신에너지차량、스마트폰 등 제품이 업그레이드 및 대체 주기에 진입함에 따라, 대량의 폐리튬이온전지가 발생하고 있다. 한때 '그린 에너지'를 위해 기여했던 이러한载体 (운반체)들이 단순히 '폐기물'로 버려진다면, 중금속 오염 위험을 안고 있을 뿐만 아니라, 그 안에 포함된 코발트、리튬과 같은 고가치 희소 자원도 낭비하게 된다. 하지만 폐리튬이온전지 회수 전체 체인에서, 파쇄、선별 공정을 통해 얻어진 '탄소-리튬-코발트 분말'이 바로 이러한 딜레마를 해결하는 핵심이다. 이 분말은 전지 내 고가치 성분의 90% 이상을 농축하고 있으며, 자원 순환을 실현하는 '전환 중심축'일 뿐만 아니라, 폐리튬이온전지의 경제적、생태적、전략적 가치를 풀어내는 '핵심 열쇠'이기도 하다. 그 중요성은 회수 산업의 업그레이드와 함께 날로 부각되고 있다.
1. 탄소-리튬-코발트 분말의 핵심 기능: 폐리튬이온전지 '새로운 생명을 부여'하는 전환 중심축
탄소-리튬-코발트 분말의 가치 해제 능력은 코발트、리튬、탄소 세 가지 주요 성분의 효율적인 통합에서 비롯된다. 각 성분의 재생 활용은 폐리튬이온전지가 '폐기물에서 유용한 자원으로' 변화하는 핵심 단계에 해당한다:
1.1 양극 소재 재구성: 전지 핵심 성능을 되살리는 '에너지 기반'
양극 소재는 리튬이온전지의 '에너지 핵심'이며, 코발트는 이 '핵심'의 주요 활성 원소다. 리튬코발트옥사이드、삼원계 양극 소재에서 코발트 함량은 직접적으로 전지의 충방전 효율과 순환 수명을 결정한다. 탄소-리튬-코발트 분말에서 코발트 함량은 최고 60%에 달할 수 있으며(예: 폐리튬코발트옥사이드 전지), 습식금속공정(침출、정제、코발트 침전)을 통해 순도 99.9% 이상의 황산코발트、염화코발트 등 제품을 추출할 수 있다. 이러한 재생 코발트 염은 소결、코팅 등 공정을 거쳐 다시 양극 소재로 제조될 수 있다. 某 신에너지 기업이 이를 동력전지 양극 생산에 적용한 결과, 재생 양극 소재의 용량 유지율、배율 성능이 원료 소재와 5% 이내의 차이만 보이며, 중저급 동력전지 및 소비전자제품 전지 요구사항을 완전히 충족시켜 폐리튬이온전지의 '에너지 핵심'을 새롭게 살렸다.
1.2 전략적 리튬 자원 회수: 리튬 자원 부족을 메우는 '이차 저장고'
리튬은 신에너지 산업의 '전략적 생명선'으로, 전 세계 채굴 가능한 리튬 광산 매장량은 제한적이며, 중국은 70% 이상의 리튬 자원을 수입에 의존하고 있다. 폐리튬이온전지에 포함된 리튬의 80% 이상은 탄소-리튬-코발트 분말에 집중되어 있는데, 이는 탄소-리튬-코발트 분말이 '이동 가능한 리튬 자원 저장고'가 되었음을 의미한다. 산浸출、추출、리튬 침전 공정을 통해 탄소-리튬-코발트 분말에서 탄산리튬、수산화리튬을 추출할 수 있으며, 이러한 제품은 새로운 리튬이온전지의 핵심 원료일 뿐만 아니라, 항공우주、의약 합성 등 분야에도 적용할 수 있다. 원생 리튬 채굴과 비교해, 탄소-리튬-코발트 분말에서 리튬을 추출하는 에너지 소비는 40% 감소하고, 탄소 배출량은 60% 감소하며, 지리적 조건의 제약도 받지 않아 중국 리튬 자원 수급 불균형을 완화하는 '안정적인 공급 라인'이 되고 있다.
1.3 탄소 기반 재료 재활용: 회수 비용을 낮추는 '숨은 공로자'
탄소-리튬-코발트 분말에 포함된 탄소 성분(주로 양극 도전제인 카본블랙、흑연)은 코발트、리튬보다 가치는 낮지만, 회수 비용을 낮추는 데 핵심적인 역할을 한다. 고온 정제、표면 개질을 거친 후, 이러한 탄소 분말은 다시 리튬이온전지의 도전제로 사용되거나, 수퍼커패시터 전극、폐수 처리 흡착 재료로 가공할 수 있다. 某 환경보호 기업의 실천 결과, 탄소-리튬-코발트 분말의 탄소 성분을 정제하여 제조한 도전제는 리튬이온전지의 내부 저항을 12% 낮췄을 뿐만 아니라, 새 카본블랙을 구매하는 것보다 35% 비용을 절감했다. 폐수 흡착에 사용할 경우, 중금속 이온에 대한 흡착율은 92% 이상에 달해 '저가치 성분'의 고가치 활용을 실현하고, 폐리튬이온전지 회수의 전체 수익률을 더욱 향상시켰다.
2. 탄소-리튬-코발트 분말의 가치 발현: 다분야를 이끄는 '역량 강화 레버'
탄소-리튬-코발트 분말의 가치는 '재료 재생'에만 국한되지 않으며, 마치 '레버'처럼 자원、경제、환경 세 가지 차원을 통해 폐리튬이온전지 회수 산업의 전체 가치 업그레이드를 이끌고 있다:
2.1 자원 가치: 산업 체인 안전을 보장하는 '전략적 완충'
코발트、리튬의 희소성과 불균등한 분포는 오랜 동안 중국 신에너지 산업 체인의 '고통점'이었다. 전 세계 코발트 자원의 80% 이상은 콩고民主共和국(DRC)과 같이 정치적 상황이 불안정한 지역에 집중되어 있고, 고품질 리튬 광산 채굴 주기는 5~8년으로 길어 시장 수요에 신속하게 대응하기 어렵다. 탄소-리튬-코발트 분말의 회수 활용은 산업 체인에 '유연한 자원 보충'을 제공한다: 폐리튬이온전지 10,000톤을 처리할 때마다 탄소-리튬-코발트 분말 약 1,000톤을 회수할 수 있으며, 그중에서 코발트 150~200톤、리튬 80~100톤을 추출할 수 있는데, 이는 코발트 광산 200,000톤、리튬 광산 500,000톤 채굴을 줄이는 것과 동등하다. 이는 중국이 해외 광물 자원에 대한 의존도를 낮출 뿐만 아니라, 원생 자원 공급이 변동될 때 리튬이온전지 생산에 안정적인 '이차 원료'를 제공하여 산업 체인 안전을 위한 '전략적 완충재'가 되고 있다.
2.2 경제적 가치: 1000억 규모 회수 시장을 활성화하는 '핵심 엔진'
탄소-리튬-코발트 분말의 고가치 특성은 폐리튬이온전지 회수 산업의 상업화를 직접적으로 추진했다. 비용 측면에서 보면, 재생 코발트 생산 비용은 톤당 약 20,000달러로 원생 코발트보다 40% 낮고, 재생 리튬 비용은 원생 리튬보다 30% 낮아 리튬이온전지 원료 비용을 크게 낮췄다. 산업 측면에서 보면, 탄소-리튬-코발트 분말을 중심으로 완전한 산업 체인이 형성되었다: 상류에는 폐전지 회수 기업이 원료 수집을 담당하고, 중류에는 기술 기업이 탄소-리튬-코발트 분말의 추출 및 정제에 전념하며, 하류에는 양극 소재 공장、전지 제조업체와 연결되어 심지어 유리 세라믹、의약 등 분야까지 확장되었다. 산업 통계 자료에 따르면, 2024년 중국 탄소-리튬-코발트 분말 관련 회수 산업 매출은 200억위안을 돌파했고, 상하류 고용岗位 (직업 기회)을 10만 개 이상 창출했으며, 신에너지 산업에서 가장 빠르게 성장하는 세분화 분야 중 하나가 되어 1000억 규모의 폐전지 회수 시장을 활성화했다.
2.3 환경 가치: '이중 탄소' 목표를 지원하는 '녹색 추진력'
폐리튬이온전지를 부적절하게 처리하면 환경에 이중 피해를 입힌다: 직접 매립하면 코발트、니켈 등 중금속이 토양과 지하수로 스며들고, 소각하면 불화물 등 유독 가스를 방출한다. 또한 원생 코발트 광산、리튬 광산의 채굴 및 제련 과정에서 원생 코발트 1톤을 생산할 때마다 이산화탄소 15,000톤을 배출하고, 광미(선광 폐기물) 20톤을 발생시킨다. 탄소-리튬-코발트 분말의 회수 활용은 원천에서 이러한 오염 체인을 끊는다: 한편으로 폐리튬이온전지의 환경 피해를 피하고, 다른 한편으로 재생 금속으로 일부 원생 금속을 대체하여 광물 개발의 환경 압력을 크게 낮춘다. 계산에 따르면, 탄소-리튬-코발트 분말 10,000톤을 회수할 때마다 고체 폐기물 배출 80,000톤을 줄이고, 탄소 배출량 120,000톤을 감소시킬 수 있는데, 이는 나무 400,000그루의 연간 탄소 고정량과 동등하며, 중국이 '탄소 피크 달성、탄소 중립화' 목표를 실현하기 위한 실행 가능한 경로를 제공하고 있다.
결론
탄소-리튬-코발트 분말은 폐리튬이온전지 회수 과정에서의 '중간 제품'일 뿐이지만, 폐전지 전수명 주기 가치를 풀어내는 핵심 임무를 수행하고 있다. 이 분말은 '폐기물'을 부담에서 순환 가능한 '자원 보물'로 변화시키고, 회수 산업을 '공익 활동'에서 수익을 낼 수 있는 '성장 산업'으로 전환시킨다. 정제 기술의 지능화 업그레이드(인공지능 제어 침출 공정、마이크로파 보조 정제 등)와 함께 앞으로 탄소-리튬-코발트 분말의 자원 활용률은 더욱 향상될 것이며, 자원 순환、산업 역량 강화、생태 보호에서의 역할도 더욱 부각되어 신에너지 산업 '녹색 폐쇄 루프' 발전을 추진하는 핵심 힘이 될 것이다.
