뒤젠펠트

뒤젠펠트(Duesenfeld)

뒤젠펠트(Duesenfeld)

뒤젠펠트(Duesenfeld)는 독일의 화학기업이자 배터리 재활용에 대한 많은 선구적인 아이디어를 제공하는 세계 최고의 재활용 전문 회사이다. 이 회사는 분쇄기로 리튬이온 배터리를 분쇄물질과 전해질 중 하나만 남을 때까지 분해하여 파쇄된 재료로부터 흑연, 망간, 니켈, 코발트, 리튬 등을 얻는 기술을 개발했다. 이 물질들은 다시 모터용 배터리의 재생산에 투입되며, 모든 배터리 구성요소의 96%를 재활용할 수 있는 것으로 알려졌다.

개요

뒤젠펠트는 리튬이온 배터리 재활용 유망 기업 중 하나이다. 리튬이온 배터리 재활용 분야에서 최근 떠오르는 기업들에는 캐나다 기업 리싸이클(Li-Cycle), 미국 회사 아셀러온이 포함되고 있다. 현재 이 회사들은 리튬이온 배터리를 재활용하는 가장 저렴하고 쉬운 방법을 찾기 위해 현재 많은 연구개발이 진행되고 있다. 리-사이클(Li-Cycle)의 배터리 재활용 프로세스는 재사용 금속의 회수를 돕기 위해 배터리를 방전하기 위해 통에 배터리를 떨어뜨리고 분쇄한다. 공기 배출량이 매우 적고 물 낭비가 전혀 없으므로 탄소 배출이 매우 적다. 미국 회사 아셀러온은 탈착식 하드 쉘 케이스를 만들어 이 문제를 해결하려고 한다. 내부의 셀을 교체하거나 업그레이드할 수 있도록 제거하여 교체하거나 업그레이드할 수 있다. 최신 배터리 팩의 주요 문제는 용접이 닫혀 있어 모든 구성요소를 정렬하고 액세스해 수천 개의 셀을 분리하기가 어렵다는 것이다. 이 기술이 구현되는지 여부에 관계없이 배터리의 제조 및 재활용과 관련해 미래에 눈에 띄는 변화를 기대할 수 있다.

독일 자동차, 모터사이클 판매와 제작 및 엔진 제조 회사인 비엠더블유(BMW)는 독일 화학업체 뒤젠펠트(Duesenfeld)와 함께 전기차 배터리를 음극재에 들어가는 흑연과 전해질을 포함해 최고 96% 재활용하는 방안을 개발하겠다고 2020년 7월 말에 발표했다. 폭스바겐도 배터리 재활용율 목표치를 당초 72%에서 97%로 높이는 등 완성차업체도 배터리 재활용에 나서고 있다.

이 회사의 전원 배터리 재활용 스테이션은 세계에 배치되었으며 역사적으로 “Leading China, Leading the World(领先中国、领跑世界)” 및 “50% 협력 및 30% 재활용”이라는 글로벌 전략 목표에 따라 구현되었다. 중국 우한(武汉), 톈진(天津)、우창(无锡)、허난(河南)、선전(深圳) 등 5대 핵심 재활용 기지를 형성하여 먼저 창강 삼각주(长三角), 주강 삼각주(珠三角), 화중(华中), 징진지(京津冀), 중원(中原)을 차지하는 구도를 형성한다. 또 대한민국의 포항시청 및 에코프로와 긴밀히 협력하고 있으며, 회사는 에코프로와 "배터리 재생 및 재사용 기술 라이선스 계약" 및 "협력 투자 계약"을 체결하고 대한민국에 설립된 회사인 에코프로 CnG(ECOPRO CnG Co., Ltd.)의 공동 경영에 참여해 배터리 재생과 재활용 기술 상용화를 추진한다. 또한 유럽에서도 동력 배터리 회수 사업을 함께 추진하고 있다.

사업 소개

재활용 공업

뒤젠펠트 재활용 프로세스

뒤젠펠트 재활용 기계적 처리

뒤젠펠트 재활용 습식 제련

리튬이온 배터리의 친환경 재활용

뒤젠펠트는 기계, 열역학 및 습식 야금 공정을 결합한 특허 받은 방법을 사용한다. 이 방법은 에너지 투입량이 매우 적음에도 불구하고 탁월한 재료 회수율을 제공한다. 이것은 배터리 재활용에 일반적으로 사용되는 기술인 제련을 사용하지 않기 때문에 가능하다. 뒤젠펠트는 일반 금속뿐만 아니라 흑연, 전해질 및 리튬을 재활용하는 자체 공정을 운영한다. 재료 재활용이란 도로 공사나 기타 건설에 사용하는 것이 아니라 모든 금속을 회수율이 높고 고품질의 2차 원료 형태로 제2의 수명을 누릴 수 있으며, 배터리에 사용할 수 있는 등급도 됨을 의미한다. 뒤젠펠트의 재활용 프로세스를 사용하여 2차 원료를 생산하면 원료의 1차 추출에 비해 재활용 배터리 톤당 8.1톤의 CO2를 절약할 수 있다. 기존의 제련 공정과 비교할 때 뒤젠펠트의 방법은 재활용 배터리 1톤당 4.8톤의 CO2를 절약한다. 리튬이온 배터리의 경우 뒤젠펠트의 방법은 기존 재활용 방법에 비해 거의 두 배에 달하는 재료 회수율을 달성한다. 습식 제련 공정으로 보완하면 거의 100%의 재활용률이 가능하며, 기계적 재활용 프로세스는 40피트 컨테이너의 수집 지점에서 고정식 및 이동식 구성 모두에서 수행할 수 있다. 수명이 다한 배터리는 일반적으로 위험물로 분류되어 배터리 운송 용기에 담아 운반되며, 현장에서의 기계적 가공은 전해질을 다른 물질과 분리하고 결과물을 위한 특별한 배터리 운송 용기가 필요하지 않다. 그 결과 제품을 표준 컨테이너로 운송되며, 이는 평균 트럭이 7배 더 많이 운반할 수 있음을 의미하며, 이러한 위험물 운송의 감소는 전체 배터리 재활용 프로세스에 대한 대부분의 비용을 제거한다.

뒤젠펠트의 주요 목표는 배터리에 있는 자재를 최대한 많이 재활용하는 것이다. 기계적 재활용 공정에서 뒤센펠트는 72%의 재료 재활용률을 달성할 수 있으며, 뒤젠펠트의 습식 제련 공정을 통해 검은 덩어리를 처리함으로써 재료 재활용률을 91%까지 높일 수 있다. 현재는 분리막과 고비점 전해질 성분만 회수할 수 없으며. 이러한 비율로 뒤젠펠트는 EU의 2006/66/EC 배터리 지침의 현재 요구 사항을 어느 정도 능가한다.

리튬이온 배터리 재활용을 위한 혁신적인 프로세스 체인

혁신적인 뒤젠펠트 프로세스 체인은 리튬이온 배터리를 위해 특별히 개발되었으며 광범위한 특허의 보호를 받고 있다. 뒤젠펠트는 기계적 처리와 습식 제련 공정의 독특한 조합과 고온 공정을 사용하지 않는다는 사실로 인해 배터리 재료를 인상적인 정도로 재활용할 수 있다. 이것은 뒤젠펠트를 리튬이온 배터리 재활용 기술의 선두주자가 되었다.

• 기계적 처리 : 리튬이온 배터리의 기계적 처리는 가연성 전해질과 위험한 성분으로 인해 어려운 작업이다. 안전한 준비를 위해 뒤젠펠트는 공정 고유의 위험을 제거하는 방법을 개발하고 특허를 받았다. 방전 및 분해 후 배터리는 불활성 가스 분위기에서 분쇄되고 전해질의 용매는 진공 증류를 통해 분쇄된 물질로부터 회수된다. 낮은 공정 온도는 독성 가스의 형성을 방지하며, 분리된 용제는 화학 산업으로 보내져 더 많은 준비를 하게 된다. 건조된 분쇄된 물질은 입자 크기, 밀도, 자성 및 전기적 특성과 같은 물리적 특성에 따라 다른 물질 분획으로 분리되며 이후 추가적인 제련 처리를 거친다. 여기서 철, 구리 및 알루미늄 조각은 표준 재활용을 위해 보내진다. 뒤젠펠트는 전극 활성 물질과 전도성 염을 포함하는 흑색 덩어리를 처리하기 위한 습식 제련 방법을 개발했으며, 이 특허 받은 방법은 흑색 덩어리에서 코발트, 리튬, 니켈, 망간 및 흑연을 회수한다.
• 습식 제련 : 현재 흑색 덩어리를 처리하기 위해 사용되는 대부분의 산업 습식 제련 공정에서는 코발트와 니켈만 회수된다. 리튬, 망간 및 흑연은 이러한 공정에서 손실되므로 재료 주기에서 제거되며, 뒤젠펠트는 전극 활물질을 위한 배터리급 원료의 생산을 통해 완전한 사이클 관리를 가능하게 하는 자체 절차를 개발하고 특허를 받았다. 불화물 함유 염은 습식 화학 공정 동안 불화수소산의 형성을 유발할 수 있기 때문에 흑색 덩어리의 습식 제련 공정에서 특히 어려움을 나타낸다. 특허 받은 특정 전처리 단계에서 뒤젠펠트는 침출 전에 불소를 완전히 제거하여 불화수소산의 형성을 확실하게 방지한다. 불화물이 제거되면 금속이 침출되어 결과적으로 흑연에서 분리되어 재료 재활용을 위해 보내진다. 또한 리튬, 코발트, 니켈 및 망간은 다양한 추출 방법으로 서로 분리되어 염의 형태로 세척 및 회수되며, 염은 새로운 양극 활성 물질 생산을 위한 기본 재료로 작용한다.

이코밸런스

뒤젠펠트 재활용 관련 재료 분류용 컨테이너

뛰어난 환경 균형을 위한 높은 재활용 효율성

기계적 처리 및 습식 제련을 포함하는 뒤젠펠트의 재활용 공정 체인은 최고 수준의 효율성과 품질로 모든 재료를 재활용할 목적으로 체계적으로 개발되었다. 회사는 금속, 전해질 용매 및 흑연을 회수하는 독특한 재활용 공정을 운영하며, 뒤젠펠트 프로세스를 리튬이온 배터리에 대한 가장 환경친화적인 재활용 프로세스로 만든다.

전기 자동차의 CO2 배출량을 줄여 주는 뒤젠펠트

전기 자동차의 제품 수명 주기를 고려할 때 탄소 발자국의 상당 부분이 배터리 생산에 기인할 수 있다. 따라서 지속 가능한 E-모빌리티를 위해서는 사용한 배터리의 원자재가 재료 주기 내에 최대한 유지되는 것이 매우 중요하다. 이것이 바로 특허 받은 뒤젠펠트 공정이 적용되는 곳이며, 재활용 배터리가 장착된 중형 전기차는 49,000km만 주행해도 CO2 배출량이 개선되며, 기존의 재활용 공정에서 배터리를 장착한 유사한 중형 전기차에 비해 훨씬 빠른 속도이다. 1차 생산과 비교하여 뒤젠펠트 재활용의 배터리 원재료는 지구 온난화 가능성, 산성화 가능성 및 비생물적 자원과 같은 모든 주요 영향 범주에서 상당한 절감 효과를 달성한다. 기존 재활용 회사에서 운영하는 시설과 비교할 때 뒤젠펠트는 뛰어난 재료 재활용률 덕분에 훨씬 더 나은 생태학적 균형을 이룬다.

참고자료

• 뒤젠펠트 공식 홈페이지 - https://www.duesenfeld.com/
• "Savings of 4.8 t CO2 per ton of recycled batteries", Duesenfeld
• "91% material recovery when recycling battery cells", Duesenfeld
• 〈格林美：德国Duesenfeld公司是世界领先的专业回收公司〉, 《云财经网》
• 박정한 기자, 〈늘어나는 전기차, 쌓이는 폐배터리…재활용 기술 주목〉, 《글로벌이코노믹》, 2021-04-27
• 경계영 기자, 〈커지는 폐배터리 재활용 시장 "연평균 18% 성장 기대"〉, 《이데일리》, 2020-08-12

같이 보기

• 배터리
• 리튬이온 배터리

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