親環境電氣車, 배터리도 親環境일까[정우성의 未來科學 엿보기]

東亞日報
入力 2021年 8月 16日 03時 00分

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‘벽돌폰’이라는 별명으로 불렸던 1988년 개통 초기 휴대전화(왼쪽)와 접을 수 있는 폴더블 폰 등 최신 스마트폰의 모습(오른쪽). 배터리 기술의 발전은 벽돌 크기의 휴대전화를 지금처럼 손바닥만 한 크기로 작아질 수 있게 했다. 동아일보DB — ‘甓돌폰’이라는 別名으로 불렸던 1988年開通初期携帶電話(왼쪽)와 접을 수 있는 폴더블 폰 等最新 스마트폰의 모습(오른쪽). 배터리 技術의 發展은 甓돌 크기의 携帶電話를 只今처럼 손바닥만 한 크기로 작아질 수 있게 했다. 東亞日報DB

요즘 젊은 世代는 記憶조차 못하겠지만 甓돌만 한 携帶電話를 쓰던 때가 있었다. 但只 크다는 比喩를 들기 위한 表現이 아니다. 正말 模樣과 크기, 무게가 甓돌과 비슷한 電話機였다. 技術이 發展하며 携帶電話는 漸漸 작아졌고, 손안에 쏙 들어오는 크기가 되었다. 그러다가 스마트폰이 登場했다. 요즘엔 큰 畵面에 對한 需要가 높아지며 그 크기가 조금씩 커지고 있다. 甓돌을 주먹만 하게 바꾼 決定的인 技術은 크기는 작아도 性能이 좋은 배터리였다. 스마트폰 畵面이 커지면서 더욱 오랜 時間 동안 動映像을 再生할 수 있는 大容量 배터리 需要도 늘고 있다.

배터리는 電氣 에너지를 供給하는 裝置다. TV 리모컨이나 장난감에 들어가는 乾電池, 携帶電話 배터리뿐 아니라 電氣自動車에도 배터리가 널리 쓰인다. 가장 흔히 볼 수 있는 배터리는 化學電池다. 두 金屬의 性質差異를 利用하는데, 金屬이 이온化되는 程度가 다른 點을 活用한다. 學校에서 한 番쯤 實驗授業으로 해봤을 오렌지 電池亦是簡單한 化學電池에 屬한다. 오렌지를 두 個 놓고 各其 다른 金屬을 꽂는다. 그 사이에 꼬마電球를 連結하면 환하게 불이 켜진다. 배터리는 充電可能與否에 따라 分類되기도 한다. 充電이 不可能한 1次全紙와 달리 2次電池는 充電이 可能하다. 생긴 건 비슷하더라도 作動原理는 크게 다르다. 1次電池가 但只化學 에너지를 電氣 에너지로 바꾸는 것이라면, 2次電池는 電氣를 供給하면 이를 化學 에너지로 貯藏해 나중에 쓸 수 있게 해 주기 때문이다.

컴퓨터의 데이터 處理能力은 날로 發展하고 있지만 事實 그 發展을 가로막던 것 中 하나가 貯藏裝置였다. 컴퓨터의 頭腦가 엄청난 量을 빠르게 計算하더라도 計算結果를 貯藏하는 裝置가 많은 分量을 다루지 못하면 無用之物이 된다. 다시 말해, 데이터를 읽고 쓰는 貯藏裝置의 處理速度가 느리면 頭腦가 아무리 빠르더라도 計算은 느리게 進行된다. 電氣車의 發展도 마찬가지다. 頭腦或은 心臟에 該當하는 엔진보다 배터리가 발목을 잡고 있다. 배터리의 크기가 작아지면 무게도 가벼워지고 製品도 보다 작고 便利하게 만들 수 있다. 하지만 크기가 작아지면서 배터리가 貯藏할 수 있는 電氣의 容量도 작아져서 곤란한 일이 생긴다. 假令乾電池로 作動하는 携帶電話로 電話를 걸면 제대로 通話도 하기 前에 電源이 꺼질 것이다. 그래서 작고 가볍고 오래가는 배터리를 만들려는 움직임, 이른바 배터리 戰爭이 한창이다. 그中에서도 業界에서는 未來의 배터리에 적합한 素材를 찾는 다양한 試圖가 이루어지고 있다.

特히 요즘 배터리 市場을 支配하는 素材는 리튬이다. 最近 리튬의 人氣는 電氣車의 突風과 關聯이 깊다. 오렌지에 꽂은 金屬板에 該當하는 게 電極인데, 最近에는 이 電極을 連結하는 電解質이 液體가 아닌 固體인 배터리를 開發하려는 試圖가 많다. 固體電解質은 液體電解質에 비해 溫度에 影響을 덜 받고 爆發의 危險性도 작기 때문이다. 리튬은 그中에서도 가장 選好度가 높은 金屬이다.

現在 리튬은 地球에 아주 적은 量만 存在하다 보니 이를 確保하기 위해 그 競爭도 熾烈해지는 狀況이다. 特히 電氣車普及이 늘면서 리튬은 ‘白色黃金’이라 불릴 만큼 그 몸값이 치솟고 있다. 各企業과 國家가 나서 世界 곳곳에 숨겨져 있던 새로운 리튬 埋葬地를 繼續 찾아내고 있고, 甚至於電氣車會社 테슬라 創業主인 일론 머스크는 地球가 아닌 다른 宇宙의 小行星에서 리튬을 採取해 올 생각을 밝히기도 했다.

問題는 리튬을 비롯해 未來新技術을 이끌어 갈 것으로 期待되고 있는 最新 배터리들의 素材亦是나 環境汚染에서 자유롭지 않다는 것이다. 리튬은 現在採掘過程에서 엄청난 地下水가 消費되는 等深刻한 環境汚染을 일으킨다는 指摘이 나온다.

서울의 한 전기차 충전소에서 충전하고 있는 전기차. “배터리의 수명이 전기차의 수명”이라는 말이 나올 정도로 전기차에서 엔진 못지않게 배터리가 중요하게 여겨지다 보니 최근에는 수명이 오래가는 배터리를 만드는 경쟁이 치열하다. 동아일보DB — 서울의 한 電氣車充電所에서 充電하고 있는 電氣車. “배터리의 壽命이 電氣車의 壽命”이라는 말이 나올 程度로 電氣車에서 엔진 못지않게 배터리가 重要하게 여겨지다 보니 最近에는 壽命이 오래가는 배터리를 만드는 競爭이 熾烈하다. 東亞日報DB

이와 함께 廢배터리의 處理도 골칫거리다. 大槪電氣車의 壽命은 10年程度다. 이는 배터리의 壽命과 無關치 않다. 電氣車 배터리의 交替週期가 10年이기 때문이다. 배터리 業界에서는 다른 部品보다 더 오래가는 배터리를 만들어, 배터리의 壽命이 곧 電氣車의 壽命이라는 等式을 깨고 싶어 한다. 다만 技術의 進化로 아무리 壽命을 延長하더라도, 結局 어느 瞬間이 되면 배터리는 새것으로 交替되어야 한다.

現在大多數의 배터리는 수많은 有毒物質로 構成됐다. 石油를 使用하는 自動車에 들어가는 묵직한 배터리는 主로 납과 黃酸을 使用하는데 이들 成分은 學校等에서 深刻한 疾患을 일으킨다고 배운 바 있다. 리튬은 大衆的으로 生疏해서인지 몰라도, 많은 이들이 조금 더 親環境的이라는 생각을 갖는 듯하다. 그러나 리튬 배터리 亦是 이 問題에서 決코 자유롭지 못하다. 리튬뿐 아니라 망간, 니켈, 코발트 等은 一般的인 쓰레기처럼 땅에 묻거나 태워 버릴 수 없다. 그래서 앞으로 더욱 많이 쏟아져 나올 廢배터리의 處理方式은 우리에게 닥친 또 다른 課題다.

이 때문에 性能이 떨어진 배터리를 손봐서 다시 쓰거나, 金屬을 抽出해서 다시 再活用하는 式으로 活用하려는 試圖가 늘고 있는 中이다. 이番 도쿄 올림픽에서 選手들이 받은 메달을 寄贈받은 肺携帶電話나 家電製品에서 빼낸 金屬으로 만들었듯이, 廢배터리 亦是나 또 다른 電氣車나 다른 製品에서 쓰이는 배터리로 再活用될 수 있다. 向後에도 배터리의 生産過程과 廢배터리 活用에 對한 이러한 苦悶은 全社會的으로 持續되어야 한다. 그렇지 않으면, 道路 위에서 親環境移動手段으로 脚光받는 電氣車가 結局生産과 廢棄에서 더욱 많은 環境汚染을 일으키는 골칫거리로 轉落해 버릴 수 있다.

정우성 포스텍 産業經營工學科敎授

#親環境電氣車 #배터리 #리튬 #環境汚染