https://www.analog.com/en/signals/articles/end-of-life-electric-vehicle-batteries.html
 

글: 지나 아퀼라노(Gina Aquilano) 오토모티브 기술 디렉터 | 아나로그디바이스(Analog Devices)
 
주위를 한 번 둘러보라. 도로를 달리는 전기 자동차(EV)들이 소리 소문 없이 부쩍 늘어난 것을 볼 수 있을 것이다. 실제로 세계 경제 포럼(WEF)에 따르면, 2020년에 230만 대의 전기차가 판매되었다. 불과 5년 전에 비해 4배나 증가한 것이다. 소비자들의 요구가 높아지고, EV 배터리 충전 인프라가 확충되고, 각국 정부들이 전기차에 유리한 정책들을 도입함에 따라서 전기차로의 전환이 점점 더 빨라지고 있다. EV가 내연 기관과 화석 연료에 대한 친환경 대안으로 인식되고는 있으나, EV에도 아킬레스건이 존재한다. 0.5톤에 달하는 EV 배터리가 더 이상 자동차를 구동하기에 충분한 전하를 저장하지 못하게 되었을 때 그 모든 배터리를 어떻게 처리할 것인가 하는 것이다.
 
오늘날 가장 일반적인 대응책은 EV 배터리 재활용이다. 즉, 배터리로부터 코발트나 리튬 같은 일부 원재료를 회수하는 것이다. 하지만 EV 배터리 재활용을 위해서는 비용이 많이 들고, 규제가 미비하며, 정확히 정의된 공급망이 갖춰지지 않았다.
 

 
동영상: 지나 아퀼라노(Gina Aquilano) ADI 기술 디렉터가 배터리 재사용과 재활용이 중요한 이유에 대해 설명한다.
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Direct Link: https://www.analog.com/en/education/education-library/videos/6293376384001.html
 
점점 더 늘어나는 폐 배터리 처리 비용
배터리는 전기차 가격 구조에서 여전히 많은 비중을 차지한다. 배터리는 전기차의 심장 역할을 하며, EV 차 가격에서 거의 30%를 차지한다. 배터리 소재와 관련 전자장치들이 발전하면서 배터리 가격은 점점 떨어지고 있으며 효율적인 배터리 재사용과 재활용이 가능해지고 있다. 이러한 요인들에 힘입어 EV 채택률은 티핑 포인트(tipping point)를 지나 더욱 더 빠르게 가속화할 것으로 기대된다.
 
~30%
EV 가격에서 배터리가 차지하는 비중
출처: 2021 전기차 통계 및 팩트 | Policy Advice
 
배터리 라이프사이클 전반에 걸친 효율적인 배터리 상태 모니터링은 배터리 구매자와 판매자 사이에 신뢰를 높일 수 있다. 이러한 신뢰는 배터리를 하나의 자산으로서 취급할 수 있도록 하고 자동차 제조사들이 배터리에 대한 투자 비용 일부를 회수할 수 있도록 할 것이며, 그로 인한 혜택은 소비자들에게 돌아갈 것이다.
 
2035년부터 매해 1천만 개의 배터리 폐기(이집트의 기자(Giza) 대피라미드보다 더 큰 분량)
 

 
현재 도로 상에 주행 중인 전기차 수는 1천만 대에 이른다. 2025년에는 연간 EV 판매 대수가 1천만 대에 이를 것으로 전망된다¹. EV 배터리의 평균 유효 수명이 대략 10년인 것을 감안하면, 2035년에 폐기되는 연간 EV 배터리 규모는 이집트 기자(Giza) 대피라미드보다 1.3 ~ 1.5배 더 클 것이다(580만 톤)².
 
^1. 전세계 EV 판매 전망, 2020-2030 – 표 – 데이터와 통계, IEA
^2. 전기차가 본격화하면 배터리 재활용 필요성이 대두될 것 (nationalgeographic.com)

   
배터리 재사용은 배터리 팩을 분해하고 여전히 쓸 만한 양의 전하를 저장하는 셀들을 추려내고 이 셀들을 사용해서 팩을 재조립하는 것이다. 이것은 재활용에 대한 대안적인 개념이자 좀더 정확하게는 중간 단계라고 할 수 있다. 전기차의 리튬이온 배터리가 원래 충전 용량의 70 ~ 80%로 성능이 떨어지면(통상 8 ~ 10년 후) 차를 더 이상 효율적으로 구동할 수 없게 되므로 배터리를 교체해야 한다. 일선에서 물러나는 이러한 배터리가 점점 늘어남에 따라서 ‘세컨드 라이프 배터리’라고 하는 새로운 시장이 형성되고 있다.
 

“5년 후에는 도로 상에 EV가 지금보다 5배 더 많아질 것이다. EV로부터 배터리 자산을 재사용하고 재활용함으로써 순환 경제를 이룩하고 에너지를 절약하고 소비자들을 위한 가치를 높일 수 있다.”
패트릭 모건(Patrick Morgan) 자동차 및 지속가능 에너지 부사장 / 아나로그디바이스
 
배터리 팩이 전기차 가격 구성의 30% 이상을 차지하므로, 배터리 제조사, 자동차 제조사, 규제 기관, 보험 회사까지도 2차 시장을 육성할 경제적 및 환경적 이유는 충분하다. 전기차 배터리를 재사용할 수 있는 가장 직접적인 애플리케이션은 에너지 저장 시스템(ESS)이다. 일차적인 사용을 마친 배터리 팩으로부터 쓸모 있는 셀들을 추려내서 재생 에너지 망 내의 풍력, 태양광, 수력, 지열 플랜트 등으로부터 생산된 여분의 전력을 저장하는 용도로 재사용할 수 있다. EV 배터리를 해체하고 더 작은 배터리 모듈로 재조립해서 전동 공구, 지게차, 전기 스쿠터 같은 데에 활용할 수도 있다.


EV 배터리 라이프사이클 - 제조에서부터 첫 번째 생애와 두 번째 생애를 거쳐서 재활용까지
 
이제 막 태동하기 시작한 세컨드 라이프 배터리 시장은 기술, 품질 관리, 구현 상의 과제들을 안고 있다. 예를 들어서 오늘날 EV 배터리는 전기 배선 하네스를 사용해서 배터리 충전 상태를 모니터링한다. 배터리를 교체하기 위해서는 이러한 배선 하네스를 제거해야 하므로 비용이 늘어나고 설계도 복잡해진다. 유선 배터리 모니터링 시스템(BMS)을 무선 BMS(wBMS) 기술로 교체하면 전기차의 크기, 무게, 원자재 비용을 줄일 수 있다. 뿐만 아니라 배터리 팩을 분해하고 다시 조립할 때 로봇을 활용해서 이 작업을 더 안전하고  확장가능한 프로세스가 가능하게 한다.
 

“wBMS는 배선 하네스를 제거함으로써 이전에 가능하지 않던 많은 것을 가능하게 한다. 예를 들어서 배선 하네스를 제거함으로써 로봇을 활용해서 배터리 팩을 조립하고 분해할 수 있다. 그럼으로써 배터리를 세컨드 라이프 애플리케이션으로 전환할 때 효율을 높일 수 있다.”
로저 킨(Roger Keen) e-모빌리티 총괄 매니저 / 아나로그디바이스

   
몇몇 조사에 따르면, 세컨드 라이프 배터리 애플리케이션이 배터리 수명을 6 ~ 30년까지 연장할 것이라고 한다. 하지만 궁극적으로 이 수명은 배터리를 일차적인 용도로 활용할 때 어떻게 취급하는가에 따라서 좌우될 것이다. 이 점에서 있어서도 무선 배터리 관리 시스템(wBMS)이 유리할 수 있다. 배터리 라이프사이클 전반에 걸쳐서 비접촉 방식으로 배터리 데이터를 수집할 수 있기 때문이다. 이 데이터를 클라우드로 전송하고 배터리의 보안 ID와 결합시킬 수 있다.
 
6 ~ 30년
EV에서 퇴출된 후 추가로 가용한 배터리 수명
출처: 나의 EV 배터리 수명은 얼마일까? (수명을 늘리는 세 가지 팁) – 우려하는 과학자 연맹(ucsusa.org)
 
배터리 용도를 변경하고자 할 때 판매자는 이 데이터를 활용해서 배터리 상태에 대한 이력을 제공할 수 있다. EV 소유자가 이 배터리를 완전히 또는 부분적으로 충전하고 방전한 횟수는 몇 번인가? 이 EV의 사고 이력은 어떤가? 차량 유지보수 기록은 무엇을 말하는가? 뿐만 아니라 통상적으로 데이터를 수집할 수 없던 장소들에서도 이러한 상세한 상태 모니터링이 가능하다. 예컨대, 창고에서 새 배터리 또는 세컨드 라이프 배터리를 적절히 보관했는가, 운송 중에는 무슨 일이 일어나지 않았는가, 등을 확인할 수 있다.
 
모든 배터리는 사용과 재사용을 거쳐서 결국에 분해되어 재활용된다. 무선 BMS 기술은 비접촉으로 상태를 파악할 수 있으므로 빠르게 재사용 또는 재활용 의사결정을 할 수 있다. 재사용 또는 재활용에 대한 의사결정이 이루어졌으면, 구매자와 판매자는 상태 데이터를 활용해서 표준화된 거래 조건으로 배터리 가치를 공정하게 평가하고 판매 가격을 합의할 수 있다. 업계가 등급 표준을 정해서 적게 사용된 AAA 등급 배터리와 부실하게 관리된 배터리를 구분할 수도 있다.
 

“EV의 핵심은 배터리이다. 배터리 관리 시스템(BMS)은 배터리 신뢰성과 수명을 극대화하도록 한다. 이것은 EV 보급에 장애가 되는 걸림돌들을 제거하도록 기여할 것이다. BMS 정확도가 우수할수록 배터리 셀 상태를 더 잘 이해할 수 있고, 배터리로부터 더 높은 용량을 끌어낼 수 있으며, 배터리 팩 역시 더욱 안정적으로 동작할 것이다.”
마이크 컬트겐(Mike Kultgen) 배터리 관리 시스템 총괄 매니저 / 아나로그디바이스

   
전기차 보급이 빠르게 가속화하고 있으며, 보다 친환경적인 교통 수단으로 자리잡는 데 있어서 배터리가 핵심적인 기여를 할 것이다. 세컨드 라이프 배터리 재사용은 재활용으로 넘어가기 전에 새로운 가치를 창출할 수 있는 중간 단계로서, 이 시장의 성공은 배터리를 일차 용도로 활용할 때 어떻게 취급하는가에 따라서 크게 좌우될 것이다. 따라서 배터리 활용 수명 전반을 고려해서 배터리와 BMS를 설계해야 한다. 그러기 위해서는 배터리 공급사나 자동차 제조사들에게 사고의 전환이 필요하다. 이것은 장기적으로, 환경적으로 지속가능하고 경제적으로도 이득인 새로운 길을 열 것이다.
 

 
그 밖에도 자동차 업계는 현재뿐만 아니라 미래를 위해서 많은 환경적 및 사회적 노력들을 펼치고 있다. 이러한 노력으로서 배터리 원재료에서 채굴 관행이 논란이 되고 있는 코발트를 제거하는 것과 진정한 탄소 제로 자동차를 실현하도록 알루미늄이나 플라스틱 같은 자동차 원자재 생산 시에 탄소 배출을 줄이는 것을 들 수 있다*¹.
 
ADI 역시 공격적으로 환경적 지속가능성 목표를 세우고 이러한 노력에 동참하고 있다. ADI는 2050년까지 순 배출 제로(net zero emission)를 달성하고, 2030년까지 탄소 중립(carbon neutrality)을 달성하고, 2030년까지 자사의 모든 설비에서 이산화탄소(CO2) 및 탄소배출량(CO2e) 배출과 물 사용을 절반으로 줄일 계획이다.
 
머지않아 우리 모두가 EV를 타고 다닐 날이 올 것이다. EV는 환경을 보호할 뿐만 아니라, 그 안의 EV 배터리가 첫 번째 생을 마감하고 두 번째 생으로 재탄생해서 또 다른 자동차, 에너지 저장 시스템, 그 밖에 다른 애플리케이션에 재활용됨으로써 지속가능한 세상을 실현하는데 기여할 것이다.
 

 
*¹   출처: 탄소 제로 자동차: 원자재 생산 시의 배출 저감 | 맥킨지(McKinsey)
 
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