[이미디어= 황원희 기자] 이차전지 산업의 성장과 함께 산업폐수 처리 기술도 새로운 전환점에 들어서고 있다. 전기차와 에너지저장장치 시장 확대는 배터리 소재 산업의 성장을 이끌었지만, 동시에 제조·재활용 공정에서 발생하는 고염폐수와 부산물 처리 문제를 새로운 환경·산업 과제로 부상시켰다. 특히 황산염 기반 공정에서 발생하는 황산나트륨, 즉 망초 성분의 고농도 폐수는 기존 처리 방식만으로는 경제성과 환경성을 동시에 확보하기 어렵다는 지적이 나온다.

단순한 정화 아닌 순환경제형 수처리 돼야

▲폐수처리장 내 처리조 설비

2026 한국초순수담수화학회 워크숍 산업폐수 세션은 이러한 문제의식을 바탕으로 이차전지 폐수를 어떻게 처리하고, 재이용하며, 다시 공정 자원으로 되돌릴 것인가를 집중적으로 다뤘다. 결국 단순한 폐수 정화가 아니라 ‘순환경제형 수처리’로 의견이 모아졌다. 고염폐수에서 물을 회수하고, 농축수에서 유가물질을 얻으며, 공공하수처리장과 연계해 처리비를 낮추고, 최종적으로는 NaOH와 같은 핵심 공정 약품을 다시 생산공정으로 순환시키는 구조다.

 

정우철 POSTECH 교수는 ‘이차전지 고염폐수 분리기술 및 공정 개발’을 통해 이차전지 산업이 직면한 구조적 한계를 짚었다. 현재 이차전지 산업은 전기차 시장의 일시적 수요 정체, 충전 인프라 부족, 화재 등 안전 이슈, 유럽·북미 시장 성장세 둔화로 성장 속도가 조정되는 국면에 놓여 있다. 여기에 환경기준 강화와 공정 부산물 처리비 상승이 더해지면서 기업의 수익성과 지속가능성 모두가 압박받고 있다.
 

정 교수는 이차전지 산업이 기존의 선형 구조, 즉 원료-정제·가공-소재-제품-사용-폐기 흐름에서 벗어나 순환 구조로 전환해야 한다고 강조했다. 국내 이차전지 산업의 지속가능성은 단순히 생산량 확대가 아니라 전주기 관리, 폐수·부산물 재활용, 연관 산업 간 협력체계 구축에 달려 있다는 것이다.

고염폐수 처리...글로벌 시장 진입조건
가장 큰 쟁점은 황산나트륨 폐수다. 그에 따르면 국내 관련 산업의 단일 기업 조사 기준으로 이차전지 분야의 황산나트륨 발생량은 2023년 9만5000톤에서 2030년 131만5000톤까지 증가할 것으로 예상된다. 기존에는 증발농축과 결정화 공정을 통해 무수망초를 만들어 세제, 펄프, 유리 산업 등에 판매하는 방식이 활용돼 왔다. 그러나 재활용 공정에서 발생하는 망초는 순도와 백색도가 낮아 판매가 어렵고, 매립 역시 환경규제 강화와 매립지 확보 문제로 비용 부담이 커지고 있다. 

국제 환경규제도 부담을 키우고 있다. EU는 2024년부터 배터리법을 시행하며 배터리 전주기에 걸친 환경관리와 재활용 소재 사용 의무화를 추진하고 있다. 북미에서는 이차전지 공정폐수에 대해 무방류 수준의 대응을 요구하는 흐름이 강해지고 있다. 캐나다 퀘벡주 사례처럼 황산염 배출 기준이 강화되면 기존 하천·해양 방류 방식은 한계에 부딪히게 된다. 결국 고염폐수 처리는 이차전지 기업의 환경비용 문제가 아니라 글로벌 시장 진입 조건이 되고 있다.

정 교수팀이 제시한 대안은 막증류, 즉 MD 기반 무방류 공정이다. 이 공정은 이차전지 황산나트륨 폐수를 전처리한 뒤 1단계와 2단계 막증류를 거쳐 물을 회수하고, 농축된 황산나트륨 석출물을 전기투석 복분해 공정과 연계해 고순도 황산칼륨 비료로 전환하는 구조다. 하루 50톤 규모의 이차전지 폐수를 대상으로 실증체계를 구축하고, 전체 폐수량의 90% 이상을 산업용수로 재순환하는 것이 핵심 목표다.
 

농축수의 자원화도 핵심이다. 정 교수는 황산나트륨을 단순 부산물이 아니라 황산칼륨 비료의 원료로 전환하는 전기투석 복분해, 즉 EDM 기술을 소개했다. 황산나트륨과 염화칼륨을 원료로 투입하면 황산칼륨과 염화나트륨을 생산할 수 있다. 황산칼륨은 비료 원료로 활용도가 높고 중국·러시아 의존도가 큰 전략 소재인 만큼, 이차전지 폐수에서 발생하는 망초를 고부가가치 소재로 전환할 수 있다는 설명이다.

 

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