국립낙동강생물자원관은 담수 미생물을 활용해 폐배터리에서 핵심 원료인 리튬을 90% 이상 회수할 수 있는 친환경 기술을 개발했다고 10일 밝혔다. 전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 보급이 늘면서 리튬, 니켈, 코발트 등 배터리 핵심 광물의 수요가 급증하고 있지만, 우리나라는 대부분을 해외 수입에 의존하고 있어 폐배터리 재활용을 통한 자원 확보의 중요성이 커지고 있다.
연구진은 국립낙동강생물자원관이 확보한 담수 미생물 자원 중에서 폐배터리 블랙파우더(Black powder)에서 리튬을 효율적으로 회수할 수 있는 균주를 탐색했다. 블랙파우더는 폐배터리를 물리적으로 분쇄해 얻은 검은색 분말로, 리튬, 니켈, 코발트, 망간 등 유가금속이 포함된 배터리 재활용의 핵심 원료다.
그 결과, 기존 황산 처리 방법보다 높은 금속 회수 성능을 보이는 미생물 아스퍼질러스 루추엔시스(Aspergillus luchuensis FBCC-F2629)를 찾아냈다. 이 미생물은 전통 발효 식품 제조에 사용되는 균주로, 다양한 유기산을 생산할 수 있어 산업적 활용 가치가 높다.
해당 균주의 배양액을 활용한 실험에서 폐배터리 블랙파우더 내 리튬을 최대 90.3%까지 회수했다. 이는 황산 처리 조건 대비 약 9~23% 높은 수준이다. 실험은 80℃ 조건에서 24시간 동안 진행됐다. 구체적으로, LCO(리튬코발트산화물) 블랙파우더에서는 황산 처리 시 리튬 용출 효율이 81.7%였으나, 미생물 배양액은 90.3%를 기록했다. NMC811(니켈·망간·코발트 8:1:1) 블랙파우더에서는 황산 처리 56.3% 대비 미생물 배양액이 80.0%의 효율을 보였고, 미생물이 생산한 유기산을 직접 사용했을 때는 92.4%까지 올랐다.
국립낙동강생물자원관은 이번 연구 결과를 바탕으로 아스퍼질러스 루추엔시스를 활용한 폐이차전지 내 유가금속 회수 기술에 대한 특허를 이달(7월) 중으로 등록할 예정이다. 또한 기술 사업화 가능성을 높이기 위해 미생물이 생산하는 유기산을 활용한 유가금속 회수 기술도 개발하고 있다. 이를 통해 미생물 배양 시설을 갖추기 어려운 산업 현장에서도 더욱 쉽게 관련 기술을 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
정유진 국립낙동강생물자원관 이용기술개발실장은 "이번 특허 기술은 황산과 같은 화학약품 사용을 줄이면서 리튬 자원의 재활용 가치를 높이고, 향후 폐배터리 재활용 산업 활성화와 핵심 광물 공급망 안정화에 기여할 것"이라며 "앞으로 기술 상용화를 위한 후속 연구를 지속적으로 추진해 산업 현장에서 활용도를 높일 수 있는 기술로 발전시켜 나가겠다"고 말했다.
