테슬라 공동 설립자이자 전 CTO J.B 스트라우벨이 전하는 배터리 재활용에 대한 기술과 비전

우리가 배터리와 EV에 넣는 모든 재료는 소진되거나 분해되지 않는다. 금속의 99%는 수백 번에서 수천 번 계속 반복해서 재사용될 수 있다.

- J.B 스트라우벨 -

 

배터리는 일상생활에서 필수적인 부분으로 자리매김하고 있다. 스마트폰에서 노트북, 전기 자동차에 이르기까지 모든 것에 전력을 공급하고 있다. 특히 전기 자동차의 더 많은 사용에 따라 리튬의 수요는 2030년까지 5배에서 2050년까지 20배 이상 증가할 가능성이 있다. 이런 수요를 해결하기 위해선 획기적인 제조 방법이나 다른 어떤 수단이 필요한데 배터리 재활용이 각광받고 있다.

 

배터리 재활용 기술은 MIT Technology가 선정한 10가지 획기적인 기술 중 하나로 손꼽힌다. 배터리에서 중요한 금속을 회수하는 새로운 방법을 통해 EV를 더 저렴하게 만들 수 있기 때문이다.

 

그림 1. 배터리 재활용 기술은 MIT Technology가 선정한 10가지 획기적인 기술 중 하나이다.

 

사용한 배터리를 처리하는 이전 방법은 재활용을 경제적으로 하기 위해 개별 금속을 충분히 안정적으로 회수하는 데 어려움이 있었다. 그러나 새로운 접근 방식은 재활용자가 금속을 보다 효과적으로 용해하고 배터리 폐기물에서 분리할 수 있도록 신속하게 변경하고 있다. 재활용 시설은 사용한 배터리에서 코발트와 니켈, 리튬의 80% 이상을 회수하고 배터리 생산에서 남은 제조 스크랩을 회수할 수 있으며 재활용 업체는 이러한 금속을 채굴된 재료와 경쟁력 있는 가격으로 재판매될 계획이라고 전해진다. 이러한 획기적인 부분은 중국에서 세계를 선도하고 있으며, 테슬라 배터리 납품업체이기도 한 바로 CATL과 같은 주요 배터리 회사가 지배하고 있다. 이와 못지않게 북미에서도 경쟁력을 갖춰가는 기업이 있다. 바로 테슬라의 공동 설립자이자 전 최고 기술 책임자(CTO) J.B 스트라우벨이 창립한 레드우드 머티리얼즈(Redwood Materials)다.

 

J.B 스트라우벨은 일찍이 리튬 이온 배터리 기술에 대해 구상한 장본인이고 이를 알아본 일론 머스크의 제안으로 초기 테슬라의 멤버가 되었다. 이는 일론 머스크의 전기를 다룬 책에서도 그러한 점이 다뤄졌었다. 책을 꼭 읽어보길 추천한다.

 

책 서평은 아래 링크를 참조

2022.11.23 - [서평] - 추천도서: 일론 머스크, 미래의 설계자 by 애슐리 반스 - 2

추천도서: 일론 머스크, 미래의 설계자 by 애슐리 반스 - 2

 

그는 테슬라에서 배터리 기술의 핵심 부분을 발명 및 충전 네트워크를 구죽 한 것으로 알려져 있다. 그러나 그는 2019년 테슬라를 떠나게 되었고 배터리 재활용 회사인 레드우드 머티리얼즈라는 새로운 벤처를 미국 네바다에서 시작하게 되었다. 레드우드는 10억 달러 규모의 배터리 재활용 시설을 짓고 있는 것으로 알려져 있으며 이 공장에서 레드우드는 사용한 배터리에서 코발트(cobalt), 니켈(nickel) 및 리튬(lithium) 등 배터리 구성에 필요한 핵심 금속을 추출하고 새 배터리용 음극 및 양극을 생산할 계획이다.

 

그림 2. 레드우드의 배터리 소재 생산시설. 2021년 건설을 시작으로 2025년까지 100만 대의 EV에 배터리에 사용될 수 있는 충분한 양의 소재를 생산할 수 있다고 소개한다.

 

그림 3. 레드우드는 수집한 배터리로부터 금속 회수를 위해 습식제련이라 불리는 공정을 사용한다.

 

레드우드는 다른 재활용 회사들과 다른 길을 걷고 있는 것으로 알려져 있다. 회수한 소재를 가공 업체에 보낼 필요 없이 직접 배터리 제조사에 판매할 수 있는 부품을 제조할 계획으로 사업을 추진 중에 있다. 또한 레드우드는 수집한 배터리로부터 코발트, 리튬, 니켈, 흑연, 구리와 같은 금속들을 회수하기 위해 습식제련(hydrometallurgy)이라 불리는 공정을 사용한다. 이 공정에서 다양한 산과 용매를 사용하면서 배터리의 소재들을 용해하고 분리하고 있다. 최근의 기술 발전으로 습식제련을 통해 배터리의 핵심이라고 할 수 있는 리튬을 높은 확률로 회수할 수 있게 되었다고 전해진다. 스트라우벨은 최근 MIT Technology사와 이에 대한 인터뷰를 진행했었고 그에 대한 사항은 아래와 같다.

 

그림 4. 테슬라 공동 설립자이자 전 CTO인 J.B 스트라우벨

 

질문 1. 테슬라를 떠나기로 결정한 이유와 다음 단계로 배터리 재활용을 선택한 이유?

답변:

• 테슬라에 있으면서 배터리 스케일링이 훨씬 더 많은 원자재, 구성 요소 및 배터리 자체를 얻을 필요가 있다는 것을 분명히 확인함.
• 이러한 부분은 본인이 테슬라에 있을 시기부터 전체 산업에 대한 병목 현상이었고 도전적인 일이었고 오늘날 이것은 훨씬 분명하다고 생각함.
• 그 당시 회사를 떠나는 결정은 상당히 파격적이었다. 테슬라의 화려하고 흥미진진한 고성능 자동차 회사를 떠나 쓰레기를 재처리하는 것을 선택한 이유는 일종의 기업가 정신과 함께 의미 있는 혁신을 이루기 위해서다. 이를 위해선 일반적이지 않은 경우가 많다.

 

질문 2. 배터리 재활용이 에너지 전환의 중요한 부분이라고 생각하는 이유?

답변:

• 지속 가능한 문제 중 일부에 대한 해결책은 전기를 공급하고 배터리를 추가하는 것이며, 경력의 대부분을 이를 옹호하고 발전시켜 나가는데 보냈다. 그리고 우리가 하지 않는다면, 기후 목표는 해결되지 않을 것.
• 산업이 발전하고 전기 자동차 수요가 늘어나면서 배터리에 대한 수요가 엄청나게 커지고 있는 상황에서 강력한 해결책을 찾아야 한다고 생각함.
• 우리가 구상하고 있는 이 새로운 지속 가능한 경제 전체가 모든 것이 전기화되면 원자재에 대한 공급망이 결여되면 작동할 수 없다고 생각함.
• 그러나 계속 만들고 버릴 수 있는 새로운 원자재가 충분하기 않아 재활용하지 않으면 근본적으로 불가능하다고 생각함.

 

그림 5. 음극 공급망. 리튬 이온 배터리의 두 가지 핵심인 음극과 양극은 북미에서 생산되지 않는다. 미국 셀 제조업체는 2030년까지 재료 공급을 해외에 의존해야 하며 이는 $10B 이상이 될 것으로 추측된다.

 

질문 3. 위 두 가지를 해결할 기술적 과제와 작동 방식에 대해 알려달라.

답변:

• 많은 사람들이 생각하고 평가하는 것보다 더 복잡한 문제다. 배터리에 들어가는 모든 구성 요소를 만들고 정제하기 위해 발생해야 하는 엄청난 양의 노력이 화학, 화학 공학 및 생산 공학에서 필요하다. 단순한 분류 및 쓰레기 관리 문제가 아니다.
• 그러나 이러한 것들이 제대로 최적화되지 않았거나 전혀 수행되고 있지 않는 부분이 많기에 혁신의 여지가 많다. 엔지니어로서 이미 여러 번 수행되지 않은 것을 발명하고 혁신시키는 것은 정말 재미있는 일이다.
• 그러나 놓치고 있는 부분은 배터리 내부의 금속이 갖는 높은 수준의 재사용 가능성이다.
• 배터리와 EV에 넣는 모든 재료는 소진 및 분해되지 않는다.
• 이는 품질이 저하되거나 손상되지 않는다는 것이며, 이러한 금속의 99% 이상은 수백 번에서 수천 번 계속 사용할 수 있다.

 

질문 4. 전기 자동차 배터리 공급 부족에 직면하는 것에 대한 생각?

답변:

• 지속 가능한 배터리 재료 회사로서 우리의 주요 목표는 장기적인 관점에서 재활용 재료 함량이 공급의 대부분을 차지하는 가장 효율적인 시스템을 설계하는 것.
• 그러나 그동안 우리는 실용적인 관점을 가지고 있었다. 우리는 화석 연료에서 벗어나 전환해야 하는 동안 생산량을 늘리기 위해 가장 환경 친화적인 방법으로 얻을 수 있는 것이 무엇이든 일정량의 재료를 혼합해야 한다.

 

질문 5. 채굴된 재료로 보충하는 것과 재활용 재료만 사용하는 것에 대해 명확한 결정이었는가?

답변:

• 이는 지극히 당연한 결정이라고 말할 수 있다. 우리의 목표는 배터리를 탈탄소화하고 에너지 영향과 내장된 이산화탄소를 줄이는 것.
• 재활용 재료가 충분하지 않기 때문에 전기 자동차를 만들 수 없다는 논리보다는 지구환경을 위해 화석 연료 자동차를 없애는 것이 세상을 위해 더 낫다고 생각함.

 

질문 6. 업계에서 제공하는 모든 배터리 화학을 처리할 수 있다고 생각하는가? 모두가 인산철과 같은 값싼 화학 물질로 가거나 고체 상태와 같은 정말 다른 기술로 이동하기 시작하면 어떻게 되는가?

답변:

• 우리는 더 큰 그림에 집중해야 하며, 이는 전반적으로 지속 가능한 전환을 가능하게 하는 방법을 알아내는 것이다.
• 따라서 우리는 배터리 기술이 최고의 성능을 발휘하는 것을 정말로 응원한다.
• 이러한 것들이 혼합되어 배터리 화학 물질과 기술의 다양성을 보게 될 것.
• 이러한 시스템을 설계할 때 모든 다른 기술에 대해 생각하여야 하며 각각의 장단점이 존재함. 인산철은 상품으로써 가치가 낮지만 0에 수렴하는 것은 아니며, 리튬과 구리를 재활용할 수 있는 좋은 기회가 있다. 따라서 각각이 관리해야 하는 고유한 특성을 가지고 있다고 생각한다.

 

질문 7. 내년과 장기적으로 레드우드의 가장 큰 도전은?

답변:

• 내년에 우리는 믿을 수 없을 정도로 빠른 성장과 배포 단계에 있다고 생각한다. 다양한 영역에서 혁신을 준비 중에 있다.
• 장기적으로는 규모와 규모의 효율성이 점점 더 중요해질 것이다. 이것은 거대한 산업이다. 이러한 시설의 물리적 크기는 방대하고 재료의 양도 방대하며 자본 요구 사항도 그럴 것이다. 따라서 앞으로 수십 년 동안 우리의 초점과 과제는 문자 그대로 엄청난 규모로 확장하는 데 있어 초 효율적인지 확인하는 것이다.

 

이상 여기까지다. 화려한 이력과 함께 배터리 외길 인생을 걸어온 스트라우벨이기에 배터리의 또 다른 혁신인 배터리 재활용에 대해 상당한 기술력과 함께 앞으로의 비전을 보일 수 있는 부분이 있었다고 생각한다. 그의 방향성이 옳고 맞다면 미래의 전기 자동차와 전기 배터리를 사용하는 모든 물건들의 비용은 더욱더 절감될 것이고 이렇게 된다면 우리의 일상생활에 더욱더 밀접한 물건들이 되지 않을까 한다. 그의 말처럼 지구의 환경까지 생각하는 이러한 기술은 계속 지켜보면서 응원해야 하지 않을까 한다. 모두들 성투하시길!!

 

(투자 전문가가 아니며 특정 주식의 매도 매수 추천도 아님을 밝힙니다. 투자에 대한 책임은 투자 본인에 있음을 다시 한번 상기시켜 드립니다)

 

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자료 출처:

https://www.technologyreview.com/2023/01/17/1066915/tesla-former-cto-battery-recycling/

This is where Tesla’s former CTO thinks battery recycling is headed