Resources Recycling ISSN:2765-3439(Print) 2765-3447(Online) 자원리싸이클링

최근 전 세계적으로 리튬이온 배터리(lithium-ion battery, LIB)의 사용이 급증함에 따라, 폐 LIB의 재활용이 필수적인 과제로 떠오르고 있다. 폐 LIB의 재활용 공정에 대한 전과정평가(Life cycle assessment, LCA)는 환경적, 경제적, 사회적 영향을 종합적으로 평가하는데 중요한 역할을 한다. 하지만 국내에서는 폐 LIB 재활용 공정의 LCA에 대한 연구가 활성화 되어 있지 않다. 본 논문은 다양한 연구자들이 수행한 폐 LIB 재활용 공정의 전과정평가 사례를 소개하는 것을 목적으로 한다. 고찰한 연구들은 다양한 재활용 기술(습식제련 공정, 건식제련 공정, 직접 재활용 공정)을 비교 분석하고 있으며, 각 공정의 에너지 소비, 온실가스 배출, 유해 물질의 배출 등을 정량적으로 평가하였다. 또한, 각 재활용 공정의 장단점을 환경적, 경제적 관점에서 비교하여 최적의 재활용 전략을 제시하였다. 본 논문은 이러한 다양한 연구 결과를 종합하여 LIB 재활용 공정의 현재와 미래 방향성을 제시하고자 하며, 향후 연구와 정책 개발에 기초 자료로 활용될 수 있을 것이다.

구연산은 다양한 산업에 응용되고 있고 수요가 꾸준히 증가하고 있는 유기산의 일종이다. 구연산의 경우는 주로 미생물 발효과정을 통해 생성된 발효액에서 분리․정제 등의 회수 공정을 거쳐 생산을 하고 있다. 회수 공정은 그동안 주로 침전 기술을 위주로 하여 용매추출 및 이온교환수지, 전기막 분리 기술 등 다양한 기술들이 꾸준히 개발되어 왔다. 본 연구에서는 현재 상용화된 기술 또는 개발되고 있는 구연산의 회수 기술들을 분석해 보고 향후 구연산 폐액 등의 재활용 공정에 적용하기 위하여 보다 효율적이고 친환경적인 구연산 회수기술 개발의 방향을 제시하고자 하였다.

본 논문에서는 LiFePO₄ 배터리의 재활용을 위한 습식 공정에 관한 최신 연구 동향에 대하여 종합적으로 고찰하였다. 특히, LiFePO₄ 배터리에서 리튬을 선택적으로 회수하는 다양한 화학적 침출 방법과 그 효율을 분석하였으며, 강산과 약산을 이용한 리튬 회수 기술, 강산화제를 활용한 침출 공정, 그리고 염을 이용한 동형 치환 반응을 통한 리튬 회수 기술 등을 다루고 있으며, 각 방법의 장단점과 최적의 조건을 제시하였다. 또한, 본 연구는 리튬 회수율을 극대화하기 위해 최적의 침출 조건을 탐구하고, 다양한 화학적 반응식을 제시하여 리튬, 철, 인 등의 선택적 회수 가능성에 대하여 논의하였으며, 최종적으로 LiFePO₄ 배터리 재활용 기술의 발전과 실용화에 기여할 중요한 참고 자료로서 활용되었으면 한다.

시멘트 클링커 소성공정은 주연료인 유연탄과 함께 다양한 대체연료를 사용하고 있다. 합성수지 등의 대체연료는 클링커 물성에 영향을 줄 수 있으며, 최종 시멘트 물성도 변화시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 PP, PE, PS 및 PVC 등을 클링커용 성구와 동시 소성하여 클링커 물성에 미치는 영향을 분석하였다. PP 등의 발열량은 9,000~11,000kcal/kg이었으나, PVC는 약 6,000kcal/kg 수준이었다. 또한 PVC의 열분해 과정은 2단계로 진행되었으며, 열분해 시작/종료 온도는 각각 169℃ 및 573℃이었다. PP 등의 수지 연소 클링커의 free-CaO 함량은 약 0.2±0.06%이었으나, PVC 연소 클링커는 7.11%로 매우 높은 값을 나타내었다. PVC 연소 클링커의 염소 함량은 3.77%로 매우 높았으며, XRD 분석을 통해 chlormayenite(11CaO․7Al₂O₃․CaCl₂) 결정 생성도 확인되었다. 하지만 PP 등을 연소한 클링커는 Ref. 클링커(수지 미연소)와 유사한 물성이 발현되어, 클링커 대체연료로 충분히 사용될 수 있다는 것을 확인하였다.

국내 온실가스 다배출 산업 중 하나로 손꼽히는 시멘트 산업은 연간 3,900만ton 가량의 온실가스를 배출하며, 이 중 절반 이상이 석회석(CaCO₃)이 하소되는 과정에서 기인한다. 이에 본 연구에서는 국내 P社에서 발생하는 전로슬래그를 대상으로 볼밀 분쇄 기술 및 공기 분급 기술을 적용하여 공정 조건 변경에 따른 주요 성분들의 선별 거동을 탐색하였으며, 특히 공기 분급 기술을 적용하여 슬래그 내부 비탄산염 성분인 CaO와 철질 원료인 Fe의 선별 거동을 파악하고자 하였다. 연구 결과 공기 분급기 로터의 회전속도가 증가함에 따라 CaO 함량이 최대 9.97% 증가, Fe 함량은 최대 24.27% 감소하였으며, 회수율을 고려하였을 때 로터의 회전 속도가 5,000rpm 이하가 되도록 작동하는 것이 효율적임을 도출하였다. 본 연구를 통해 제철공정 부산물인 슬래그를 활용하여 시멘트 소성용 대체 원료로 활용하기 위해 공기 분급 기술이 유용성을 입증하였으며, 슬래그 내부 CaO, Fe, Cr 함량을 제어 가능성을 확인하였다.