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'친환경 전기 자동차'의 배터리 생산 과정은 '친환경'과는 거리가 상당하다

노바티오 2024. 10. 5. 17:39

전기 자동차 배터리는 어떤 재료들로 만들어질까? 리튬 1kg을 얻기 위해서는 얼마나 많은 광석과 디젤 원료 몇 리터가 필요할까?
 
전기 자동차는 친환경이라 할 수 있지만, 핵심 부품 중 하나인 배터리의 제조과정은 친환경과는 거리가 상당하다.

차량 바닥에 설치되는 전기 자동차 배터리 위치 (Image: 현대자동차 웹사이트 화면 캡처)


전형적인 전기 자동차에 들어가는 리튬 이온 배터리(Lithium-ion battery 혹은 Li-ion battery)의 무게는 대략 450kg이다. 일반적인 전기 차량 전체 무게를 감안할 때 배터리가 차지하는 무게의 비중은 최소 25퍼센트에서 최대 30퍼센트 전후(차량 총 중량의 1/3 정도)를 차지한다.
 
배터리에는 리튬(Lithium) 11킬로그램, 코발트(Cobalt) 약 14 킬로그램, 니켈(Nikel) 27킬로그램, 구리(Copper) 40킬로그램, 그래피트 Graphite (흑연 or 석묵) 50킬로그램이 주요 재료로 들어가 있다. 또한, 총 181 킬로그램의 철강(Steel), 알루미늄(Aluminium), 플라스틱(Plastics) 등이 배터리 제조 주요 원자재로 들어간다. 
 
소금물(Brine)과 더불어 리튬을 가장 많이 함유한 암석은 '스포듀민(Spodumene) 이다. '스포듀민'은 중량 기준으로 약 1~2%의 리튬을 함유하고 있다. 일반적으로 스포듀민 광석 6~10톤에서 약 1톤의 '탄산리튬'을 얻을 수 있으며, 여기에는 약 19%의 리튬이 포함되어 있다. 

브라질에서 발견되는 스포디윰의 한 종류인 '하이데나이트' Hiddenite from Araçuaí, Minas Gerais, Brazil (Image: Wikidea.org)

 
리튬을 얻기 위해서는 중간 과정으로  '스포듀민' 광석에서 '탄산리튬'을 먼저 추출해야 한다. 이 과정에서 가해지는 열의 온도는 섭씨 800도 전후이다. 고온 처리를 거친 후, 광석 10톤에서 약 1톤(1000kg)의 탄산리튬을 얻을 수 있으며, 여기에는 19%의 리튬이 포함되어 있다. 
 
이렇게 해서 얻을 수 있는 순수 리튬의 양은 탄산리튬 1000kg을 가공할 경우, 약 190kg의 리튬을 얻을 수 있다. 따라서 '스포듀민' 광석에서 리튬 1kg을 추출하려면, 정확한 리튬 농도에 따라 약 52~55kg의 스포듀민 광석이 필요하다.
 
표준 전기 자동차 배터리(450kg) 1개를 생산하기 위해 필요한 리튬 11 kg을 얻기 위해서는 520-550kg의 스포듀민 광석이 필요하다는 계산이 나온다. 
 
참고로, 평균적으로 1톤(1,000kg)의 뭔가를 광산에서 캐내기 위해 필요한 에너지의 양은 '1.25GJ(기가 줄)/톤'이다. 따라서  52,000-55,000kg의 스포듀민 광석을 채굴하기 위해 필요한 에너지는 약 65~69 GJ(기가줄)이다.

디젤 연료 1리터를 열 에너지로 계산하면 38.29 메가 줄(MJ)이 산출된다. (Source: 미국 에너지 정보청)

 
중장기 기계를 움직이는 디젤 연료는 대략적으로 1리터당 35.8 MJ(메가 줄)의 에너지를 제공한다. 따라서 약 1,816~1,921 리터(liter)의 디젤 기름이 52톤~55톤의 스포듀민 광석을 채굴하는데 필요하다는 것을 계산해 낼 수 있다. 
 
냉철하게 말하면, 생산이 완료된 전기 자동차는 인체에 해로운 배기 가스가 나오지 않을 뿐이다. 친환경 전기 자동차 생산 과정은 전혀 친환경적이지 않은 화석 연료의 사용 없이는 불가능하다는 것이 딜레마이기도 하다.

리튬의 주요 산지는 라틴 아메리카(칠레, 아르헨티나)와 호주이다. 중국도 4위의 매장량을 자랑한다. (Source: 미국 지질학 조사-광산 분포 United States Geological Survey: MineSpans)

 
지하 광산에서 디젤을 원료로 사용한 중장비를 돌려서 리튬, 니켈과 같은 희귀 원소를 캐내고 있다. 차량 외관 도장을 위한 페인트 역시 석유에서 나온다. 차량 범퍼와 인테리어 소재는 석유에서 추출한 플라스틱을 활용하여 만들고 있다. 전기 자동차 제조 과정에 이미 많은 화석 연료가 사용되고 있는 셈이다. 

(참고자료 Reference) 
 

  1. Vaclav Smil, 'Understaning Our Material World-Material Outlook: old and new inputs", <How the World Really Works>, VIKING (2022), page 101
  2. Marcelo Azevedo, Magdalena Baczyńska, Ken Hoffman, and Aleksandra Krauze, "Lithium mining: How new production technologies could fuel the global EV revolution", MacKinsey & Company, April 12, 2022
  3. 'Spodumene', http://www.wikipedia.org (lastest visit on Octorber 5, 2024)
  4. 'Diesel Fuel and Heating Oil Conversion Calculator', 미국 에너지 정보청(U.S. Energy Information Administration: Energy Conversion and Calculators)

 
 
 
 
 



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