Nikkei Business_2018.1.29 테크노 트랜드 (p88~90)

태양광 패널의 리사이클
재생에너지가 배출하는 '쓰레기' 분리

일본에서 급증하고 있는 태양광 패널이 가까운 미래에 대량의 쓰레기로 변한다. 매립할 때에 문제가 될 유해물질을 제거하기 위해서는 리사이클 기술의 확립이 급선무다. 각 사는 패널을 구성하는 ‘유리’와 ‘발전소자’를 분리하는 방법에 대한 연구를 추진하고 있다.

“2039년에 배출되는 수명을 다한 태양광 패널의 양은 20년의 276배인 77만 5,085톤으로 늘어난다”. 친환경적인 태양광 발전의 부정적 측면이 서서히 밝혀지고 있다. 일반적인 패널의 수명은 25년 정도며, 사용이 끝난 패널의 처리문제는 외면할 수 없는 문제기 때문이다. 환경성에 따르면 30년대 중반부터 배출량이 급증한다고 한다. 전량을 매립으로 처리할 경우, 40년 무렵에는 유해물질을 포함한 산업폐기물을 매립하는 최종 처리장의 6%를 태양광 패널이 차지하게 된다고 한다.

12년 7월에 시작된 재생가능 에너지의 고정가격매입제도(FIT)로 인해 일본에서는 태양광발전이 단숨에 보급되었다. 풍력이나 지열 등과 비교하여 설치가 간단하며 매입 가격도 비쌌기 때문이다. 주택 지붕에 설치하는 것은 물론 수만 장의 패널을 설치하는 ‘메가솔라’ 건설이 급증하였다. 국내에서 가동하고 있는 태양광발전 설비의 용량은 16년말 시점에서 총 3,850만kW다. 여기서 사용되는 태양광 패널이 가까운 장래에 한꺼번에 수명을 다하게 된다.

그러나 현시점에서는 사용이 끝난 패널을 어떻게 처리해야 하는지에 대한 명확한 지침은 없다. 재해로 무너지거나 주택을 재건축할 때 배출된 패널의 대부분은 지역별로 산업폐기물로서 매립되고 있다. 메가솔라가 집중되어 있는 지자체는 대량 폐기가 시작되기 전에 대책을 강구해야 하지만 대응은 진행되지 못하고 있다.

그래서 주목을 받는 것이 태양광 패널을 적절하게 해체하여 리사이클하는 기술이다. 패널에는 납이나 셀렌 등의 유해물질이 포함되어 있기 때문에 안이하게 매립하면 토양이 오염될 수도 있다. 한편, 은이나 동과 같은 값이 나가는 유가물은 추출하여 판매하면 회수 비용의 일부를 충당할 수 있다. 해체하여 소각하면 체적이 줄어 매립에 관한 지자체의 부담도 경감할 수 있다. 많은 기업이 이 부분에서 사업 기회를 발견하고 기술 개발을 본격화하고 있다.

-- 유리를 파쇄하여 제거 --
그 중 한 회사가 17년에 사업을 시작한 R2솔루션(도쿄)이다. 폐기물수집∙처리 회사인 이치카와환경엔지니어링(지바현), 태양광발전설치 회사인 넥스트에너지&리소스(나가노현) 등이 출자하여 리사이클 기술을 개발하고 있다.

일반적인 태양광 패널의 중핵은 얇게 자른 실리콘 기판에 은 등을 배선하여 만든 ‘발전소자’다. 그것을 ‘유리판’과 ‘백시트’ 사이에 끼워 ‘EVA’라고 부르는 투명한 수지로 접착한다. 마지막으로 패널 주위를 알루미늄 틀로 감싸면 완성이다.

리사이클에서 어려운 것은 유리만을 분리하는 방법이다. 납 등 유해물질을 제거하여 은을 회수하기 위해서는 유리를 벗겨내서 발전소자 만을 추출할 필요가 있다.

R2솔루션이 시도한 것이 ‘Blast법’의 활용이다. 패널 표면의 유리를 잘게 파쇄한 후에 그 유리 가루를 불어서 발전소자를 노출시킨다.

포인트는 2개다. 우선은 표면의 유리를 파쇄하는 방법이다. 비용을 억제하기 위해 자동차유리 파쇄에 사용되는 장치를 사용했지만 그 경우는 아래위에서 압력이 가해진다. 유리의 반대 측에 있는 백시트는 수지로 만들어져 부드럽다. 힘을 조정하지 않으면 망가지게 된다. 그래서 R2솔루션은 기계 내의 롤의 모양을 연구하여 한쪽의 유리를 파쇄했을 때 그 힘이 백시트 측으로 가지 않도록 하였다.

파쇄한 유리는 일부는 표면에 남고 일부는 가루가 되어 분리된다. 5mm크기의 유리 조각을 분무하여 남은 유리를 제거한다. 유리를 유리로 처리하는 것이 두 번째 포인트다. 불순물이 혼입되지 않은 상태로 리사이클할 수 있다는 이점이 있다.

Blast법은 금속이나 광물 등을 불어서 유리판 등의 표면을 깨끗하게 하거나 윤을 내는 방법이다. 반도체의 제조 등에서 사용되고 있다. R2솔루션은 이미 다른 산업에서 일반적인 기계를 사용함으로써 비용을 줄인다. R2솔루션의 오노(小野) 총괄부장은 “기계는 굉장히 심플하게 했다”라고 말한다.

한편, 유리를 깨지 않고 박리하는 기술을 개발한 PV테크노사이클(도쿄). 산업폐기물 처리 회사인 하마다(오사카)와 태양광 패널 제조장치를 개발하는 NPC가 출자, 17년 11월부터 사용이 끝난 패널의 리사이클 사업을 본격적으로 시작하였다.

패널 주위를 둘러싸고 있는 알루미늄 틀을 떼어낸 후에 패널을 전용 롤에 설치하면 준비는 끝난다. 롤 사이에서 250도로 가열한 합금으로 만든 ‘뜨거운 칼’이 나타나, 칼날을 사용하여 유리와 발전소자를 분리한다. 길이 2m정도의 패널을 처리하는데 필요한 시간은 약 50초. 하루에 480장을 처리할 수 있다고 한다.

NPC는 태양광 패널을 제조할 때 유리 끝을 뜨거운 칼로 자르는 기계 등을 제조하고 있다. 이 노하우를 리사이클에 사용하여 패널을 보내는 속도, 뜨거운 칼을 대는 각도, 압력 등을 연구하여 유리를 깨지 않고 벗겨내는 기계를 완성시켰다.

PV테크노는 도쿄에 추가하여 오사카나 아이치현에도 거점을 갖춰, 전국에서 나오는 폐 패널을 리사이클할 계획이다. 조기에 기술을 확립한 데다 NPC가 보유한 제조장치 판매 네트워크를 활용하여 “리사이클 사업도 해외로 진출하고 싶다”라고 이토(伊藤) 사장은 말한다.

-- 1,400억엔 정도의 은 회수 --
태양광 패널 제조업체가 리사이클을 시도한 사례도 있다. 도시바의 자회사인 도시바환경솔루션이 개발한 것은 6분의 시간에 백시트에서 발전소자를 ‘문질러 떼는’ 장치다. 전자기판 등을 닦는 기계를 개량하여 브러시 재질이나 회전수, 회전 방향 등을 조절하여 태양광 패널용으로 사용할 수 있도록 하였다. 도시바환경솔루션의 세가와(瀬川) 씨는 ‘자신들이 만든 제품의 처리기술을 확립할 의무가 있다’라는 생각에서 연구를 시작했다고 말한다. 17년 가을에 아오모리현 미사와시의 산업폐기물처리 사업자에게 초호기를 납품하였다.

태양광 패널에서 추출할 수 있는 유가물은 주로 은과 유리다. 1장의 패널에 포함된 은은 20g정도로 현재의 시세라면 1,400엔 정도에 판매할 수 있다. 한편, 12~14g 포함된 유리는 파쇄된 상태면 1kg당 1엔 정도다. 유리판의 상태라면 조금 더 비싸게 팔 수 있기 때문에 유리를 판 모양 그대로 분리할 수 있는 기계를 연구하였다. 도시바환경솔루션은 은과 같은 유가물이 어느 정도 포함되어 있는지를 패널의 표면을 보고 판단할 수 있는 소프트도 개발하였다. 기계와 함께 판매할 계획이다.

그러나 기술만 앞선다고 리사이클은 실현되지 않는다. 3사의 담당자는 “장기적으로는 수요가 있지만 시장이 언제 형성될지는 솔직히 알 수 없다”라고 한결같이 말한다. 사용이 끝난 태양광 패널의 처리에 대한 논의는 아직 시작 단계다. 이해관계의 조정이 이루어지지 않았기 때문이다.

처리장이 있는 지자체에서는 가전 리사이클 방법 등을 참고로 회수 구조를 구축해야 한다는 목소리가 나온다. 재해 등으로 패널이 파손된 경우, 누가 책임을 지고 철거할 것인가에 대한 심도 있는 논의도 진행돼야 한다. 유럽에서는 14년부터 개정 WEEE규제에 근거하여 업체에 의한 태양광 패널의 회수와 리사이클을 제도 상으로 의무화하고 있다. 일본도 패널의 폐기 문제가 심각해지기 전에 법제도를 정비하지 않으면 모처럼 개발한 기술이 힘을 발휘하지 못할 지도 모른다.

  -- 끝 --