대구 성서산업단지 내 한국환경공단 영남권 미래폐자원 거점수거센터에 폐배터리가 보관돼 있다. 이동현기자

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중국발(發) '자원 무기화'로 글로벌 공급망 위기가 고조되면서 '사용 후 배터리(이하 폐배터리)' 시장이 새 격전지가 되고 있다. 폐배터리에서 리튬, 니켈, 코발트 등 핵심 광물을 추출하는 '도시광산(Urban Mining)' 산업은 단순한 재활용을 넘어 탄소 중립과 공급망 자립을 동시에 달성할 '전략적 열쇠'로 평가받는다. 현재 글로벌 폐배터리 재활용 시장은 2040년 약 2천억 달러(약 290조 원) 규모로 성장이 예견되며, 국내 발생량 또한 2030년 10만 개를 상회할 것으로 전망된다.

정부는 '순환자원' 지정을 통한 규제 완화와 세제 지원 등 산업 육성책을 마련 중이며, 국내 주요 대기업들도 배터리 소재부터 재활용까지 이어지는 밸류체인 구축에 속도를 내고 있다. 대구와 경북은 지역 간 인프라 결합을 통해 광역 단위의 공급망 대응 체계를 모색 중이다. 대구 성서의 '미래 폐자원 거점수거센터'와 달성의 '2차전지 순환파크'가 수거 및 성능평가를 담당하고, 포항의 '리사이클링 규제자유특구'가 핵심 광물을 추출·재생산하는 구조다.

◆수입 의존 한국, 폐배터리 자원시장 '개막'

세계적으로 리튬·코발트·흑연 등 핵심광물 매장과 가공은 중국·호주 등에 편중돼 있다. 이로 인해 자원을 정치·외교적 수단으로 활용하거나 심지어 수출까지 통제하는 일이 잦아지면서 수입 의존도가 높은 한국은 피해를 보고 있다. 특히 핵심 산업 소재로 쓰이는 탄산리튬(중국 의존도 76%), 산화코발트(76%), 망간(92%), 천연흑연(98%) 등의 높은 중국 의존도는 업계 발목을 잡으면서 대안 마련이 시급하다.

글로벌 전기차시장 확대로 폐배터리 발생량은 기하급수적으로 늘어날 전망이다. 시장조사기관 SNE리서치는 폐배터리 발생량이 2030년 338GWh에서 2040년 3천339GWh로 급증해 재활용 시장 규모도 2040년 약 2천억달러(한화 약 290조원)에 이르는 천문학적 금액이 될 것으로 내다봤다. 이는 연평균 성장률(CAGR)이 33%에 육박하는 수치다. 국내 사정도 다르지 않다. 기후에너지환경부에 따르면 국내 전기차 폐배터리 발생량은 올해 4만2천92개에서 2030년 10만7천520개로 급증한다. 업계는 2030년이 되면 시장으로 나오는 폐배터리가 10만개에 이를 것으로 추산한다. 거대한 자원 시장이 새롭게 열림을 의미한다. 전량 수입에 의존하는 핵심 광물을 국내에서 조달할 수 있다는 점에서 무역수지 개선 효과도 상당할 전망이다.

◆ EU·美 글로벌 시장 선도, 韓 출발선

글로벌 주요국들은 발빠르게 재자원화 산업에 힘을 쏟고 있다. EU는 재자원화 산업육성을 제도화하고 관련 프로젝트·기술개발에 막대한 자본을 지원한다. 특히 EU핵심원자재법은 2030년 전략 원자재 소비량의 25%를 재자원화로 조달하는 내용을 담고 있어, EU가 재자원화에 선도적 권역으로 손꼽힌다. 미국도 핵심광물 재자원화 보조금 프로그램 등을 통해 배터리 재자원화 부문에 융자와 보증을 지원하고, 보조금도 지급한다.

핵심광물 재자원화 개념도. <공급망안정화위원회 산업 공급망 내재화를 위한 핵심광물 재자원화 활성화 방안서 발췌>

하지만 한국의 재자원화 산업 기반은 미약하다. 정부는 산업이 워낙 진입 장벽이 높아 민간 진출이 어렵고 국내 기업의 신규 투자 여력도 없는 상황이라고 진단했다. 폐기물 규제와 원료 수급 불안정, 재자원화 지원 정책·제도가 미흡한 점도 취약한 기반 원인으로 꼽혔다.

정부는 자원 안보 차원에서 재자원화 산업 육성을 서두르고 있다. 구윤철 경제부총리 겸 재정경제부 장관은 최근 "미·중 패권 경쟁 속 핵심광물 확보는 국가 생존의 문제"라며 "재자원화는 선택이 아닌 필수"라고 한 바 있다. 정부도 '핵심광물 재자원화 활성화 방안'을 통해 2030년까지 리튬·니켈 등 10대 전략 핵심광물의 재자원화 비율을 20%까지 끌어올리겠다는 목표다.

이를 위해 그간 '폐기물'로 분류돼 규제에 묶여 있던 사용 후 배터리를 '순환자원'으로 지정, 폐기물 규제를 면제하는 제도를 대폭 정비한다. 재자원화 산업을 한국표준산업분류(KSIC)에 별도 업종으로 신설하고, 관련 시설 투자 시 세제 혜택을 주는 등 기업 지원책도 마련했다. 재자원화 초기 산업 생태계 구축을 위해 배터리 자원순환 클러스터(경북 포항)에 핵심광물 재자원화 기능을 신설한다. 구윤철 부총리는 "자원 안보 차원에서 공급망 안정화 기금을 활용해 재자원화 선도 기업을 적극 육성해야 한다"고 강조했다.

전남 광양 율촌산단에 위치한 포스코hy클린메탈 폐배터리 재활용 공정. <포스코hy클린메탈 제공>

국내 주요 대기업은 이미 밸류체인 구축에 사활을 걸었다. 포스코그룹은 GS에너지와 합작해 포스코HY클린메탈을 설립하고, 전남 율촌산단에 폐배터리 재활용 공장을 가동 중이다. 배터리 소재부터 재활용까지 이어지는 순환고리를 완성하겠다는 구상이다. SK이노베이션은 폐배터리에서 수산화리튬을 회수하는 독자 기술을 개발하고 성일하이텍과 합작법인을 설립하는 등 시장 선점에 나섰다.

삼성SDI는 폐배터리 재활용 전문기업인 성일하이텍 지분에 투자하며 안정적인 소재 확보망을 구축했다. LG에너지솔루션도 중국 1위 코발트 생산업체 화유코발트와 손잡고 중국 현지에 배터리 리사이클링 합작법인을 세웠다. 배터리 패권 경쟁이 '생산'을 넘어 '회수'로 확장되고 있다.

하지만 대구경북과 같은 지역의 체감도는 뜨겁지 않다. 이정우 대구기계부품연구원 선임연구원은 "아직 폐배터리 재활용 시장의 초기 비용이 높고 경제성이 낮아 대기업을 제외하면 중소·중견기업이 새롭게 진입하긴 쉽지 않지만 전기차 확대에 따라 배터리 산업 못지않은 시장이 될 것"이라고 전망했다.

◆ 대구-경북 결합해 밸류체인 구축 선도

대구시는 인프라 선점을 통해 돌파구 마련에 나섰다. 달성2차산업단지 내 옛 폐기물처리시설 부지에 '2차전지산업 순환파크' 조성에 착수한 것. 폐배터리를 용도별로 분류하는 '사용 후 배터리 시험평가센터'는 이미 구축 완료됐고 2차전지 원자재 분석 지원센터, 자원순환 산업화 지원센터 구축도 계획 중이다. 재활용 전주기 생태계 구축을 위해 민간기업 유치도 추진하고 있다.

2차전지산업 순환파크가 완공되면 지역 밸류체인 완성도가 높아진다. 대구 성서산업단지에 구축된 '영남권 미래폐자원 거점수거센터'가 폐배터리를 회수하면 순환파크에서 이를 가공(전처리)하고, 여기서 재생산된 블랙파우더 등 원료를 순환파크 내 기업이 소비하거나 포항의 배터리 리사이클링 규제자유특구로 보내면 'TK 광역 도시광산 밸류체인'이 구축된다.

대구 성서산업단지 내 영남권 미래폐자원 거점수거센터. 대형 랙에 폐배터리들이 보관돼 있다. 이동현기자

영남권 미래폐자원 거점수거센터에서 폐배터리의 성능 평가가 진행 중이다. 이동현기자

다행스러운 건 대구에서도 폐배터리를 활용한 순환경제가 태동하고 있다는 점이다. 영남권 미래 폐자원 거점수거센터에서 그 가능성을 엿봤다.

지난 22일 대구 달서구 성서산업단지 내 '영남권 미래 폐자원 거점수거센터'(이하 센터). 거대한 창고 문이 열리자, 대형 랙(Rack)에 수명을 다하고 이곳으로 모인 전기차 폐배터리가 모습을 드러냈다. 한국환경공단이 운영하는 센터 내부는 마치 대형 물류센터를 방불케 했다. 연간 400개의 폐배터리를 수거해 보관할 수 있는 영남권의 핵심 기지다.

이곳에 보관된 폐배터리들은 2021년 이전 등록된 전기차에서 나온 것이다. 대기환경보전법에 따라 해당 차량의 폐배터리는 지방자치단체에 의무적으로 반납해야 한다. 정부는 이를 효율적으로 관리하기 위해 영남권을 비롯해 수도권·호남권·충청권 등 전국 4개 권역에 거점수거센터를 구축했다.

◆ '재사용'과 '재활용'으로 엄격한 등급 판정

센터로 입고된 배터리는 '회수→보관→성능평가→매각'이라는 체계적인 과정을 거친다. 핵심은 성능평가다. 평가에서 측정된 배터리 잔존 수명(SOH)에 따라 배터리의 운명이 '재사용'과 '재활용'으로 갈린다. 성능평가 결과 SOH가 60% 이상이면 재사용 판정을 받는다. 이 경우 에너지저장장치(ESS) 등 다른 용도로 다시 사용된다.

반면, SOH 60% 미만인 배터리는 재활용 대상으로 분류돼 민간에 매각된다. 배터리로 성능을 내기 힘든 것들로 분해와 파쇄 과정을 거쳐 리튬, 코발트, 니켈 등 고가의 핵심 광물을 추출하는 원료가 된다. 이것이 바로 '도시광산'의 핵심 개념이다.

2차전지 순환파크 내 사용 후 배터리 시험평가센터에 구축된 안전성 평가 장비. 방폭시험을 위해 방폭문과 소화장비가 마련돼 있다. 이동현기자

재활용 판정이 내려지면 민간기업으로 넘겨져 방전과 해체 공정에 들어간다. 이를 잘게 부숴 가루 형태의 '블랙파우더'를 만들고, 습식 제련 등 화학적 공정을 통해 리튬, 니켈 같은 유가금속을 뽑아낸다. 추출된 광물은 다시 양극재 공장으로 보내져 새 배터리의 원료가 된다.

2차전지 순환파크 내 사용 후 배터리 시험평가센터에 구축된 안전성 평가 장비. 방폭시험을 위해 방폭문과 소화장비가 마련돼 있다.

◆ 소각장이 미래 산업 기지로…달성군 '순환파크'의 도약

대구시는 지난해 코스닥 상장사인 분체이송 전문기업 <주>디와이피앤에프와 1호 투자협약을 체결했다. 디와이피앤에프는 순환파크 내 1만1천310㎡ 부지에 137억 원을 투자해 사용 후 배터리 재활용 공장을 신설한다. 시는 분체이송 기술력을 바탕으로 배터리 재활용 신시장에 선제적으로 대응하기 위해 이번 투자를 결정했다.

2차전지 순환파크 옆 엘앤에프 구지3공장. 이동현기자

순환파크 바로 옆에 공장이 있는 지역 배터리 대표 기업 엘앤에프의 행보도 주목된다. 엘앤에프는 단순 폐배터리 재활용만이 아닌 양극재 생산까지 이어지는 '순환경제 생태계(Value Web)' 구축에 공을 들이고 있다. 지난해 10월 국내 최초로 '2차전지 순환경제 생태계 구축'이라는 담론이 대구 미래혁신기술박람회(FIX 2025)에서 제기되기도 했다. 글로벌 양극재 기업 엘앤에프와 대구시, 지능형자동차부품연구원(KIAPI) 주관으로 열린 '2차전지 순환경제 생태계 포럼'에서 글로벌 공급망 위기 등에 대응해 '2차전지 순환경제 생태계' 구축과 '벨류웹(Value Web, 가치망)'으로의 새로운 패러다임 전환이 필요하다는 목소리가 나왔다.

포항에 구축된 자원순환 클러스터 운영체계 예시. <공급망안정화위원회 산업 공급망 내재화를 위한 핵심광물 재자원화 활성화 방안 발췌>

◆ 대구-포항 잇는 '광물 로드'

대구의 이 같은 인프라는 포항의 '자원순환 클러스터', '2차전지 리사이클링 규제자유특구'와 결합해 강력한 시너지를 낼 것으로 기대된다. 대구 성서의 거점센터가 폐배터리를 모으고, 달성군의 순환파크가 이를 검증·분류해 1차 가공(전처리)을 마치면 순환파크 내 재활용기업이나 포항의 기업들이 이를 넘겨받아 최종적으로 광물을 추출하는 'TK 광역 밸류체인'이 완성되는 것. 물류비 절감은 물론, 지역에서 자원을 안정적으로 조달하는 공급망 안보 측면에서도 의미가 크다.

기후에너지환경부에 따르면 올해 국내에서 발생할 사용 후 배터리는 4만2천여 개, 2030년에는 10만 개를 훌쩍 넘길 것으로 전망된다. 업계에서는 전기차 보급이 본격화된 2017년을 기준으로 배터리 교체 주기(7~10년)가 도래하는 올해를 '폐배터리 재활용 산업의 원년'으로 본다.

손병홍 대구시 배터리융합산업팀장은 "아직 초기 단계라 경제성을 논하기 어렵지만 전기차 폐차 물량이 쏟아지는 2030년엔 상황이 완전히 달라진다"며 "대구의 탄탄한 수거·검증 인프라와 경북의 추출·소재 기술이 결합하면 대구경북은 명실상부한 글로벌 도시광산의 허브가 될 것"이라고 내다봤다.

◆ 경제성·환경규제 넘어설 R&D 인프라 시급

화려한 '도시광산' 청사진 이면에는 짚고 넘어가야 할 구조적 한계와 그림자도 있다. 우선, 폐배터리 재활용 시장은 초기 비용이 높고 경제성이 낮아 대기업을 제외한 중소·중견기업의 진입이 쉽지 않은 구조다. 자칫 지역 중소기업들이 독자적인 경쟁력을 갖추지 못하고 대기업의 단순 하청기지로 전락할 수 있다는 우려를 낳는다.

또한, 배터리를 파쇄해 블랙파우더를 만들고 화학적 공정으로 광물을 추출하는 과정은 필연적으로 환경 유해 물질 발생과 폭발 등의 안전 위험을 수반한다. 핵심광물 중 하나인 희토류 가공기술이 왜 중국에서 발달했는지를 보면 위험성을 알 수 있다. 지역의 한 희토류 영구자석 기업 A사에 따르면 중희토류를 금속으로 가공하는 메탈라이징 양산 설비는 전세계에서 중국에만 있는데, 이는 환경 규제가 전무하기 때문이라고 전했다. 배터리도 양산에 이르기까지 많은 시간과 사회적 비용을 감수해야 한다는 의미다.

'도시광산'이라는 장밋빛 이름에 가려진 환경 오염 가능성과 주민들의 불안감을 해소하기 위한 투명한 소통 및 엄격한 환경 규제 장치가 마련되지 않는다면 사업의 첫발조차 떼기 힘든 상황이다. 진정한 의미의 'TK 광물 로드' 가 완성되려면 대·중소기업 간 상생 생태계 조성과 촘촘한 환경·안전망 구축, 주민 수용성 확보가 병행되어야 할 것이다.

지난해 10월 23일 대구 엑스코에서 열린 '2차전지 순환경제 생태계 포럼'에서 포항공과대학교 정우철 교수가 종합토론 좌장을 맡아 패널들과 의견을 나누고 있다. 영남일보DB

정우철 포항공과대학(포스텍) 신소재공학과 교수는 영남일보와의 인터뷰에서 "미국의 인플레이션 감축법(IRA), EU의 핵심원자재법(CRMA) 등 글로벌 규제가 우리나라에 위기가 될 수 있지만 동시에 기회도 될 것"이라며 "단순히 배터리 산업 내 폐배터리를 재활용하는 '밸류체인'에서 더 나아가 연결된 모든 산업분야에서의 순환을 일컫는 '벨류웹' 전략이 필요하다. 2차전지 산업은 소재산업뿐만 아니라 부품-완성차-IT와 같은 다양한 산업과 얽혀있기 때문"이라고 진단했다.

정우철 교수는 현재 국내 배터리 산업이 직면한 가장 큰 위협으로 '물류 시스템의 비효율성'과 '통합 컨트롤타워의 부재'를 지목했다. 1세대 전기차들의 대규모 폐차 시기가 도래하는 2027년 무렵이면 폐배터리에서 얻는 자원량이 자연 채굴량과 맞먹을 것으로 예상되지만, 쏟아지는 물량을 안전하게 수용할 국가 단위의 시스템이 턱없이 부족하다는 것이다.

정 교수는 "수거부터 운송, 안전 보관, 핵심 자원 추출에 이르는 전 과정이 제주도의 사례처럼 하나의 톱니바퀴처럼 맞물려 돌아가야 한다"며 "특히 대구·경북 배터리 특구를 중심으로 실효성 있는 자원 순환망을 조속히 마련해야 한다"고 촉구했다. 아울러 단순한 제조 단계를 뛰어넘는 '열린 생태계'의 중요성도 역설했다. 기업의 지속가능성은 결국 환경 친화적인 부산물 처리 능력에 달려 있으며, 이를 위해서는 소재, 환경, 자원 회수 등 각기 다른 분야의 기술과 기업 간 융합이 필수적이라는 의미다. 그는 기존 산업계의 폐쇄적인 관행에서 벗어나, 다양한 분야의 전문가들이 지식과 기술을 교류할 수 있는 '차세대 융합형 산업단지' 모델을 대안으로 제시했다.

대구·경북 지역이 가진 잠재력에 대해서도 긍정적 비전을 내놨다. 지역 내 탄탄하게 뿌리내린 전통 제조업 인프라에 폐기물 처리 및 자원 재활용 시스템을 접목한다면 강력한 시너지가 발생할 것이라는 분석이다.

정 교수는 "일반적인 기술이 머리에서 탄생한다면, 자원을 순환시키는 기술은 환경과 미래를 생각하는 절실함에서 비롯된다"고 짚으며, "한국 배터리 산업(K-배터리)의 장기적인 경쟁력은 완벽한 전주기 순환망 완성에 있는 만큼, 이번 포럼이 지역사회의 역량을 하나로 모으는 마중물이 되기를 기대한다"고 덧붙였다.

이동현(경제)기자 shineast@yeongnam.com

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