전기자동차와 에너지저장장치(ESS) 보급이 빠르게 늘면서 리튬, 니켈, 코발트 등 배터리 핵심 광물의 수요도 함께 급증하고 있다. 하지만 우리나라는 이들 광물의 대부분을 해외 수입에 의존하고 있어, 폐배터리에서 자원을 다시 회수하는 재활용 기술이 점점 더 중요해지고 있다.
이런 가운데 환경부 산하 국립낙동강생물자원관은 담수에서 분리한 미생물을 이용해 폐배터리 속 리튬을 90% 이상 회수하는 친환경 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구진은 2025년부터 자원관이 보유한 담수 미생물 자원을 대상으로 폐배터리 블랙파우더(black powder)에서 리튬을 효율적으로 뽑아낼 수 있는 균주를 탐색해 왔다. 블랙파우더는 폐배터리를 물리적으로 분쇄해 얻은 검은색 분말로, 리튬·니켈·코발트·망간 등 유가금속이 포함된 재활용 핵심 원료다.
그 결과 연구진은 기존 황산 처리 방식보다 높은 금속 회수 성능을 보이는 미생물 '아스퍼질러스 루추엔시스(Aspergillus luchuensis FBCC-F2629)'를 찾아냈다. 이 균주는 오키나와 전통 증류주인 아와모리를 만드는 데 사용되는 등 발효 식품 제조에 활용돼 왔으며, 다양한 유기산을 생산하는 특징이 있다. 연구진이 이 균주의 배양액을 이용해 실험한 결과, 폐배터리 블랙파우더 내 리튬을 최대 90.3%까지 회수할 수 있었다. 이는 기존 황산 처리 조건(80℃, 24시간)보다 약 9~23% 높은 수준이다.
실험은 두 종류의 블랙파우더를 대상으로 진행됐다. 스마트폰·노트북 등 소형 전자기기에 주로 사용되는 리튬코발트산화물(LCO) 양극재 블랙파우더에서는 황산 처리 시 리튬 용출 효율이 81.7%였으나, 미생물 유기산과 배양액을 사용했을 때는 각각 87.8%와 90.3%로 높아졌다. 전기자동차용 고에너지밀도 전지에 사용되는 니켈·망간·코발트(NMC811) 양극재 블랙파우더에서는 황산 처리 시 56.3%에 그쳤지만, 유기산과 배양액은 각각 92.4%와 80.0%의 용출 효율을 보였다. 특히 유기산 방식은 두 종류의 블랙파우더 모두에서 기준 추출법 대비 90% 이상의 리튬 회수율을 나타냈다.
국립낙동강생물자원관은 이번 연구 결과를 바탕으로 아스퍼질러스 루추엔시스를 활용한 폐이차전지 내 유가금속 회수 기술에 대한 특허를 이달(7월) 중에 등록할 예정이다. 아울러 연구진은 기술 사업화 가능성을 높이기 위해 미생물이 생산하는 유기산 자체를 활용한 회수 기술도 개발하고 있다. 유기산은 미생물 배양 시설을 갖추기 어려운 산업 현장에서도 쉽게 적용할 수 있어, 향후 관련 기술의 현장 활용도를 크게 높일 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"이라고 말했다. 이어 "앞으로 기술 상용화를 위한 후속 연구를 지속적으로 추진해 산업 현장에서 활용도를 높일 수 있는 기술로 발전시켜 나가겠다"고 밝혔다.
