“미세조류로 배터리의 미래를 바꾼다”…리튬 재활용 시장, 경제성과 환경을 동시에 잡은 그린미네랄의 도전 완벽가이드
“미세조류로 배터리의 미래를 바꾼다”…리튬 재활용 시장, 경제성과 환경을 동시에 잡은 그린미네랄의 도전
스타트업/벤처 전문 정보
-조개껍질 만드는 원리인 생광물화 기술로 버려지는 리튬 폐액 재활용 -클로렐라로 리튬 폐액 90% 회수…비용 1/3 절감 -광양서 실증화 진행…2027년 양산·2030년 IPO 목표 탄산리튬은 전기차 배터리, 가전제품, IT 기기의 리튬이온 배터리에서 가장 중요한 양극재로 사용되며, 의약품 및 특수 유리와 광학 유리 제조에도 활용된다. 이와 같은 탄산리튬은 광산 채굴 또는 염호(소금이 농축된 호수)로부터 생산한다. 광산에서 채굴한 광석은 가열과 분쇄를 거쳐 황산과 혼합되고, 불순물을 제거한 후 이온 교환 및 농축 과정을 거친 후 탄
핵심 특징
고품질
검증된 정보만 제공
빠른 업데이트
실시간 최신 정보
상세 분석
전문가 수준 리뷰
상세 정보
핵심 내용
-조개껍질 만드는 원리인 생광물화 기술로 버려지는 리튬 폐액 재활용 -클로렐라로 리튬 폐액 90% 회수…비용 1/3 절감 -광양서 실증화 진행…2027년 양산·2030년 IPO 목표 탄산리튬은 전기차 배터리, 가전제품, IT 기기의 리튬이온 배터리에서 가장 중요한 양극재로 사용되며, 의약품 및 특수 유리와 광학 유리 제조에도 활용된다. 이와 같은 탄산리튬은 광산 채굴 또는 염호(소금이 농축된 호수)로부터 생산한다. 광산에서 채굴한 광석은 가열과 분쇄를 거쳐 황산과 혼합되고, 불순물을 제거한 후 이온 교환 및 농축 과정을 거친 후 탄소를 첨가하여 리튬을 침전시킨 뒤, 여과, 세척, 건조의 후처리 과정을 통해 탄산리튬을 최종 추출한다. 염호에서 추출한 염수는 리튬을 농축한 후 석회를 첨가하여 불순물을 제거하고, 탄산을 투입하여 탄산리튬으로 회수한다. 이렇게 탄산리튬을 추출한 후에도 여전히 농도가 낮은 리튬이 남아 있다. 이를 저농도 리튬 또는 리튬 폐액으로 부르는데, 여기서 탄산리튬을 다시 추출하려면 농축해서 불순물을 제거하는 과정을 다시 밟아야 한다. 문제는 많은 비용이 든다는 데 있다. 저농도 리튬에서 탄산리튬을 추출하는 것이 채굴 광석에서 탄산리튬을 추출하는 것보다 경제성이 낮기 때문에 그냥 버려지는 경우가 많다. 염호에서도 탄산리튬을 추출한 후 저농도 리튬이 남는데 이 역시 경제성이 낮아 그대로 버려진다. 전기차 배터리, 가전제품, IT 기기에서 사용한 리튬이온 배터리에서 리튬이 약 10%, 니켈과 코발트는 10~40%를 차지한다. 폐배터리의 리튬 폐액에는 다양한 불순물이 섞여 있는데, 니켈과 코발트는 경제성이 높아 분리해내지만 리튬은 양도 많지 않고 추가 공정에 따른 비용도 높아 그대로 버려지는 경우가 많다. 여기에 환경문제도 있다. 리튬폐액에서 리튬을 추출하려면 황산, 가성소다, 인산를 사용해야 하는데, 이들 화학제가 환경에 미치는 영향이 심각하다. 우리나라의 연간 리튬 생산량은 43,000톤이다. 이 중에서 10%인 4,300톤이 저농도 폐액으로 남는다. 금액으로 환산하면 연간 1000억원대의 리튬이 버려지는 것이다. 여기에 폐배터리와 염호에서 탄산리튬을 추출한 후 남은 저농도 리튬 폐액까지 합치면 버려지는 리튬은 훨씬 많다. 글로벌로 본다면 폐배터리에 남겨진 리튬만 15만 톤으로 12조원대의 가치가 재활용되지 못한 채 그대로 버려진다. 유럽연합이 2020년 제정해 2023년부터 발효한 배터리 규정(EU Battery Regulation)에 의하면, 2031년부터 새로운 산업용 배터리, 전기차 배터리, SLI 배터리에 코발트 16%, 리튬 6%, 납 85%, 니켈 6% 이상의 재활용 원료 사용을 의무화했다. 2036년에는 그 비율은 12%로 올라간다. 지금 버려지는 배터리의 50~80%를 재활용해야 재활용 비율을 맞출 수 있는 수준이다. 자원재활용에 대한 의무로 글로벌 폐배터리 재활용 시장은 2050년까지 200조 원대로 성장할 것으로 예상된다. 그 중 리튬 원료는 20조 원대의 시장이다. 그동안 저농도 리튬 폐액은 경제성이 낮았지만 버려졌지만 이제는 리튬 폐액을 재활용할 수 밖에 없는 상황이다. 이렇게 버려지던 리튬 폐액에서 리튬을 친환경적이면서 경제적으로 추출하는 기업이 있다. 바로 그린미네랄이다. 그린미네랄의 정광환 대표는 서강대학교 생명과학과 교수로, 약 10년 전부터 미세조류를 이용한 금속 재활용 연구를 시작했다. 연구 끝에 2021년 그린미네랄을 창업하게 됐다. 현재 그린미네랄은 이호석 전무(서강대 생명과학 교수)를 포함해 박사 4명, 석사 4명으로 연구개발팀을 구성하고 있다
상세 분석
. 그린미네랄의 기술은 글로벌 배터리 재활용 산업의 가장 큰 문제를 해결하는 열쇠가 될 전망이다. 그린미네랄은 현재 광양에서 실증화 사업을 진행하고 있으며, 2027년부터 본격적인 양산에 들어갈 계획이다. 2030년 IPO를 목표로 사업을 확장하고 있다. 그린미네랄은 올해 SK텔레콤의 ‘ESG 코리아’에 선발되어 액셀러레이팅을 지원받고 있다. 정광환 대표를 가산디지털단지에 위치한 그린미네랄 사무실에서 만나 저농도 리튬 폐액에서 미세조류를 활용한 리튬 추출 기술, 광양에서 진행 중인 실증화 사업, 그리고 차세대 배터리 시장을 향한 그린미네랄의 향후 전략에 대해 들어봤다. 최근 광양으로 연구장비를 옮긴 그린미네랄의 사무실에서의 정광환 대표 클로렐라에서 답을 찾다 그렇다면 그린미네랄은 경제성이 낮아 버려지는 리튬 폐액에서 어떻게 친환경적으로 리튬을 추출할 수 있을까? 그 비밀은 ‘클로렐라’(단세포 녹조류의 일종으로, 주로 민물에서 서식하며 광합성 능력이 있는 엽록소를 풍부하게 함유하고 있다)에 있다. 리튬 폐액에 화학 혼합물 대신 클로렐라를 넣으면 자연스럽게 하얀 탄산리튬 결정이 침전되는데, 이를 생광물화(biomineralization) 현상이라고 한다. 생광물화란 생물이 외부 물질들을 취해 광물처럼 단단하고 결정화된 형태로 만드는 현상을 말한다. 조개가 껍질을 만들거나 사람이 뼈를 만드는 것이 모두 이 같은 생광물화 현상에 해당한다. “클로렐라에 있는 특정 효소가 생과물화 과정을 촉발합니다. 이 효소가 리튬 이온과 이산화탄소를 만나도록 합니다.” 리튬 폐액에 클로렐라를 투입하고 이산화탄소를 기포 형태로 넣으면 클로렐라는 광합성을 하면서 이산화탄소를 흡수한다. 이 과정에서 세포 내 효소들이 활성화되어 이산화탄소를 탄산염(CO₃²⁻) 이온으로 변환시킨다. 동시에 리튬 이온(Li⁺)이 탄산염과 만나 화학 반응을 일으키고, 탄산리튬이 결정화되어 침전된다. 마치 눈이 내리듯 하얀 결정이 용액 아래로 가라앉는다. 자연 상태의 클로렐라가 가진 생광물화 효소 능력만으로는 부족하다. 그래서 그린미네랄은 클로렐라의 생광물화 효소 능력을 높이기 위해 클로렐라에 유전자 조작을 가한다. “생광물화에 관여하는 효소를 만드는 유전자를 클로렐라에 또 삽입하는 거예요. 원래 클로렐라는 자신의 생존을 위한 생광물화 능력만 가지고 있었습니다. 하지만 그린미네랄은 이 효소를 만드는 유전자를 추가로 도입해서, 같은 세포 내에서 같은 효소가 더 많이 만들어지도록 했어요.“ 그린미네랄은 클로렐라 유전자 기술 관련해서 국내 특허 12건, 국제 특허 4건. 생광물화를 이용한 리튬, 니켈, 코발트 침출 기술 관련해서 국내 특허 8건, 국제 특허 4건 등 특허로 등록되거나 출원된 것만 해도 20건이 넘는다. “클로렐라 유전자 도입 기술은 매우 어렵습니다. 식물의 세포벽이 워낙 단단하기 때문입니다. 어떻게 그 단단한 세포벽을 뚫고 유전자를 삽입할 것인가가 핵심입니다. 관련해서 그린미네랄이 특허를 받았습니다.“ 기존 리튬 재활용 기술로는 경제성이 없어 버려지는 저농도 리튬 폐액. 그린미네랄은 유전자 조작 클로렐라를 이용해 이 폐액에서 90% 이상의 탄산리튬을 회수해낸다. 그린미네랄은 경제성과 환경성을 동시해 달성했다. 기존 방식은 황산, 가성소다, 인산 같은 강산·강알칼리를 반복해서 사용하며 8~10단계의 복잡한 공정을 거친다.
정리
반면 그린미네랄은 클로렐라에 극소량의 황산만 사용하고 5단계로 단순화해 기존 화학적 방식의 3분의 1 수준으로 비용을 낮췄다. 화학제 사용을 최소화했기 때문에 기존 방식의 심각한 환경오염 문제도 크게 줄였다. 클로렐라는 바이오디젤이나 비료로 재활용할 수 있다. 실증화 단계, 그리고 스케일링 그린미네랄은 실험실에서의 연구를 끝내고 본격적으로 실증화 단계를 시작했다. 올해 9월 P사의 실증화 과제에 선정되어 연구 설비를 광양으로 옮겼다. 그동안 소규모 연구로만 실험했던 것에서 5톤 규모의 테스트가 가능해진 것이다. 연구실과 산업 현장은 차원이 다르다. 30리터 반응기에서는 온도가 거의 균일했다. 하지만 500리터가 되면 반응기의 중앙부와 가장자리의 온도가 달라진다. 이산화탄소가 위에서 주입되기 때문에 반응기의 아래쪽보다 위쪽의 산성 정도가 약하다. 클로렐라가 이산화탄소를 소비하면서 pH가 상승하는 부분도 있다. 이런 불균일성은 효소 반응의 효율에 직결되는 문제다. 그린미네랄은 이 문제들을 해결했다. 온도 제어 시스템으로 전체 반응기의 온도를 일정하게 유지하고, pH 버퍼 시스템으로 산성도를 목표 범위 내에 유지하며, 압력 제어 이산화탄소 버블링 시스템으로 이산화탄소를 균일하게 분산시킨다. 반응기 내부에는 온도, pH, 용존산소, 탁도 센서를 배치해 실시간으로 모니터링하고, 파란색과 빨간색 LED 조명으로 클로렐라의 광합성을 최적화했다. 그린미네랄은 리튬뿐만 아니라 니켈, 코발트 회수를 위한 기술 개발을 시험하고 있다. 리튬 회수에 적용한 생광물화 원리로 니켈, 코발트, 망간도 침전이 가능하기 때문이다. 그렇게 되면 폐배터리의 거의 모든 자원을 추출하는 것이 가능해진다. 배터리 재활용의 시장성을 본다면, 니켈과 코발트가 더 높은 가치를 가진다. 리튬이온 배터리의 구성에서 리튬은 약 10%이지만 니켈은 30~40%), 코발트는 10~20%로 훨씬 큰 비중을 차지하고 있다. 그린미네랄이 니켈 침출용 조성물, 코발트 침출용 조성물에 대한 특허를 출원한 것도 이 때문이다. 니켈, 코발트 회수 기술이 상용화되면 그린미네랄은 배터리 재활용 산업의 게임 체인저가 될 것으로 보인다. “배터리에는 리튬뿐만 아니라 니켈, 코발트, 망간 같은 다양한 금속들이 있습니다. 생광물화 원리를 적용하면 대부분의 금속에 적용할 수 있습니다. 각 금속마다 최적의 클로렐라 유전자 조작이 필요하지만, 기본 원리는 같습니다.“ 그린미네랄은 광양에서의 실증화를 성공적으로 마치고 양산에 필요한 공장 건설에 필요한 자금을 유치하기 위해 내년에 시리즈B 투자를 유치할 계획이다. 2027년 양산을 위한 공장 준공, 2028년 니켈·코발트 회수 기술 상용화를 거쳐 2030년 IPO를 목표로 하고 있다. 그동안 버려져 온 것들이 이제 가치 있는 자원으로 재인식되는 순간이다. 경제성 없다며 버려지던 12조원대의 시장이 이제 그린미네랄의 손으로 살아나기 시작했다. 2027년, 본격적인 양산이 시작될 때까지 그린미네랄의 여정은 계속될 것이다
자주 묻는 질문
Q. 어떤 정보를 제공하나요?
A. 스타트업/벤처 관련 최신 정보를 제공합니다.
Q. 신뢰할 수 있나요?
A. 검증된 출처만 선별합니다.
Q. 더 궁금한 점은?
A. 댓글로 문의하세요.
원문 출처
이 글은 원본 기사를 참고하여 작성되었습니다.