「微細藻類でバッテリーの未来を変える」…リチウムリサイクル市場、経済性と環境を同時に捉えたグリーンミネラルの挑戦

-貝殻を作る原理である生鉱物化技術で捨てられるリチウム廃液のリサイクル

-クロレラでリチウム廃液90%回収…コスト 1/3 削減

-光陽書の実証化進行… 2027年量産・2030年IPO目標

炭酸リチウムは電気自動車バッテリー、家電製品、IT機器のリチウムイオンバッテリーで最も重要な陽極材として使用され、医薬品や特殊ガラスや光学ガラス製造にも活用される。このような炭酸リチウムは鉱山採掘または塩湖（塩が濃縮された湖）から生産される。鉱山で採掘した鉱石は加熱と粉砕を経て硫酸と混合され、不純物を除去した後、イオン交換及び濃縮過程を経た後、炭素を添加してリチウムを沈殿させた後、ろ過、洗浄、乾燥の後処理過程を通じて炭酸リチウムを最終抽出する。塩湖から抽出した塩水はリチウムを濃縮した後、石灰を添加して不純物を除去し、炭酸を投入して炭酸リチウムに回収する。

このように炭酸リチウムを抽出した後も依然として濃度の低いリチウムが残っている。これを低濃度リチウムまたはリチウム廃液と呼ぶが、ここで炭酸リチウムを再抽出するには濃縮して不純物を除去する過程を再び踏まなければならない。問題は多くの費用がかかるということにある。低濃度リチウムから炭酸リチウムを抽出することが採掘鉱石から炭酸リチウムを抽出するよりも経済性が低いため、ただ捨てられることが多い。塩湖でも炭酸リチウムを抽出した後、低濃度リチウムが残るが、これも経済性が低くそのまま捨てられる。

電気自動車バッテリー、家電製品、ＩＴ機器で使用したリチウムイオンバッテリーでリチウムが約１０％、ニッケルとコバルトは１０～４０％を占める。廃電池のリチウム廃液には様々な不純物が混ざっているが、ニッケルとコバルトは経済性が高く分離しているが、リチウムは量も多くなく、追加工程によるコストも高くそのまま捨てられることが多い。ここに環境問題もある。リチウム廃液からリチウムを抽出するには、硫酸、苛性ソーダ、リン酸を使用する必要があり、これらの化学剤が環境に与える影響が深刻である。

韓国の年間リチウム生産量は43,000トンである。このうち10％の4,300トンが低濃度廃液として残る。金額に換算すれば年間1000億ウォン台のリチウムが捨てられるのだ。ここに廃電池と塩湖から炭酸リチウムを抽出した後、残った低濃度リチウム廃液まで合わせれば捨てられるリチウムははるかに多い。グローバルに見ると、廃電池に残されたリチウムだけ15万トンで、12兆ウォン台の価値がリサイクルされないままそのまま捨てられる。

欧州連合が2020年に制定し、2023年から発効したバッテリー規定(EU Battery Regulation)によれば、2031年から新しい産業用バッテリー、電気自動車バッテリー、SLIバッテリーにコバルト16%、リチウム6%、鉛85%、ニッケル6%以上のリサイクル原料の使用を義務化した。 2036年にはその割合は12％に上がる。今捨てられるバッテリーの５０～８０％をリサイクルしなければリサイクル比率を合わせることができる水準だ。資源リサイクルの義務により、グローバル廃電池リサイクル市場は2050年までに200兆ウォン台に成長すると予想される。そのうちリチウム原料は20兆ウォン台の市場だ。

これまで低濃度リチウム廃液は経済性が低かったが捨てられたが、今ではリチウム廃液をリサイクルするしかない状況だ。このように捨てられたリチウム廃液からリチウムを環境にやさしく経済的に抽出する企業がある。まさにグリーンミネラルだ。

グリーンミネラルのチョン・グァンファン代表は西江大学生命科学科教授で、約10年前から微細藻類を利用した金属リサイクル研究を始めた。研究の末、2021年にグリーンミネラルを創業することになった。現在、グリーンミネラルはイ・ホソク専務(西江大生命科学教授)を含め、博士4人、修士4人で研究開発チームを構成している。

グリーンミネラルの技術は、グローバルバッテリーリサイクル産業の最大の問題を解決する鍵となる見通しだ。グリーンミネラルは現在、光陽で実証化事業を進めており、2027年から本格的な量産に入る計画だ。 2030年IPOを目標に事業を拡大している。グリーンミネラルは今年SKテレコムの「ESGコリア」に選抜され、アクセラレーティングを支援されている。

チョン・グァンファン代表を加山デジタル団地に位置するグリーンミネラル事務所で会い、低濃度リチウム廃液で微細藻類を活用したリチウム抽出技術、光陽で進行中の実証化事業、そして次世代バッテリー市場に向けたグリーンミネラルの今後の戦略について聞いた。

クロレラで答えを探す

ではグリーンミネラルは経済性が低くなってしまうリチウム廃液から、どのように環境にやさしくリチウムを抽出できるのだろうか。その秘密は「クロレラ」（単細胞緑藻類の一種で、主に淡水で生息して光合成能力のある葉緑素を豊富に含んでいる）にある。リチウム廃液に化学混合物の代わりにクロレラを入れると自然に白い炭酸リチウム結晶が沈殿するが、これを生鉱物化（biomineralization）現象という。生鉱物化とは、生物が外部物質を取り、鉱物のように硬く結晶化した形態にする現象をいう。貝が殻を作ったり、人が骨を作ったりすることがすべてこのような生鉱物化現象に該当する。

「クロレラにある特定の酵素が生物質生成プロセスを引き起こします。この酵素がリチウムイオンと二酸化炭素に会うようにします。」

リチウム廃液にクロレラを投入して二酸化炭素を気泡状に入れるとクロレラは光合成しながら二酸化炭素を吸収する。この過程で細胞内酵素が活性化して二酸化炭素を炭酸塩（ＣＯ₃²⁻）イオンに変換する。同時にリチウムイオン（Ｌｉ⁺）が炭酸塩と会って化学反応を起こし、炭酸リチウムが結晶化して沈殿する。まるで雪のように白い結晶が溶液の下に沈む。自然状態のクロレラが持つ生鉱物化酵素能力だけでは不足している。したがって、グリーンミネラルはクロレラの生鉱化酵素能力を高めるためにクロレラに遺伝子操作を加えます。

「生鉱物化に関与する酵素を作る遺伝子をクロレラにまた挿入するんです。もともとクロレラは自分の生存のための生鉱物化能力だけ持っていました。しかしグリーンミネラルはこの酵素を作る遺伝子を追加導入し、同じ細胞内で同じ酵素がより多く作られるようにしました。」

グリーンミネラルはクロレラ遺伝子技術に関して国内特許12件、国際特許4件。生鉱物化を利用したリチウム、ニッケル、コバルト浸出技術に関して、韓国特許8件、国際特許4件など特許で登録または出願されただけでも20件を超える。

「クロレラ遺伝子導入技術は非常に困難です。植物の細胞壁があまりにも硬いからです。どのようにその硬い細胞壁を貫通して遺伝子を挿入するかが重要です。関連してグリーンミネラルが特許を受けています。」

従来のリチウムリサイクル技術では経済性がなくなってしまう低濃度リチウム廃液。グリーンミネラルは遺伝子操作クロレラを用いてこの廃液から９０％以上の炭酸リチウムを回収する。

グリーンミネラルは経済性と環境性を同時に達成した。従来方式は硫酸、苛性ソーダ、リン酸などの強酸・強アルカリを繰り返し使用し、８～１０段階の複雑な工程を経る。一方、グリーンミネラルはクロレラに極少量の硫酸のみを使用し、5段階に簡素化し、既存の化学的方式の3分の1レベルにコストを下げた。化学薬品の使用を最小限に抑えたため、既存の方法の深刻な環境汚染問題も大幅に減少しました。クロレラはバイオディーゼルや肥料でリサイクルできます。

実証段階、そしてスケーリング

グリーンミネラルは実験室での研究を終え、本格的に実証化段階を始めた。今年９月、Ｐ社の実証化課題に選定され、研究設備を光陽に移した。これまで小規模研究でのみ実験したことから、5トン規模のテストが可能になったのだ。

研究室と産業現場は次元が異なる。 30リットルの反応器では、温度はほぼ均一でした。しかし、500リットルになると反応器の中央部とエッジの温度が変わる。二酸化炭素が上方から注入されるので、反応器の下方より上方の酸性の程度が弱い。クロレラが二酸化炭素を消費しながらpHが上昇する部分もある。この不均一性は、酵素反応の効率に直結する問題である。

グリーンミネラルはこれらの問題を解決しました。温度制御システムを用いて反応器全体の温度を一定に保ち、ｐＨバッファシステムで酸性度を目標範囲内に維持し、圧力制御二酸化炭素バブリングシステムで二酸化炭素を均一に分散させる。反応器内部には温度、pH、溶存酸素、濁度センサーを配置してリアルタイムでモニターし、青と赤のLED照明でクロレラの光合成を最適化した。

グリーンミネラルはリチウムだけでなく、ニッケル、コバルト回収のための技術開発を試験している。リチウム回収に適用した生鉱物化原理で、ニッケル、コバルト、マンガンも沈殿が可能だからだ。そうなると、廃電池のほぼすべての資源を抽出することが可能になる。バッテリーリサイクルの市場性を見ると、ニッケルとコバルトはより高い価値を持っています。リチウムイオン電池の構成では、リチウムは約10％だが、ニッケルは30～40％）、コバルトは10～20％とはるかに大きな割合を占めている。グリーンミネラルがニッケル浸出用組成物、コバルト浸出用組成物に対する特許を出願したのもこのためである。

ニッケル、コバルト回収技術が商用化されると、グリーンミネラルはバッテリーリサイクル産業のゲームチェンジャーになると思われる。

「バッテリーにはリチウムだけでなく、ニッケル、コバルト、マンガンなどのさまざまな金属があります。生鉱化原理を適用すると、ほとんどの金属に適用できます。

グリーンミネラルは、光陽での実証化を成功裏に終え、量産に必要な工場建設に必要な資金を誘致するため、来年にシリーズB投資を誘致する計画だ。 2027年量産のための工場竣工、2028年ニッケル・コバルト回収技術の商用化を経て、2030年IPOを目指している。

これまで捨てられてきたものが今価値ある資源に再認識される瞬間だ。経済性がないと捨てられた12兆ウォン台の市場が、今やグリーンミネラルの手で生き返り始めた。 2027年、本格的な量産が始まるまでグリーンミネラルの旅は続くだろう。