이차전지 폐수

남광현 대구정책연구원 선임연구위원

일차전지는 알카라인 건전지가 대표적인데 1800년대에 개발되어 아직도 TV 리모컨 등 다양하게 사용되나 한번 사용하면 재충전할 수 없다. 반면 이차전지는 1980년대에 본격적으로 개발되기 시작했고 리튬 이온 전지와 같이 방전 후에 충전하여 반복적으로 사용할 수 있어 매우 경제적이고 환경친화적이다. 비교적 최근인 2019년에 이차전지를 개발한 공로로 3명의 과학자가 노벨화학상을 공동으로 수상하는 등 이차전지는 획기적인 새로운 분야이다.

이차전지는 스마트폰, 노트북, 태블릿과 같은 이동형 정보기기(IT)의 폭발적인 수요와 함께 급격하게 발전했다. 여기에다 친환경 교통수단 수요에 따른 전기자동차(EV) 보급 확대와 2050탄소중립에 대응한 재생에너지 저장시스템(ESS) 수요 증가로 글로벌 이차전지 시장 규모는 2020년 461억 달러에서 2030년에는 3517억 달러로 무려 8배 이상 증가할 것으로 전망하고 있다. 아울러 환경보호와 자원재활용 규제 강화에 따라 EU시장이 중심이 되어 전세계 이차전지 재활용 시장은 2023년 81억 달러에서 2033년 857억 달러로 30% 가까운 높은 성장률이 전망된다.

이에 정부는 지난 2023년 7월 용인·평택과 구미에는 반도체, 천안·아산에는 디스플레이, 포항·울산·청주·새만금 등 4곳에는 이차전지를 첨단전략산업 특화단지로 각각 지정하였다. 지정된 특화단지에는 2047년까지 681조원의 민간투자 계획에 맞춰 공공기관·국비를 통한 전력·용수 등 기반시설 집중적 구축, 투자인센티브 제도 확충 등 다양한 지원사업을 전개할 예정이다. 특히 이들 산업에 다량으로 필요한 용수는 불순물(이온, 유기물, 미생물, 미립자, 기체 등)들을 극히 낮은 값으로 억제하여 이론적 순수에 근접한 물인 초순수(Ultrapure Water)인데 국내의 공급 기반은 아직 취약하다.

한편 새로운 소재를 사용하고 첨단 제조공정의 도입으로 인해 다수의 불특정 오염물질이 다량 포함된 폐수가 발생할 가능성이 크다. 특히 이차전지는 양극재(전구체), 음극재, 분리막, 전해액(전해질) 등 리튬배터리 4대 소재의 제조공정에서 다량의 ‘이차전지 폐수’가 발생한다. 그리고 이차전지 재활용 공정에서도 망초(Na2SO4)와 같은 염이 고농도로 포함된 ‘이차전지 폐수’가 발생한다. 실제 전구체를 연간 100만t 생산하는 시설에는 무려 375만t의 폐염이 발생한다고 하며, 이외에도 유가 중금속, 금속류, 암모니아와 염소이온, 유기물질, 인, 용존고형물 등 다수의 오염물질이 다량 발생한다.

이에 ‘이차전지 폐수’는 개별폐수처리시설을 통해 배출허용기준 이내로 처리후 공공 폐수처리시설이나 하수처리시설로 연계 처리하여 방류수 기준 이하로 처리하여 공공수역으로 최종 배출해야 한다. 그런데 방류수 기준에 주요 물질인 리튬, 코발트, 황산이온 등에 대한 배출허용기준이 아직 없고, 이들 물질과 불특정 물질의 복합영향으로 방류수의 생태독성도 우려된다. 따라서 이차전지 특화단지 내에는 생산자와 협력한 ‘이차전지 폐수’ 최적가용처리기술(BAT) 개발과 함께 폐수처리수 재이용 생태계의 활성화가 필요하다.