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재사용 배터리운송·보관 단계별안전 기준 분석

김동환 선임 한국화재보험협회 신재생e안전연구센터

1. 머리말

기후위기 대응을 위해 2015년 채택된 파리 협정은 지구의 평균 기온 상승을 산업화 이전 대비 2 ℃ 보다 낮게 유지할 뿐만 아니라 1.5 ℃ 이하로 제한하기 위해 노력하는 범지구적인 목표에 따라 모든 국가가 2020년부터 참여하며, 5년을 주기로 이행 점검을 통해 노력을 강화하도록 규정하고 있다. 이에 따라, 기후변화의 주된 요인인 이산화탄소, 메탄, 이산화질소, 수소불화탄소, 육불화황 등의 온실가스 감축과 함께 온실가스 배출량과 흡수량을 상쇄한 순배출량이 영(零)이 되는 탄소중립 달성의 필요성이 대두되고 있다. 국내에서는 2021년 「기후위기 대응을 위한 탄소중립·녹색성장 기본법」 제정과 함께 화석연료에 대한 의존도를 낮추고 환경친화적인 청정에너지로의 전환을 가속화하고 있으며, 온실가스 감축 대책의 일환으로 환경친화적 자동차 중 하나인 전기자동차의 보급을 확대하고 있는 실정이다. 이러한 전기자동차의 보급 확산에 따른 전기자동차 배터리 생산량의 증가는 폐기물 성격의 전기자동차 배터리 즉, 폐배터리 발생량의 증가가 불가피하다. [표 1]에 국내 전기자동차 폐배터리 배출 추정치를 나타내었다. 2024년에는 약 4,831개의 폐배터리가 발생할 것으로 재사용 배터리운송·보관 단계별안전 기준 분석글 ┃ 김동환 선임한국화재보험협회 신재생e안전연구센터재사용 배터리 운송·보관 단계별 안전 기준 분석24 Special ThemeSpecialTheme 3전망되며, 약 5년 뒤인 2029년에는 약 78,981개의 폐배터리가 발생할 것으로 나타났다. 이러한 전기자동차 폐배터리에서 회수되는 자원의 잠재적 가치는 2024년에는 약 122억 원, 2029년에는 약 2,000억 원으로 나타났다.

<표 1> 국내 전기자동차 폐배터리 배출 추정치

전기자동차의 동력원으로 전기에너지를 제공하기 위한 역할이 종료된 이후 전기자동차 배터리는 수명주기(Life cycle) 중 최종수명(EOL; End of life)으로 폐기 처리된다. 특히, 전기자동차 배터리의 경우, 정격 용량의 약 80%에 도달한 경우 최종수명으로 판단되고 있는 실정이다. 따라서, 전기자동차와 같이 고출력을 필요로하지 않는 경우에는 전기자동차 배터리 정격 용량의 80 %만으로도 에너지저장장치(ESS; Energy storage system) 등 다른 용도로의 활용 즉, 재사용이 가능하다.

본 글에서는 전기자동차의 배터리를 활용한 재사용 배터리의 보관 및 운송 단계에서의 안전 기준을 분석하여, 재사용 배터리의 화재 및 열폭주 안전성을 확보하기 위한 개선 방안에 대해 제시하고자 한다.

2. 재사용 배터리 개요

2023년 제정된 전기용품안전기준(KC 10031) 「사용후전지의 재사용을 위한 리튬이차전지의 안전 요구사항」에 따르면, 사용후(Used) 배터리는 최초의 용도로 사용 후 재활용, 재제조, 재사용하기 위한 배터리를 말한다. 재활용(Recycle)은 사용후 배터리를 분해한 후 유가 금속을 추출 및 활용하는 것을 말하며, 재제조(Reuse)는 사용후 배터리를 부품 교체 등을 통해 본래의 용도로 재조립하는 것을 말한다. 재사용(Repurpose)은 사용후 배터리를 본래의 용도가 아닌 타 용도로 재조립하는 것으로, 자동차의 구동용으로 재사용하는 것은 제외한다. 이러한 재사용 배터리는 환경적 및 경제적인 장점이 있다. 첫 번째로 환경적인 측면은 배터리 재사용을 통해 폐기물의 배출을 감축하고, 새로운 배터리의 생산으로 인한 환경 부담을 최소화할 수 있다는 것이다. 또한, 배터리의 무분별한 폐기는 환경에 심각한 영향을 미칠 수 있기 때문에 재사용을 통해 지속 가능한 친환경 에너지 체계 구축에 기여 가능할 뿐만 아니라 자원의 고갈을 늦추고 순환경제사회 전환을 촉진하는데 중요한 역할을 할 수 있다. 두 번째로 경제적인 측면은 재사용 배터리의 경우 새로운 배터리를 구매하는 것보다 저렴하기 때문에 가격 경쟁력이 우수하다는 것이다. 특히, 에너지저장장치 등의 대용량화 및 대규모화에 따른 수요 증가와 함께 비용적인 (단위 : 개, 톤, 백만 원) 방재와 보험 Vol.194 25요소는 장치 구성 시 주요하게 작용할 것으로 판단된다.

한편, 재사용 배터리는 전기자동차 배터리와 같이 화재 및 열폭주 위험성이 높다. 특히, 보관 시에는 랙 적재에 따른 소화약제 침투 곤란 및 포장재에 의한 화재하중 증가 등의 문제점이 있으며, 운송 시에는 이동 중 발생 가능한 진동·충격 등 물리적인 요인, 외부 단락 등 전기적인 요인, 그리고 고온 노출 등 열적 요인 등에 의한 화재 및 열폭주 문제점이 있다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 보관 및 운송 단계에서의 화재 예방 및 대응을 위한 구체적인 안전 기준이 필요하다.

3. 재사용 배터리 보관 안전 기준 고찰

가. 「전기자동차 폐배터리의 분리·보관방법에 관한 세부규정」

환경부 고시 「전기자동차 폐배터리의 분리·보관방법에 관한 세부규정」에서는 「전기·전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률」에 따른 자동차해체재활용업자가 전기자동차 폐배터리를 분리 및 보관하면서 준수하여야 하는 세부사항을 정하고 있다. 해당 고시에 따른 보관 시 준수 사항은 다음과 같다.

1. 폐배터리가 건조하게 유지될 수 있도록 환기가 잘되는 저온 저습한 장소에 보관
2. 고온·화기·직사광선이나 수분 등에 노출되지 않도록 주의
3. 과도한 충격이 가해지지 않도록 하고 바닥에 떨어지거나 기계적인 부하 또는 구멍을 뚫는 행위 등으로 인한 손상이 발생하지 않도록 주의
4. 폐배터리를 바닥에 보관하는 경우에는 고압 절연 고무매트를 바닥에 깔고 정상 설치된 방향으로 보관하며 뒤집어서 보관하지 않도록 주의
5. 폐배터리가 합선되지 않도록 절연 처리를 해야 하고, 필요시 고압 절연 고무매트로 폐배터리를 덮어서 보관
6. 폐배터리 보관장소에는 경고 표시를 하고, 외부인의 접근을 차단하고 파손이나 안전사고를 예방할 수 있도록 보안장치를 설치

또한, 전해액이 누출되는 등 파손된 배터리는 「폐기물관리법」 등 관련 규정에 따라 안전하게 처리하도록 규정하고 있다.

나. 「사용후전지의 재사용을 위한 리튬이차전지의 안전 요구사항」

국가기술표준원 고시 전기용품안전기준(KC 10031) 「사용후전지의 재사용을 위한 리튬이차전지의 안전 요구사항」에서는 사용후 배터리를 재사용하기 위한 배터리 및 이를 포함하는 시스템을 제조하는 배터리 제조자 26 Special Theme각자의 실정에 맞는 절차를 마련하고 이행하도록 요구하고 있다. 해당 고시에 따른 보관 시 준수 사항은 다음과 같다.

1. 재사용 하고자 하는 배터리는 용도변경 전 보관과 관련된 동일한 환경조건(온도 및 습도)에서 보관
2. 단락에 의한 화재를 방지하기 위해 단자가 절연 보호
3. 보관 시 보관 장소의 온도 및 습도를 측정 및 기록

다. 「리튬 일차 및 이차전지 셀과 전지의 운송을 위한 안전」

국가기술표준원 고시 한국산업표준(KS C IEC 62281) 「리튬 일차 및 이차전지 셀과 전지의 운송을 위한 안전」에서는 재활용 및 폐기 외의 사항으로, 운송 중 안전성을 보장하기 위하여 리튬 일차 및 이차전지 셀 및 전지를 위한 시험방법과 요구사항을 규정하고 있다. 안전을 위한 정보로, 저장 즉, 보관 시의 요구사항은 다음과 같다.

1. 전지는 통풍이 잘 되는 건조하고 시원한 장소에서 저장해야 한다. 고온 환경 또는 고습 환경은 전지의 성능을 약화시키거나 표면을 부식시킬 수 있다.
2. 제조자가 명시한 높이 이상으로 전지 상자를 적재하지 않아야 한다. 만일 너무 높게 전지를 적재하면 제일 아래쪽에 놓인 전지 상자는 변형되거나 전해액이 누출될 수 있다.
3. 직사광선과 비에 직접적으로 노출되지 않도록 전지를 저장해야 한다. 전지가 젖으면 절연성이 떨어지기 때문에 자기 방전과 부식이 될 수 있다. 열은 전지 성능을 감소시킬 수 있다.
4. 전지는 전용 포장 용기에 저장한다. 전지를 포장되지 않은 상태로 저장하거나 섞어서 저장하면 단락되거나 피해를 입을 수 있다

앞서 기술한 재사용 배터리 보관 기준에서 살펴본 바와 같이, 재사용 배터리를 절연 처리하여 저온·저습 환경에 보관하는 등의 최소한의 규정이 제시되어 있으며, 재사용 배터리 열폭주에 의한 화재 발생 가능성을 저감하고 신속한 화재 대응을 위한 소방시설 및 교육·훈련 등의 내용은 미흡한 것으로 판단된다. 또한, 재사용 배터리 보관 시설의 경우, 적층식 랙에 의한 랙식 창고의 화재 특성 뿐만 아니라 배터리에 의한 열폭주 및 화재 특성이 동시에 존재하기 때문에 이러한 특성을 반영한 세부적인 기준 및 대책을 마련하는 것이 매우 중요하다.

4. 재사용 배터리 운송 안전 기준 고찰

가. 「전기자동차 배터리 반납 등에 관한 고시」

환경부 고시 「전기자동차 배터리 반납 등에 관한 고시」에서는 「대기환경보전법」에 따른 전기자동차 배터리의 반납과 분리, 운반 등의 절차를 안전하고 친환경적으로 수행하기 위한 사항을 규정하고 있다. 해당 고시에 따른 전기자동차는 「대기환경보전법」에 따라 전기자동차 구매보조금을 지원받은 자동차로 한정되며, 배터리는 폐차 대상인 전기자동차 중 국가 또는 지방자치단체의 구매보조금을 지원받은 자동차의 배터리로서 시·도지사에게 반납하여야 하는 배터리를 말한다. 해당 고시에 따른 운반 시 점검·조치 사항은 다음과 같다.

1. 배터리의 운반에 필요한 적정한 포장방식의 채택 및 방화ㆍ방수ㆍ방폭ㆍ절연ㆍ단열ㆍ부식 방지 등의 안전 방호 대책 수립
2. 배터리의 개별 포장 후 운반에 적합한 강도의 단단한 외부 포장재 포장 및 단락 방지(2개 이상의 배터리 운반에 한함)
3. 액체류나 폭발위험성이 있는 다른 위험물과 같이 포장하거나, 동일한 운송수단으로 같이 운반하지 않도록 주의
4. 진동 및 충격 영향, 더 심한 손상으로 이어질 수 있는 배터리의 이동 방지 등 운반 중 위험한 상태를 최소화하기 위한 적절한 조치 마련 및 필요시 불연성 및 비전도성의 완충재 사용

나. 「리튬 일차 및 이차전지 셀과 전지의 운송을 위한 안전」

국가기술표준원 고시 한국산업표준(KS C IEC 62281) 「리튬 일차 및 이차전지 셀과 전지의 운송을 위한 안전」에서는 앞서 기술한 바와 같이, 운송 중 안전성을 보장하기 위하여 리튬 일차 및 이차전지 셀 및 전지를 위한 시험방법과 요구사항을 규정하고 있다. 해당 고시에 따른 시험방법과 요구사항은 다음과 같다.

5. 맺음말

재사용 배터리의 보관 및 운송 단계에서의 안전 기준을 분석하고, 현행 기준의 미비점에 대한 개선 방안을 제안하였다. 재사용 배터리는 환경적·경제적 장점이 있지만 화재 및 열폭주 위험이 상존하는 만큼 이를 예방하기 위한 구체적인 안전 기준과 대응 체계가 필요하다. 특히, 재사용 배터리의 특성에 맞는 보관 및 운송 절차와 보호 조치를 강화하고, 화재 발생 시 신속하고 효과적으로 대응할 수 있는 훈련과 설비가 요구된다. 이러한 개선이 이루어진다면, 재사용 배터리의 안전성과 신뢰성을 제고할 수 있을 뿐만 아니라 순환경제사회로의 전환 촉진에 기여하는 중요한 계기가 될 것으로 판단된다.