람에서 무덤까지-충전인프라부터 폐배터리까지 산업육성 방안’ 세미나를 개최, 관계자들의 이목을 집중시켰다.

이번 세미나는 충전인프라와 폐배터리 산업의 시장 현황과 성장성을 진단하고, 산업육성 정책과 과제들을 도출하기 위해 기획됐다는 게 ‘민생경제위기대책위원회’의 설명이다.

김태년 위원장은 “본격적인 성장이 기대되는 전기차 산업뿐만 아니라 충전인프라, 폐배터리 산업 역시 전도유망한, 우리가 키워야 할 핵심 산업이다”며 “활동할 무대가 글로벌 시장이 될 경쟁력을 갖춘 기업을 정책적·제도적으로 뒷받침해야 한다”고 밝혔다.

그는 이어 “더불어민주당은 아직 시작단계에 있는 전기차 충전인프라 구축, 폐배터리 산업들이 제대로 성장할 수 있도록 의원들과 상임위 차원에서 대안을 마련하고 지속적인 관심을 아끼지 않겠다”고 덧붙였다.

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전기차 충전인프라 보급 현황

이날 발제자로 나선 전기차 분야의 최고 권위자인 최웅철 교수(국민대 전자공학부)는 ‘전기차 생애주기 전반의 패러다임 변화’라는 주제로 충전인프라와 폐배터리 산업의 성장성과 발전방안에 대해 발표했다.

최웅철 교수에 의하면 최근 전 세계를 비롯해 국내에서도 환경오염 문제와 관련해 탄소 배출량 감축을 위해 많은 노력을 기울이고 있다. 그 중 교통부문 대책의 일환으로 온실가스 감축에 효과적인 전기차의 보급이 활성화되면서 연도별로 증가 추세다. 국토교통부의 국내 연도별 전기차 보급 현황(누적댓수)에 따르면 2020년 13만 4962대, 2021년 23만 8520대, 2022년 38만 9855대에 달한다.

전기차 보급이 늘어나는 것에 상응하기 위해 충전기별(완속 및 급속) 보급 대수 또한 연도별로 증가하는 추세다. 전력거래소(KPX)의 전기차 및 충전기(완속 및 급속) 보급 이용 현황 분석에 따르면 2018년 2만 7352기, 2019년 4만 4792기, 2020년 6만 4188기, 2021년 10만 6701기 등으로 해마다 증가하고 있다.

정부의 ‘BIG3 산업별 중점 추진과제’ 발표 자료에 의하면 2025년까지 완속충전기 46만기, 급속충전기 5만기까지 확충할 전망이다. IEA(국제에너지기구)에 따르면 실제 국내 충전인프라 현황은 충전기 1대당 전기차 대수 2.6대로 충전기 보급률이 가장 높다.

충전기 1대당 전기차 대수는 전체 전기차 대수를 충전기 대수로 나눈 것으로, 수치가 낮을수록 충전 부담이 낮은 것을 의미한다. 세계 최대 전기차 보급 국가인 중국보다도 더 나은 것으로 조사됐다.

충전인프라의 문제점

하지만 다른 나라에 비해 충전기 보급률이 가장 높지만, 국내 이용자들은 여전히 충전인프라 부족이 전기차 이용 시 가장 큰 문제라고 생각하고 있다는 게 최웅철 교수의 설명이다.

한국전력연구원이 2021년 3월 실시한 전기차 이용자 대상 설문조사 결과를 참고하면 전기차 충전 형태는 활동-통행 형태와 연관도가 높으며, 대부분의 전기차 이용자들은 거주지 및 직장에서는 완속충전기를 주로 이용하고, 장거리 통행 수요가 많은 이용자들은 경유지 같은 장소에서 급속충전기를 주로 이용한다.

이와 관련해 최웅철 교수는 “그동안의 충전인프라는 충전기 대수의 부족이 문제가 아니라 적정 장소에 적정 용량의 충전기 배치가 적절하게 되지 않았다”고 분석했다.

또한 전기차 충전 서비스 업체인 소프트베리가 1532명의 전기차 이용자들에게 충전기를 이용하면서 불편한 점을 조사한 결과, ‘잦은 고장’이라는 응답이 31%로 가장 많았다. 아무리 많은 충전기를 설치해도 품질 관리가 뒷받침되지 않으면 전기차 이용자들이 충전 시 불편을 겪을 수 있음을 보여주는 결과인 셈이다.

최웅철 교수는 향후 전기차 충전인프라 구축 전략과 관련해 몇 가지를 제언했다. 첫째, 그동안 정부를 중심으로 공급자 입장에서 설치하던 충전소를 전기차 이용자들을 중심으로 변화해 설치할 필요가 있다고 제안했다.

또한 그에 맞게 향후에는 단순히 충전기 대수만 늘리는 것이 아니라 전기차 이용자들의 편의성을 극대화하는 방향으로 이용자들의 충전 요구사항에 맞는 충전인프라를 구축하는 것이 중요하다고 전했다. 이외에도 충전기 보급률이 늘어날수록 그에 맞는 유지보수 및 관리가 필요하고, 일반 차량 정비소의 역할을 확대할 필요가 있다고 전했다.

전기차 폐배터리 발생

탄소 배출량의 80% 이상을 차지하는 운송부분의 탄소배출 저감을 위해 제품 및 사업구조의 전동화 전환을 가속화하고 있다. IEA에 따르면 2021년 전 세계 자동차 판매량 약 7980만대 중 전기차 판매량이 660만대로 전년 대비 2배 증가했다. 2021년 말 기준 국내 전기차 보급 대수는 23.1만대로 정부의 보급물량 확대 정책 등의 영향으로 전년대비 71.5% 증가했다.

주요 국가들은 내연기관차 판매 금지 계획 등의 강화되는 환경규제에 따라 전기차 시장의 성장은 가속화될 전망된다. 그리고 전기차 확산 증가에 따라 배출되는 배터리 규모도 확대되고 있다. 폐배터리란 잔존수명 80% 이하의 배터리를 의미하며, 배터리 내부 저항 값이 2배가 되는 시점에서도 폐배터리라고 정의된다.

환경부에 따르면 2030년 전기차 누적 보급 대수는 300만대, 전기차 폐배터리 발생량은 10만 7500개로 추산된다. 전기차 배터리의 수명은 평균 7∼10년으로 우리나라에서는 최근 2018년부터 사용 후 배터리가 배출되기 시작했다.

폐배터리 산업이란 사용이 종료된 배터리의 잔존가치를 평가해 그 결과에 따라 재사용, 재활용하는 산업이다. 폐배터리는 잔존 수명과 상태에 따라 크게 재사용과 재활용의 두 가지 방식으로 처리된다. 재사용은 배터리의 용도를 변경해 사용하는 방식이다.

재활용은 배터리에서 니켈, 망간, 리튬 등의 소재를 회수해 새 배터리 제작에 쓰는 방식이다. 그리고 재활용 및 재사용에 대한 다양한 비즈니스 모델을 바탕으로 산업계의 관심이 증가하고 있다.

폐배터리 재활용 프로세스

폐배터리의 경우 재활용 전 프로세스를 통해 재사용 및 재활용 작업 여부를 판단하게 되는데, 전기자동차 생산업체, 차동 등에 따라 다양한 내부구조 및 디자인으로 설계되어 있어서 탈거 및 해체작업은 작업자의 수작업으로 진행될 수밖에 없는 기술적 한계가 존재한다. 전기차에 사용된 폐배터리의 경우 사용자 마다 잔존수명 및 상태가 각각 다르며, 재사용 및 재활용을 위해서는 폐배터리의 정확한 상황 진단을 통해 분류하는 것이 매우 중요하다. 폐배터리 시장의 안정적인 활성화를 위해서는 배터리 재활용을 위한 배터리 상태 및 수명 진단 시스템이 필요하다.

폐배터리 진단 기술

폐배터리의 등급은 배터리의 잔존용량(용량시험), 내부저항(출력시험) 등의 시험을 통해 A-E까지의 등급으로 분류된다. 전기차 폐배터리 잔존가치 평가의 중요한 요소는 적은 투입비용(시간, 비용 등)으로 신뢰성 높은 결과를 얻는 것을 목표로 한다.

일반적으로 폐배터리의 성능을 평가하는데 소요되는 시간은 24시간 정도로, 회수되는 배터리 수가 증가할수록 배터리 수송이 어렵다. 신뢰성이 높고 측정시간이 최소인 진단기술을 확보하기 위해서는 많은 연구와 지원이 필요한 상황이다.

재사용 및 재활용 방안

전기차 배터리 재활용 가치사슬은 총 4단계(수거 및 검사, 재제조, 전처리, 물질 회수)로 구성된다. 이차전지 재활용의 핵심요소는 경제성이며, 가능한 고부가가치 제품의 재활용을 목표로 한다.

배터리 재활용은 사용한 배터리에서 귀중한 재료와 금속을 회수할 뿐만 아니라 폐기물을 효율적으로 관리하는 데 도움이 된다. ‘2030 이차전지 산업(K-Battery) 발전 전략’에서 언급한 사용 후 이차전지 시장 활성화, 수요기반 확대, 배터리 신사업 등 다양한 분야의 수요시장 창출을 위해서는 정확한 진단 기술 및 상업적 표준이 마련되어야 한다. IT, EV, ESS 외에도 리튬이온 배터리의 사용 영역이 확대됨에 따라 사물 배터리(BoT: Battery of Things)의 시대가 도래 했다.

신속하고, 정확한 폐배터리 진단 이후 재활용 및 재사용 여부에 따라서 친환경 에너지 저장장치 및 배터리 원자재 재활용으로 인한 전기차 가격 감소에 의한 대중화, 친환경 에너지 사업 활성화 등의 기대 효과를 야기할 수 있다. 기술개발의 선점 및 폐배터리 시장의 주도를 위해서는 끊임없는 지원과 정책, 연구개발 활동 등이 지속되어야 한다.

미국 테슬라의 경우 재활용 배터리 생태계 구축의 선두주자로 2019년 4월 자체 배터리 재활용 설비 계획을 발표했다. 중국의 ‘BYD’는 수요 증가에 따라 연간 배터리 생산 용량을 늘릴 계획으로, 수명이 짧은 전기버스 배터리 재사용을 활용한 ESS 개발을 추진하고 있다.

폐배터리산업 활성화 방안

한국의 ‘LG에너지솔루션’은 GM과의 합작법인인 얼티엄셀즈(Ultium Cell)가 북미 최대 배터리 재활용 업체인 리-사이클(Li-Cycle)과 배터리 제조과정에서 발생하는 폐배터리의 재활용 계약을 체결했다.

한국의 ‘삼성 SDI’는 재활용 전문 업체인 피엠그로우와 협력, 스텔란티스(Stellantis)와 함께 미국 첫 전기차 배터리 셀 모듈 합작법인 부지를 인디애나주 코코모시로 선정하고 22억 달러 이상을 투자한다. 한국의 현대, 포스코 HY 등도 ESS 활용방안 실증 및 배터리 재활용 생산라인 준공에 많은 노력을 기울이고 있다.

최웅철 교수는 “폐배터리 산업의 활성화를 위해서는 고속의 배터리 평가기술, 재사용, 재활용에 대한 기술 개발과 인력 양성이 매우 중요하다”고 말했다. 그는 이어 “배터리 평가의 경우 상태진단 기술, BMS 기술, CAN 통신 기술에 대한 전문적인 연구가 필요하고, 재사용의 경우 배터리 수리기술, ESS/재사용품 안전성 평가기술 등에 대한 연구가 필요하다”고 전했다. 아울러 재활용의 경우에는 전기식 안전방전 기술, 배터리 팩 자동해체 기술, 통합 환경 처리시설 등에 대한 지속적인 연구가 필요하다고 덧붙였다.

사용 후 배터리 산업 환경 “아직 초기단계”

토론자로 나선 이기헌 산업통상자원부 사무관(배터리전기전자과)은 “사용 후 배터리의 재사용, 재활용 활성화는 폐기물 처리부담 완화 및 탄소배출 저감에 기여가 가능하고, 사용 후 배터리 재활용을 통해 리튬, 니켈 등 핵심광물의 해외의존도 완화 및 공급망 안전성 제고도 기대된다”면서도 “국내의 사용 후 배터리 산업 환경은 아직 초기단계다. 2021년 이후 국내 등록된 전기차에 대한 사용 후 배터리 회수ㆍ관리체계가 미흡한 상황이고, 재사용 사업은 예비안전기준을 활용한 실증 형태로 진행되고 있는 등 안전성 검사제도도 없다”고 지적했다.

그는 또 “전기차는 자동차 관리시스템(국토부), 폐배터리는 폐기물관리시스템(환경부) 등 배터리 생애주기에 대한 정보도 분절적으로 관리 중”이라고 전했다.

박재범 포스코경영연구원 수석연구원은 “전기차 제조 과정상의 이산화탄소 발생량 누적 시, 전기차도 다수의 이산화탄소를 배출한다”며 “제조 과정의 이산화탄소 감축이 중요한다”고 전했다. 아울러 “폐배터리 재활용을 통해 이산화탄소 저감 및 친환경 자원순환체계 구축이 중요하다”고 전했다.

김경미 환경부 서기관은 “올해 전기차 충전기 설치 예산이 2,925억 원으로 지난해 1,975억 원보다 45% 확대됐다”며, 전략적ㆍ맞춤형 충전시설 확대, 충전 편의성 제고 및 신기술 지원, 민간참여 및 협력 확대 등을 약속했다.

황재곤 신한투자증권 연구위원은 충전인프라와 관련해 “고정비 대비 낮은 이용률(매출)로 적자...투자비 조달이 숙제”라면서 “우수 입지 확보를 통한 이용률 상승과 부가서비스 접목을 통한 추가 수익 확보가 필요하다”고 제안했다.