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'착한 전기자동차를 팝니다' 천만의 말씀

전 세계 자동차 시장이 전기차 위주로 재편되고 있다. 글로벌 자동차 업체인 벤틀리, GM, 볼보 등은 10년 이내 100% 전기차로 전환하겠다는 계획을 밝히기도 했다. 최근 전기자동차가 급부상하며, 전기차에 사용되는 배터리인 이차전지 또한 급부상하고 있다. LG화학, 삼성SDI, LG상사 등 2차 전지 생산과 관련된 우리 기업들 역시 2차전지의 핵심 원재료 확보에 적극적으로 나서고 있다. 그중 대표적으로, LG화학은 11일 중국 화유코발트와 전구체 및 양극재 합작 생산법인 설립 계약을 체결했다. 그러나 배터리 원재료 생산에는 어두운 이면이 있다.

 

이차전지란 무엇인가?

이차전지란, 전기자동차에 사용되는 배터리이며, 한 번 쓰고 버리는 것이 아니라, 충전을 통해 반영구적으로 사용하는 전지를 말한다. 2차전지는 리튬이온전지, 니켈수소전지, 니카드전지 등 종류가 여러가지이며 이중 리튬이온 전지는 미래 이동 수단으로 꼽히는 친환경 전기차에 필수적으로 꼽힌다. 리튬이온 전지 즉 배터리가 필수적이며, 배터리 시장을 주도하게 된 이유는, 기존의 메모리 현상이 없었기 때문이다. 메모리 현상이란 완전히 방전되지 않은 상태에서 충전 시 배터리 수명이 줄어들게 되는 현상이다.

 

리튬이온 배터리의 재료와 제조 공정

그림과 같이 리튬이온 배터리는 양극, 음극, 전해액, 분리막의 4개의 구성요소로 이루어져 있다. 하나라도 빠지면 배터리의 역할이 불가능하며, 이중 가장 중요한 요소는 양극이다.

 

양극은 활물질, 도전재, 바인더로 이루어져 있다. 양극은 활물질과 바인더, 도전재를 용매에 섞은 슬러리를 집전체(Al) 표면에 코팅 및 건조한 후, 압축과 슬리팅 공정을 통해 제조하게 된다. 양극의 특성과 직결되는 활물질은 리튬과 금속 성분의 조합으로 구성된다. Ni(니켈)은 고용량, Mn(망간)과 Co(코발트)는 안전성, AI(알루미늄)은 출력 특성을 향상시키는 등 금속의 종류와 비율에 따라 서로 다른 특성을 갖는다. 활물질은 서로 다른 이온들을 수용액 또는 용액에서 동시에 침전시키는 방법인 공침법으로 제조된다.

음극은 전자를 도선으로 내보내는 역할이며, 음극에는 음극 활물질이 지녀야 할 많은 조건들을 가지고 있는 흑연이 사용된다. 흑연에는 천연흑연, 인조흑연 등이 있으며, 주로 사용되는 것은 인조흑연이다. 인조흑연의 제조공정은 전극에 요구되는 특성에 맞는 코크스를 선택하는 것으로 시작된다. 일반적으로 침상코크스가 사용되며, 침상코크스를 얻기 위하여, 콜타르를 증류한 후 분리된 물질을 가지고 코킹, 분쇄, 혼합, 열처리 등의 과정을 거쳐 제조한다.

전해액은 이온만 이동시키는 통로 역할을 한다. 전해액은 유기용매, 리튬염, 첨가제를 혼합하여 제조하며, 재료의 비율에 따라서 전해질의 특성이 달라지게 된다. 분리막은 양극과 음극의 절대 장벽으로, 현재 상용화된 분리막으로는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)와 같은 절연 특성이 뛰어난 고분자 소재가 사용된다. 분리막의 제조공정은, 리튬이온의 흐름을 원활하게 하기 위해 고분자 소재들을 물리적으로 늘려 미세한 기공을 만든다. 이는 방식에 따라 필름에 첨가제를 추가하여 화학적으로 기공을 만드는 습식법과 기계적인 힘으로 필름을 당겨 기공을 만드는 방법인 건식법으로 구분하여 제조한다.

 

채굴 및 생산과정에서의 인권 유린

[자료 2. 아동 노동의 본거지가 된콩고민주공화국 코발트 채굴장]출처:The Guardian

 

목숨을 건 코발트 채굴

전기자동차와 스마트폰, 노트북에는 리튬이온 배터리가 내장되어 있으며 리튬이온 배터리의 원료는 코발트이다. 코발트는 주로 콩고민주공화국(DRC)과 중국에서 생산되는데, 그중 50% 이상이 콩고민주공화국에서 생산된다. 광부들은 끌과 망치와 같은 매우 기초적인 도구로 코발트 광석을 골라내는 작업을 수행한다. 이 지역에서 채굴업에 종사하는 사람들은 약 11만 명에서 15만 명으로, 그중 7세에 불과한 어린이들도 포함되어 있다. 하지만 이곳에서 종사하는 광부들은 장갑, 마스크, 업복과 같은 기본적인 보호장비도 갖춰져 있지 않아 각종 피부염과 중
금속 폐 질환에 쉽게 노출되어 있는 게 현실이다.

이와 같은 고된 작업환경에 2014년 9월부터 2015년 12월 사이에만 콩고민주공화국 남부 지역에서 최소 80명이 넘는 광부들이 지하 탄광에서 목숨을 잃었으며, 그 와중에도 시신은 무너진 잔해 속에 방치되기 때문에 실제 사망자 수는 미지수이다.

 

연필 대신 망치를 든 아이들

국제 인권단체 국제앰네스티와 인터뷰를 나눈 어린이들은 광산에서 하루에 12시간 이상 무거운 돌더미를 옮기고 일당 1~2달러(한화 1000원~2000원)를 받으며 일한다고 전했다. 학교에 다니는 어린이들조차도 주말과 휴일에 10~12시간, 등교 전과 방과 후에도 일하며 학교에 다니지 않는 아이들은 1년 내내 광산에서 지낸다. 국제앰네스티의 보고서에 따르면, 어린이들은 부모에게 정식으로 고용된 일터가 없고, 학비를 낼 여건이 안 되기 때문에 일을 하는 경우가 많다고 전했다. 콩고민주공화국 어린이 보호법(2009)은 모든 어린이에 대해 무상 의무 초등교육을 제공한다고 명시하고 있지만, 정부의 적절한 재정 지원이 이루어지지 않으면서 여전히 학교는 학생과 학부모에게 학비를 요구하고 있다.

기본적인 업무 수당도 받지 못한 채 교육의 의무가 철저히 짓 밟힌 어린이들이 캐낸 광물 덩어리가 바로 지금 이글을 읽고 있는 당신이 들고 있는 전자기기의 원료라는 것이 슬프지만 매우 역설적이지 않은가.

 

채굴 및 생산과정에서의 환경파괴

내연기관차를 전기차로 대체하는 산업은 친환경 산업이라는 명목하에 현재 세계에서 행해지고 있다. 국내에서는 2050 그린 뉴딜 탄소 중립 정책에 의해 전기차 보급률을 늘리고 있고 미국의 바이든 대통령은 2030년까지 내연기관차 보급률을 줄이고 전기차와 수소 연료 전지차,하이브리드 자동차 같은 친환경 산업의 명목을 가지고 있는 자동차를 국민들이 구매할 때 50% 이상을 차지하도록 하는 정책에서 명했다. 전기차를 운전할 때 화석연료를 사용하는 자동차보다 대기 환경 오염이 덜 되는 것은 잘 아는 사실이다. 하지만 전기차에 사용되는 배터리를 채굴할 때에는 어떨까?

전기차 배터리를 구성하는 물질로는 리튬, 망간, 니켈, 코발트 등 희토류도 포함되어 있다. 코발트는 채굴 과정에서 유해 부산물이 발생하고, 제련 단계에선 황산화물과 같은 대기오염 물질이 나온다. 또 이 물질들을 전기차 배터리로써 사용하기 위해 채굴되어 대기에 배출될 때 강한 독성을 뿜어내는데 이는 수질 오염 및 토양 오염을 야기할 수 있으며 채굴물질 중 니켈 포함 소재의 경우에는 발연 물질이기 때문에 셀과 셀로 이어져 화재, 폭발 위험성이 더 커져서 대기오염을 일으킬 염려도 제기된다.

아래 내용에서 주로 다룰 리튬은 ‘물 먹는 하마’라는 별명이 붙을 정도로 엄청난 양의 물을 사용하고 채굴 과정에서 비소가 나와 지하수를 오염시키거나 추출 과정에서 점토와 황산을 섞을 때도 많은 황산 폐기물이 나온다. 이처럼 이차전지 원재료 물질 채굴 과정에서 발생하는 환경오염이 전기차 산업 발전이라는 친환경 산업을 위해 등한시되고 있다.

[자료 3. 배터리 종류별 특징 비교]출처: 네이버 지식백과

전기차에 사용되는 리튬이온 배터리의 주재료는 역시 리튬이다. 리튬이온 배터리는 배터리 크기에 비해서 다른 재료보다 많은 에너지를 저장할 수 있을 뿐 아니라 가볍고 반복 충전이 가능하다. 위에 표에서 언급된 메모리 효과는 완전하게 방전되지 않은 상태에서 충전 반복 시 최대 용량이 줄어든다는 뜻인데 이 현상이 없기 때문에 용량이 줄지 않아 오래 사용할 수도 있어 많은 장점이 있다. 500회 정도 충전을 하게 되면 성능이 급격하게 떨어져 수명이 떨어진 것으로 보고 폐배터리 간주한다. 이렇게 리튬 이온 배터리의 장점과 교체 주기 탓에 리튬의 수요가 더욱 많아져서 리튬 매장량이 가장 많은 국가인 미국의 바이든 정부는 리튬 광산에 투자금을 크
게 늘렸다. 위에서 말했듯 리튬 채굴, 추출 시 많은오염물질이 배출되는데 이를 실제로 비교해보니 주행 시 탄소 배출량을 줄이기 위해 배터리가 점점 커져 대형 전기차가 소형 가솔린, 디젤차보다 생산, 폐기 전 과정을 통틀어서 더 탄소 배출량이 많음을 알수 있었다.

전기차 구매자들은 주행 시 훨씬 적게 배출되는 탄소 배출량에만 주목하겠지만 전체 생산 과
정에서 전기차 배터리의 친환경성도 고려해볼 필요가 있어 보인다.

[자료 4. 전기차 보급 확대에 따른 리튬 채굴량 증가]출처 : 매일경제

 

기업들의 친환경 해법

앞서 말하였듯이, 전기차의 리튬이온 배터리 희토류 광물의 채굴 과정은 친환경과는 거리가 있다. 예컨대 코발트는 채굴 과정에서 주변 환경에 침출될수 있는 부산물이 발생하고, 제련 과정에서는 황산화물 등 대기오염 물질이 발생한다. 리튬 역시 채굴과정에서 엄청난 양의 지하수가 사용된다. 희토류 부존량으로 세계 3위인 미국이 2000년대 초반 자국내 채굴을 중단하고 해외 수입에 의존한 것도 이런 환경 문제 때문이었다. 이 때문에 배터리의 재활용.재사용을 높이는 방안을 찾아야 한다는 목소리가 커지고 있음에 따라 현재 많은 기업들이 ‘깨끗한 배터
리’ 사용에 대한 노력에 힘을 쏟고 있다.

SK 이노베이션은 배터리 금속 재활용 기술을 통해 배터리 원료 물질을 추출하는 방식으로 자연에서 원료 물질 채굴 대체 시 온실가스 배출 저감 효과가 발생되는 것으로 평가했다고 밝혔다. 이 기술의 핵심은 사용 후 배터리에서 회수된 리튬이 NCM811등과 같이 High-Ni 양극재 제조에 직접 활용될 수 있도록 리튬을 수산화리튬 형태로 우선 추출한 후 NCM 금속을 추출하는 방식이다. 이 방식을 활용하면 리튬 광산 채굴 대비 74%, 리튬 호수 생산 대비 41%의 온실가스 발생량이 감소하는 효과가 있다.

SK이노베이션은 타업종들과 협력을 이루었는데 올해 초 ‘기아’와 함께 전기차 배터리에서 리튬을 포함한 금속을 회수해 친환경적 처리가 가능한 산업 생태계 조성 가능성 및 기술 기반을 확보하는 성과를 이루었다. 또한 SK렌터카와도 전기차 주행, 충전, 정차 등 모든 상황에서 배터리 상태 정보가 어떻게 변화하는지 솔루션을 SK렌터카 장기 렌터카전기차에 적용했다. 여기서 수집된 데이터는 배터리 재활용도를 정확히 판단하는 데도 도움이 될 전망이다.

[자료 5. SK이노베이션 노력과 협력 사례]출처: 머니투데이

 

인권 침해, 환경파괴 그만! 배터리업계 착한광물 사용 동참

광물 채굴 지역 인권의 중요성이 커지며 수많은 배터리 업체들이 ‘착한 광물’ 사용에 잇따라 동참하고 있다. 배터리 업계 맏형 LG화학은 지난해 10월 국내 배터리 업계 최초로 광물 관련 글로벌 협의체 ‘책임 있는 광물 조달 및 공급망 관리를 위한 연합’(RMI)에 가입했다. RMI는 3TG를 비롯해 코발트 등 배터리 원재료의 원산지 추적 조사와 생산업체에 대한 상시 모니터링 및 인증 등을 실시하는 글로벌 협의체로서 폭스바겐, 르노, 애플 등 많은 해외 자동차 및 IT 기업들도 가입해있다. 삼성SDI도 삼성전자와 함께 독일의 BMW그룹, 바스프(BASF) 등과 공동으로 지난해 9월 DR콩고 남부의 한 코발트 광산에서 ‘착한 코발트’ 채굴을 위한 산업협력 프로젝
트를 시작했다.

이처럼 세계적으로 수많은 기업들이 광물 구매 시윤리적인 책임을 다하자는 세계적인 관심과 요구를 적극적으로 수용하려는 의지를 보이고 있다.

 

'나쁜 '배터리 사용, 우리의 자세는?

전기자동차 시대의 도래는 환경과 지속가능성, 인류의 후손을 위한 움직임이었다. 하지만 어리석게도, 또 다른 환경오염과 소수의 무자비한 희생을 일으키게 되었다. 기술의 발전에는 항상 그 이면이 존재하기 마련이다. 내연기관차에서 전기자동차로 나아가는 과도기인 현시점에서, 우리는 그 이면인 환경오염과 인권유린을 볼 수 있어야 한다.

앞서 말했듯이, 기업들의 사회적 책임과 기술발전이 대두되고 있다. 기업이 산업을 바꿀 수 있다면, 기업을 바꿀 수 있는 것은 문제의식을 갖는 소비자일 것이다. 소비자들의 사고와 관심이 소비재의 방향성을 바꾸는 것이 당연한 경제의 논리이기 때문이다. 우리는 인류와 환경, 지속가능성 문제에 관심을 갖고, 이를 포괄적으로 해결할 수 있는 최선책인지에 대해 진지하게 바라보는 자세를 가져야 한다. 이는 새로운 기술과 해결책의 연구에 충분한 동기부여가 될 것이다.

 

R.E.F 18기 김 민 주
mminjukp@gmail.com

R.E.F 18기 이 지 수
ljss5@naver.com

R.E.F 19기 김 성 민
ksm02898@gmail.com

R.E.F 19기 조 윤 주
rachelcyj99@gmail.com

R.E.F 20기 이 주 선
5139405@naver.com

R.E.F 18기 김 민 주  mminjukp@gmail.com

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