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폐기물의 가치를 살려 지속가능한 순환 경제를 이룩하다
  • 작성자홍보실
  • 작성일시2023/05/19 15:18
  • 조회수1003

폐기물의 가치를 살려 지속가능한 순환 경제를 이룩하다


환경부가발표한통계에따르면우리나라폐기물발생이2020년을기준으로19,546톤에이르렀다.전년도대비7.7%증가했으며종류별구성비율은건설,사업장,생활등의순서로사회전반에서다량으로배출됐다.배출된폐기물의처리방법재활용이87.4%가장높은비율을보이며우리나라의재활용수준이이전과비교해발전했음을나타냈지만,재활용된폐기물이과연산업에서어떤효과를있는지에대한미래가불투명했다.이에한국지질자원연구원은폐기물을활용한다양한연구활동을펼쳐내며자원선순환을통해우리나라의경제성장을이룩하고자한다.




조동완책임연구원(자원환경연구센터)

2014년 토양 및 지하수 오염 복원을 위한 복합 소재 개발로 박사학위를 받고 한국지질자원연구원에 입사했다. 친환경적이고 저비용으로 탄소 환경 소재를 제조하여 광범위한 토양 및 지하수에 존재하는 지질환경 오염 물질들을 제어하는 기술개발 프로젝트들을 수행하고 있다. 특히, 이산화탄소를 함유한 환경 조성 가스가 사용되는 열화학적 조건에서 유기성 폐자원과 광물을 결합해 유가 물질들을 효율적으로 회수하고 동시에 기능성이 높은 탄소 환경 소재를 개발하고 있다.



 


심현우선임연구원(배터리재활용연구단)

2014년 나노 재료 합성을 통한 에너지 저장 소재 응용 기술 연구로 박사학위를 받고 고등기술연구원에 약 5년간 근무하면서 폐배터리 포함 다양한 폐자원들로부터 유용금속을 회수 및 소재화할 수 있는 기술개발 프로젝트들을 수행해왔다. 2022년 한국지질자원연구원 자원활용연구본부 배터리재활용연구단에 신임자로 입사하면서 습식 제련 기술을 바탕으로 폐배터리 순환자원 재활용 기술의 고도화를 이루기 위해 노력 중이다.




[폐자원,경제성장의발판으로우뚝서다]

심현우   환경 문제가 예전부터 계속되긴 했지만, 현재 사회만큼 주요 화제로 떠오른 적은 없는 것 같아요. 예전에는 그냥 어떻게 하면 환경을 보호할 수 있을까?’라는 문제 제기가 주를 이루었다면, 현재는 버려지는 쓰레기들이 어떻게 순환 경제로 이어질 수 있는지 등 조금 더 구체적으로 생각하게 되었죠. 제가 속한 배터리재활용연구단도 환경적인 측면과 더불어 경제적인 미래를 엿보기 위해 연구 개발하고 있습니다. 폐배터리 안에 함유된 코발트나 니켈, 리튬 같은 유용 금속을 회수해서 재자원화하는 연구를 진행하는 것이죠. 폐배터리를 활용하려는 가장 큰 이유가 배터리 단가 중 원자재가 차지하는 비중이 커서 이를 재활용할 때 얻게 되는 경제적 이득이 상당하기 때문입니다.

 

조동완  맞습니다. 폐자원을 자원화하는 이유 중에서 경제성은 가장 큰 비중을 차지합니다. 폐기물을 한번 생각해보시죠. 지난 2018년 폐기물 대란이 있지 않았습니까. 폐기물 수입국인 중국을 비롯해 동남아시아 국가들이 모두 환경오염을 이유로 폐기물 수입을 중단했습니다.

그렇기에 우리나라는 폐기물 발생량은 계속해서 증가하는데 수출은 막혀 있어, 폐기물처리를 매립이나 소각에 의존하고 있는 상황입니다. 이에 우리나라는 임시로 수도권 주변에 폐기물 매립 대체지를 지어서 매립을 하거나 통제가 가능한 폐기물은 고온 소각하여 유해 물질이 배출되지 않도록 여과 방식을 채택하고 있습니다. 그런데 이런 골칫덩어리 폐기물이 어떻게 경제성을 입증하냐는 거죠. 역설적으로 폐기물처리 문제가 점점 이슈화되면서 폐기물처리 단가가 상승함에 따라 연간 폐기물 산업 성장세가 높아지는 추세입니다. 최근에는 기업들도 폐기물 산업에 관심이 높아지면서 기업 간 활발한 M&A를 이루고 있습니다. 폐기물 재활용을 통해 유가 물질을 회수하고 자원화하는 사업영역을 선점하려는 것이죠. 이 시점에서 한국지질자원연구원은 폐기물 재활용과 자원화 원천기술을 확보해서 여러 기업이 선진 기술을 찾을 수 있도록 기술이전에 힘써야 합니다.

 

심현우  폐배터리도 다르지 않습니다. 전기차 배터리 수명을 5~10년으로 고려해볼 때, 수명이 짧은 만큼 수요는 늘어날 것입니다. 늘어난 수요에 따라 폐배터리 배출량도 상승하겠죠. 이로 인해 폐배터리에서 추출할 수 있는 핵심 소재 또한 더욱 많아질 것입니다. 이렇게 경제적 관점에서 향후 폐배터리의 시장 확대로 인한 재활용 필요성은 더욱 박차를 가하고 있습니다.

해외 동향을 살펴보면요, EU(유럽연합중국·미국은 우리나라보다 일찍 폐배터리 재활용에 따른 경제적 이득을 얻었습니다. 여러 나라가 재활용 산업 육성에 힘쓰지만, 전기차 배터리 재활용에 가장 강력한 정책을 펼치고 있는 나라는 중국입니다. 중국은 전기차 판매와 배터리 생산능력이 세계 1위입니다. 재활용 산업의 우위 선점을 위해 정부 주도로 다양하고 구체적인 정책을 펼치고 있습니다. 배터리 이력 관리와 함께 배터리 생산자가 재활용 책임까지 함께 수행하는 생산자 책임제를 시행하고 있습니다. , 폐배터리에서 핵심 소재 회수율을 높이기 위해 니켈·코발트·망간은 98%, 리튬 85%, 기타 희소금속은 97% 회수를 목표치로 설정해 운용하고 있습니다. 배터리 재활용 등록기업이 4만 개사를 넘어가면서 대표기업 육성에도 한발 앞서고 있습니다. 그만큼 폐배터리 재활용 기술이 국제적으로 주목받고 있다는 이야기죠.

 

[자원선순환을위한KIGAM노력]

조동완  환경 문제와 함께 떠오르는 키워드가 바로 탄소중립이죠. 폐자원 자원화와 탄소중립 실현은 반드시 달성해야 하는 연구자의 숙제라고 생각합니다. 이전에는 오로지 처리 효율만 생각해 정교하고 세련되게 탄소 환경 소재를 제조하려고 했다면, 이제는 친환경적이고 탄소 배출이 적은 방안을 선택하고 있습니다. 사실 탄소 배출을 최대한 저감하면서 투입된 에너지에 대한 보상 개념으로 유가 물질을 회수하려면 어떻게 해야 할지 굉장히 고민이 많았어요. 기존 열화학적 공정은 어쩔 수 없이 탄화 공정을 거치는 과정에서 탄소 배출과 에너지 소모를 피해 갈 수 없기 때문이죠. 그래서 선택한 게 바로 바이오차(Biochar)’였습니다. 바이오차는 바이오매스를 산소가 결핍된 무산소 환경에서 열분해하여 고탄소 물질로 변형시킨 물질로, 기후 변화 대응에 획기적입니다. 현재 저는 폐자원을 이용해 바이오차를 제조하는 과정에서 유가 물질 중 하나인 합성 가스(수소, 일산화탄소)를 실시간으로 분석할 수 있는 장치를 구성했습니다. 이를 가지고 바이오차에 다양한 광물을 결합해 기능적으로 활용도가 높은 탄소 환경 소재를 개발하고 있습니다.


심현우  우리 연구단은 전기 자동차용 폐배터리를 재활용하기 위해 습식 처리공정과 건식 처리공정 중에서도 습식 처리공정을 채택했습니다. 이를 위해 전기자동차용 리튬이온전지팩의 방전-해체-파쇄-선별 공정 연구를 수행합니다. 전처리 공정을 거치면 블랙매스가 만들어집니다. 블랙매스는 앞선 공정을 마친 후 물질을 잘게 갈아 놓은 검은 가루 형태입니다. 블랙매스에는 흑연으로 만들어진 음극, 코발트나 니켈로 된 양극, 전기를 수송하는 리튬이 뒤섞여 있습니다. 블랙매스로 만든 이 과정에서부터 개발의 본격적인 시작이라고 볼 수 있겠는데요, (acid)을 주입해 블랙매스 내에 포함된 금속을 침출합니다. 이후에 우리가 목적으로 하는 니켈·코발트·리튬과 같은 유용 금속들을 회수할 수 있고, 그 이후 분리·정제하게 됩니다. 마지막으로 결정화 공정을 거쳐 최종 생산물이 얻어지게 되는 것이죠.

현재는 리튬이온전지에 포함된 유용 금속이 국내엔 부존량이 없어 수입에 의존해야 하는 실정입니다. 그렇기에 개발된 기술로 폐리튬이온전지 재활용을 통해 원료 생산을 이어 나갈 계획입니다. 이뿐만 아니라 고순도 원료를 국내에서 확보할 수 있어 국내 전지 산업의 경쟁력이 높아질 것으로 기대됩니다.


조동완  폐자원을 자원화하는 일이 비록 쉽지 않지만, 여러 방면으로 어마어마한 가치를 생산해내는 일이잖아요. 그에 대한 자긍심도 올라가는 게 사실이고요. 그래서인지 자원 선순환에 대한 연구 욕심이 있습니다. 특히, 산업 공정에서 배출되는 부산물들을 활용해 최대한 별도의 에너지나 자원 투입이 없이 폐자원을 재활용하는 동시에, 탄소 배출 감축에 기여하고 싶어요. 이 기술이 성공한다면, 추후 폐자원 자원화를 위해 여러 산업군에서 한국지질자원연구원의 기술을 이전받아 현장에서 실질적으로 활용할 수 있을 것으로 기대합니다.


심현우  폐자원 재활용의 자원 순환 연구는 당연한 수순이라고 생각해요. 부존자원이 부족한 우리나라에서 핵심 전략 자원을 확보하고 환경 변화에 대응하려면 자원 순환 연구는 필수적이거든요. 폐자원 재활용을 통한 자원 선순환 구축은 비단 우리나라뿐만 아니라 전 세계 모든 국가에서 반드시 이루어져야 합니다. 연구자로서 작은 목표가 있다면, 아직 신임이지만 폐배터리 재활용에 관한 연구에 있어서 만큼은 관련 기술의 고도화 연구를 지속적으로 진행하고 싶어요. 이를 통해 개발 결과들이 실증으로 이루어질 수 있도록 하고, 그 기술이 자원 선순환 구축이라는 분야 안에 한 축을 이루게 하고 싶습니다.