BPED로 구현하는 이차전지 폐수의 Chemical Recycle
이차전지 산업의 급성장과 함께 고염 폐수 문제는 더 이상 회피할 수 없는 과제로 떠오르고 있다. 부강테크는 BPED 기반 Chemical Recycle 기술을 통해 폐수를 자원으로 전환하며, 처리 중심의 한계를 넘어선 새로운 해법을 구현해 나가고 있다.
-이성복 BPED PO · Innovation 센터 리더
이차전지 산업의 성장과 고염 폐수 문제의 부상
이차전지 산업은 최근 캐즘(성장 둔화) 국면에도 불구하고 중장기적으로는 견고한 성장세가 유지될 것으로 전망된다. 전기차 중심이던 수요는 신재생에너지의 변동성 대응과 데이터센터 등 대전력 수요에 대응하는 에너지저장장치(ESS) 분야로 확대되고 있으며, 이에 따라 이차전지 생산량은 2025년 1.35TWh에서 2030년 약 3.5TWh로 2.5배 이상 증가할 것으로 예상된다. 특히 2022년 미국의 IRA와 2024년 유럽연합의 CRMA 제정·발효를 계기로 글로벌 이차전지 시장의 재편이 가속화되며, 우려외국기관(FEOC) 배제에 따른 ‘탈중국’ 기조 속에서 국내 제조사들은 전구체 등 핵심 소재의 자국 내 생산 비중을 빠르게 확대하고 있다.
그러나 전구체 제조 공정에서는 황산나트륨(Na2SO4) 기반의 고염 폐수가 필연적으로 발생한다. 해당 폐수는 염 농도가 매우 높아 방류 시 생태독성을 유발하며, 기존 하·폐수 처리시설로는 처리가 어렵다는 구조적 한계를 지닌다. MVR 및 결정화 공정을 적용해 고형화하더라도, 25℃ 기준 281g/L에 달하는 높은 용해도로 인해 매립 시 침출수 발생과 지하수·식수원 오염, 생태계 훼손 우려가 크다. 또한 일부 활용처가 존재함에도 불구하고 전 세계적으로 수요가 감소하는 추세여서, 고형화 이후 안정적인 재활용처 확보에도 한계가 있다.
이러한 문제 인식에 따라 환경부는 「이차전지 염폐수의 공공폐수처리시설 연계 처리 가이드라인」을 배포했으며, 나아가 2025년 3월에는 ‘염인정 제도’ 도입을 골자로 한 「물환경보전법 시행규칙」 및 「하수도법 시행규칙」 개정안을 공포했다. 아울러 「염에 의한 생태독성 증명에 관한 규정(국립환경과학원 고시)」 개정안도 함께 시행되면서, 이차전지 고염 폐수 관리에 대한 제도적 기준과 이에 따른 사업자의 사회적 책임은 한층 강화되고 있다.
BPED 기반 Chemical Recycle: 폐수에서 자원으로의 전환
부강테크는 지난 수년간 이차전지 생산 및 폐배터리 재활용 과정에서 발생하는 폐수의 적정 처리 필요성을 지속적으로 강조해 왔으며, 이를 위한 혁신적 해법으로 2023년부터 양극성 전기투석(이하 BPED, Bipolar Electrodialysis) 공정을 활용한 황산나트륨 폐수 처리 기술 연구를 진행하고 있다. BPED 공정은 전기투석 공정에 양극성 이온교환막을 결합해, 전기 인가 조건에서 이차전지 고염 폐수 내 이온을 활용하여 수산화나트륨(NaOH)과 황산(H₂SO₄)을 생산할 수 있는 기술이다 (Na₂SO₄ + 2H₂O → 2NaOH + H₂SO₄).
수산화나트륨과 황산은 이차전지 전구체 생산에 활용되는 주요 화학물질로, 폐수를 활용한 Chemical Recycle 공정이 상용화될 경우 전처리 과정에서 발생하는 일부 폐기물을 제외한 폐수의 대부분 성분(Na⁺, SO₄²⁻)과 처리수를 전구체 생산 공정에 재사용하는 ZLD(Zero Liquid Discharge) 또는 NZLD(Near-Zero Liquid Discharge) 달성이 가능해진다. 이는 단순한 처리 개념을 넘어, 폐수의 ‘자원화’를 통해 순환경제와 공급망 안정성을 동시에 강화하는 접근이다.
기존 전구체 폐수 처리에 적용 중인 MVR 공정의 경우, 고형물 형태의 황산나트륨이 폐기물로 발생한다. 이 황산나트륨 폐기물은 매립이 불가능해 최종 처분 문제가 지속적으로 제기되어 왔으며, MVR 설비의 감가상각과 운영비를 고려할 경우 장기적으로 막대한 비용이 발생하는 구조적 한계를 지닌다. 반면 BPED 공정을 이차전지 전구체 생산 및 폐수 라인에 적용하면, 생산 과정에서 지속적으로 사용되는 황산과 수산화나트륨을 자체적으로 조달할 수 있어 약품 구매 비용 절감이 가능하다. 실제로 부강테크와 이차전지 소재사가 공동 수행한 연구에서도 경제성 평가 결과, BPED 적용을 통한 투자비 회수 가능성이 확인되었다.
이차전지 폐수 처리의 BPED 공정 적용을 통한 개선 효과
“부강테크는 BPED 공정을 통해 수산화나트륨과 황산을 생산함으로써, 폐수를 처치 곤란한 애물단지가 아닌 자원으로 전환하는 지속 가능한 이차전지 폐수 처리 모델을 현실에서 구현해 나가고자 한다.”
「2025년 상생협력 실증 프로그램」 기반 BPED 파일럿 플랜트 구축
부강테크는 최근 한국환경공단의 「2025년 상생협력 실증 프로그램」을 통해 BPED 공정의 상용화 추진을 위해 국내 이차전지 소재 제조사와 협력하여 BPED 실증 파일럿 플랜트를 구축하였다. 「상생협력 실증 프로그램」은 한국환경공단이 녹색 혁신기술의 개발·보급 촉진과 기업의 환경경영 지원을 목적으로 운영하는 사업으로, 공급기업(부강테크)은 현장 실증데이터(Track Record) 확보를 통해 시장 판로를 확대하고, 수요기관(이차전지 소재사)은 녹색 혁신 기술·설비 적용을 통해 환경 현안을 해결할 수 있도록 설계된 프로그램이다.
부강테크는 2025년 2월 해당 프로그램에 지원해 현장 실사와 선정 평가를 거쳐 같은 해 5월 최종 선정되었으며, 국고보조금 10억 원을 지원받아 9월부터 현장 설치에 착수해 11월 파일럿 플랜트를 완공했다. 해당 플랜트는 전구체 생산시설 내에 설치되어 실제 현장에서 발생하는 황산나트륨 폐수를 활용해 BPED 공정을 통해 수산화나트륨과 황산을 생산할 수 있도록 설계됐다. 부강테크는 이차전지 전구체 폐수에 BPED 공정을 적용해 지속 가능한 Chemical Recycle 시스템의 성능과 안정성을 평가하고, 이를 바탕으로 현장 실증데이터를 확보해 본격적인 사업화를 추진할 예정이다.
국내 최초, 세계 두 번째의 이차전지 폐수 대상 BPED 실증 도전
실제 이차전지 전구체 폐수를 대상으로 한 실증 규모의 BPED 시설은 현재 핀란드에서 운영 중인 1개 사례가 유일하며, 부강테크의 BPED 파일럿 플랜트는 국내 최초이자 세계 두 번째로 운영되는 사례가 됐다.
부강테크는 해당 플랜트를 통해 전구체 생산시설과 연동된 Chemical Recycle 시스템의 실현 가능성 평가를 비롯해 공정 운영 에너지 검증, 최적 운영 기법 개발, BPED 공정의 안정적 운영을 위한 전처리 공정 검증, 핵심 설비의 국산화를 위한 소재 국산화 평가 등을 단계적으로 수행할 예정이다. 나아가 수요기관과의 협력을 기반으로 대규모 전구체 생산시설에 BPED 공정을 적용하는 방안도 추진 중이다.
또한 부강테크는 개정된 이차전지 폐수 염인정 제도를 준용해 방류 기준 충족 여부를 검증하기 위한 생태독성 평가 연구용역을 진행하고 있다. 이를 통해 폐수 방류 규제와 이차전지 소재 생산업체의 수익성이라는 상반된 요구를 동시에 만족할 수 있는 경제적이고 효율적인 시설 적용 방안을 도출할 계획이다.
BPED 공정은 아직까지 폐수처리 분야에서 널리 적용된 기술은 아니어서 다소 낯설게 인식될 수 있다. 그럼에도 부강테크는 ‘beyond waste’라는 핵심 가치를 바탕으로, 이차전지 폐수를 처치 곤란한 애물단지가 아닌 자원으로 전환하는 지속 가능한 이차전지 폐수 처리 모델을 현실에서 구현해 나가고자 한다.