늘어만 가는 폐 태양광 패널은 어떻게 될 것인가.

▶늘어만 가는 폐 태양광 패널은 어떻게 될 것인가.

■ 도시 광산이란?

도시광산(Urban Mining)이란 산업원료인 광물금속이 제품 또는 폐기물 형태로 생활주변에 소량으로 넓게 분포되어 양적으로 광산규모를 가진 형태를 의미한다. 현재 인류는 급속한 발전으로 인해 지하자원보다 사용 중이거나 사용된 자원인 지상자원이 더 많은 상태로 도달했다. 지하자원과 지상자원간의 격차는 시간이 지날수록 벌어 질 것이며 이는 가전제품, 전자제품 등인 산업 폐기물의 양이 지속적으로 늘어나는 것을 의미한다.

출처 : 환경부

■ 도시 광산 속 폐 태양광 전지

어딜 가나 사람들 손에서 뗄 수 없는 전자제품들을 보면 그 많은 핸드폰, TV 등이 어디로 가게 될지, 폐 처리는 어떻게 될지 한번쯤 궁금해 했을 것이며 흔히 휴대폰, 디스플레이, 반도체 등의 전자제품을 중심으로 도시 광산을 생각할 것이다.

도시 광산 측면에서는 폐 전자제품은 게르마늄, 인듐, 희토류 등의 희소금속을 재 자원화 할 수 있는 방법이 될 수 있다. 제련 · 정제하는 과정에서 희소금속의 회수를 함으로써 폐전자제품 등의 폐기물 처리과정에서 자원순환을 실현하는 동시에 국내 원자재수요에 대응한다는 이중 효과를 기대 할 수 있다. 자원의 대부분을 수입하는 우리나라에서 도시광산산업의 부상은 시사하는 바가 크다.  이는 신재생에너지 측면에서도 마찬가지이다.

위 그래프는 2005년부터 굉장히 많은 모듈의 개수가 설치되었기 때문에 2020년까지 조금씩 증가하던 폐 모듈의 양은 2020년을 기점으로 급격히 증가되어 어마하게 늘어날 것이라고 추측하고 있다.

태양광 모듈 중 폐 모듈에 사용되는 희유금속의 많은 부분은 수입에 의존하고 있으며, 특히 신재생에너지의 개발에 따라 수요가 증가하고 있는 태양광전지로부터 희유금속의 회수기술 개발은 원천 소재의 확보 및 이에 따른 수입대체가 기대됨으로 신재생에너지 분야의 경쟁력 강화를 위해 꼭 필요하다.

다음은 태양광 모듈의 회수방법을 알아보기 위해 태양광 리사이클링 시장동향을 살펴보자.

 

■ 태양광 리사이클링 시장동향

태양광 리사이클링의 세계시장 동향은 1990년도 초부터 공급이 되기 시작한 태양광 모듈의 경우 수명주기가 다하여 그 에 따른 처리와 재활용이 대두가 되고 있다. 태양광 모듈의 경우 96%이상이 재활용이 가능하며 재활용 과정 중에 별다른 오염원이 발생하지 않는다는 장점을 가지고 있어 재활용 되는 원자재는 재생산공정을 통하여 제품의 제작에 다시 투여되는 순환구조의 산업구조를 형성 할 수 있다.

태양전지를 구성하는 재료에 따라 크게 Si계 태양전지와 화합물계(CdTe, CIS계, CIGS계, GaAs계 등)으로 나누어진다. 1세대 Si계 결정형 태양전지는 실리콘을 주원료로 하여 태양광 산업의 90%이상을 장악하고 있다. 그래서 태양광 산업의 경쟁력 확보를 위해서 태양전지의 폐 모듈로부터 핵심소재인 실리콘을 회수하여 소재화 하는 것이 필요하다.

그렇다면 실리콘을 회수하여 태양광 패널을 재생산하는 방법은 어떻게 될까 ? 알아보자.

■  태양광 패널의 재활용 6단계

현재 태양광 패널의 재활용 단계는 6단계로 나눌 수 있으며, 폐기된 태양광 패널의 회수 공정, 열처리 공정, 각 부품별 분류 공정, 화학적 처리 공정, 결정성장 공정, 새로운 태양광 패널 제조 공정으로 분류된다. 폐기된 태양광 패널을 재활용 할 때 재활용 가능성과 활용 범위가 가장 큰 부분은 알루미늄 프레임과 유리이지만, 환경에 가장 큰 영향을 미치는 태양광 패널의 셀(Cell)을 재활용하는 것이 가장 중요하다. 특히, 태양광 기술의 선진국인 독일을 중심으로 태양광 패널의 재활용 연구가 활발히 진행되고 있다. 분류 과정 중에 실리콘 표면에 여러 가지 오염물질을 깨끗이 처리하는 기술이 핵심이다. 기존의 태양광 패널과 비슷한 효율의 재활용 태양광 패널을 만들기 위해서는 nine-nine(99.9999999%) 이상의 순도 높은 실리콘이 필요하기 때문이다. 주요 오염원인 철, 구리, 티타늄 등은 태양광 패널 효율을 저하시키기 때문에 화학적인 방법으로 제거해야 한다.

 

다음은 태양광 보급이 우리보다 빨랐던 유럽의 재활용 방안을 살펴보자.

■ 해외 동향 - SOLAR CYLCE 단체와 PV CYCLE 단체의 노력 

태양광 보급이 빨랐던 유럽에서는 이미 태양광 폐모듈을 회수하고 재활용하는 시스템이 구축됐다. 유럽에는 독일을 중심으로 약 269개의 폐기된 태양광 패널을 수집하는 시설이 있으며, 재활용 네트워크를 구성하여 생산, 설치, 재활용까지 철저한 사후 관리 시스템을 구축하였다.

2007년 7월 유럽의 태양광 모듈 제조사간 협력체계를 구축하여 수명주기가 다한 모듈(EOL, End of life) 및 생산과정 또는 사용자의 과실로 문제가 되는 태양광 모듈의 수거부터 재활용까지의 책임을 지는 조직이 벨기에의 브루셀(Brussels)에 위치한 PV CYCLE이라는 협회가 조직이 되어 활발한 활동을 하고 있다. PV CYCLE단체는 현재 236개의 태양광 모듈 제조회사에서 폐기된 태양광 패널을 회수하여 재활용하고 있으며, 2010년 이후 약 5,443톤의 태양광 패널을 회수하여 재활용하였다. 태양광 모듈 제조회사들은 매년 재활용 규모에 따라 5,000~25,000유로의 회비를 PV CYCLE단체에 지불하고 있으며, 60%의 태양광 패널을 회수하고 회수된 패널의 80%를 재사용할 계획이다. 태양광 패널 회수 방법은 태양광 모듈이 40개 이하일 경우 설치 업체에서 직접 수집 장소로 이송하여 재활용하며, 40개 이상일 경우 PV CYCLE단체에서 직접 회수한다. 또한, 태양광모듈의 재생산 및 재활용을 통한 원자재 확보 및 판매의 목적을 둔 영리법인 SOLAR CYLCE이 조직이 되어 운영 중에 있다. 

최근에는 유럽국가 뿐만 아니라 미국, 중국에서도 유럽의 선진 태양광 패널 기술을 활용하여 에너지 생산뿐만 아니라 친환경적인 사후 처리 방법을 찾기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다.

■ 국내 동향 – 태양광 재활용센터 준비 중 !

출처 : 한국에너지공단

 

신재생 에너지 중 태양광 에너지의 투자가 4,889억 원으로 가장 높다. 태양광 에너지가 전기를 가장 많이 생산해낸 다는 뜻이지만 2~30년 뒤 폐 태양광 패널의 양이 많다는 뜻이기도 하다. 이러한 상황에 대비해 국내에서도 생산 및 판매에만 주력할 것이 아니라 친환경적인 정책 흐름에 맞춰 재활용 연구 개발 및 실증 설비 계획을 준비해야 한다.

▶2016년도 기준 실행중인 폐모듈 자원화 사업

Ⅰ. 전라남도

전남도는 노후 태양광 폐모듈을 재활용하고 은·규소 등 희유금속 회수기술을 연구·개발하는 친환경 폐모듈 자원화 시스템 구축사업을 추진키로 하고 기본계획 수립에 나섰다.

전국 태양광 설비용량 대비 38% 이상을 차지하고 있는 전남은 태양광발전소의 모듈 내구 연한은 평균 15~20년으로, 약 2~3년 이후부터는 2000년 이전에 설치된 폐모듈 발생이 급증할 것으로 예상돼 이를 자원화하는 기술과 기반시설이 필요하다고 느꼈다.

그래서 이에 따라 녹색에너지연구원에 폐모듈 자원화센터를 설립해 재사용 가능한 실리콘 웨이퍼 회수 방안을 연구하고 중저가의 재활용 모듈을 생산해 공급한다는 목표를 세웠다.

기본계획에는 폐모듈자원화 시스템 설비 및 연구장비 구축 방안과 자원 회수, 고순도화, 재활용 태양전지 제조기술 개발, 도내 기업 기술이전과 사업화 지원방안 등이 포함되고 기본계획이 완료되면 환경부에 센터 설립과 기술 개발에 필요한 국비 지원을 건의해 2017년 연구개발장비 구축을 통해 폐모듈 자원화사업을 본격 추진하게 된다.

Ⅱ. 한국에너지공단

한국에너지공단은 올해 ‘태양광 재활용센터 구축사업’을 본격 실시했다. 전남과 같은 배경에 대비하여 폐태양광 설비의 방치 등으로 발생될 수 있는 사회, 환경적 문제를 해결하고, 설비의 수거·분리·분해·재활용 전주기에 대한 기술지원 등을 위한 태양광 재활용센터 구축사업의 기반을 조성한다. 16년에는 타당성 조사 및 설계에 대한 예산으로 5 억원이 주어졌다.

늘어만 가는 태양광 패널, 그 안에는 재사용할 수 있는 수입에 의존하는 많은 자원들이 있다.  실리콘 · 알루미늄 · 니켈 · 망간 등이 90% 이상 회수 가능하지만 대부분 매립이나 방치되고 있다고 한다. 이를 해결하기 위해선 국가적 차원에서 폐모듈 발생 실태를 정확히 파악해야하며 사후처리 분야에 대한 연구가 시급히 이루어져야 한다. 또한 우리도 유럽연합처럼 PV CYCLE단체나 SOLAR CYCLE단체 처럼 적극적으로 나서야 하는 때가 왔다고 생각한다.

1990년부터 2000년까지 설치된 태양광모듈이 방치되거나 폐기되었던 경험이 있는 우리나라는 지금부터라도 전남과 한국에너지공단처럼 지자체 단위로 점진적으로 철저히 대비해나가야 할 것이다.

*참고자료

1. 태양광 리사이클링 시스템 정책방향

2. 태양광 패널의 재활용 현황 및 전망