홍승표1)*
The Trends of Urban Mining Industry as an Alternative to Shortage of Resources
Seung Pyo Hong
*2009년 11월 30일 접수, 2009년 12월 22일 채택 1) 성일하이텍(주)
*Corresponding Author(홍승표) E-mail; [email protected]
Address; SungEel HiTech. Co., LTD., Gajwa-dong, Seo-gu, Incheon 173-233, Korea
도시 광산업의 개요 및 정의
최근 금값이 사상 최대로 폭등하고 있다. 금값 뿐 아니 라 은 등 귀금속의 가격도 함께 상승하고 있다. 이는 미 국발 글로벌 경제 위기로 촉발된 달러약세에 기인한 것 이지만 지난 몇 년간 유가 및 비철금속, 곡물 가격의 상 승은 단순히 경제 위기로 원인을 돌릴 수 없을 것 같다.
이제 국가 산업의 경쟁력과 직결되는 각종 원자재 확보 에 세계 각국의 자원 전쟁이 시작 되었다고 해도 과언이 아닐 것이다. 이처럼 치열해지는 자원전쟁에서 살아남기 위해서 새로운 자원 확보 정책이 필요할 것으로 보인다.
세계 경제의 급속한 성장과 인구 증가에 따른 대량 생 산, 대량 소비의 사회, 경제적 구조변화와 후발 개발도상 국들의 경제 발전으로 전 세계는 쓰레기로 몸살을 앓고 있다. 폐기물을 단순 매립, 소각하지 않고 재활용함으로 써 유한 자원을 무한자원으로 바꾸는 노력이 이루어져야 할 것이다.
다음에서 최근 자원 확보 및 환경 보호의 대안으로 떠 오르는 도시광산업에 대하여 알아보고자 한다.
도시광산업의 정의
도시 광산업이란 1980년대 일본에서 나온 재활용 개 념으로 가전제품 등 도시에서 대량으로 배출되는 폐기물 로부터 유가 금속을 추출해 활용하는 것을 도시 속의 광 산으로 표현하면서 시작 되었다.1) 즉, 다시 말해 광산에 서 채굴하여야만 얻을 수 있는 각종 유가 금속을 도심에
서 버려지는 폐기물, 폐전자제품에서도 얻을 수 있다 하 여 도시 광산이라고 말하기 시작 하였다.
일반적인 광산(mine)이라 함은 광물자원을 개발하는 작업이 실행되는 장소로써 광석을 채굴하는 장소뿐만 아 니라 선광･제련 등의 공작소도 포함된다. 광산은 채굴되 는 광물의 성질에 따라 여러 형태로 나뉘어 지며, 일반적 인 생산 공장과는 달리 다음과 같은 몇 가지 특수성을 지닌다. 먼저 대상으로 하는 광물자원이 유한성을 지니 고 있으므로 채굴 때 가능한 한 채취율(採取率)을 높여 야 한다. 그리고 광산의 경영에 있어서 장기간에 걸쳐 가 행이 가능한지의 여부를 판단하기 곤란하고, 투자자본의 회수기간이 길고 폐광 후 시설물을 재활용할 수 없기 때 문에 기업으로서의 위험성이 높다. 지하의 협소한 공간 에서 작업이 진행되므로 낙반･출수･가스폭발 등의 재환 율이 높다. 규폐(硅肺) 등의 직업병 이환율(罹患率)이 높 고, 노동 강도가 다른 산업에 비하여 크다.1)
광산에서 중요한 요소가 광석, 채굴, 선광, 제련이며, 도시 광산에서도 매우 유산한 공정들을 가지고 있다. 도 시 광산을 보다 자세히 정의하기 위하여 위 네 가지 요 소를 비교하여 설명 할 필요가 있을 것으로 보인다.
광석(ore)은 광산에서 채굴된 유용한 광물 또는 그 집 합체이다. 광석에는 유용 광물과 무용 광물이 섞여 있어 서, 채굴을 위해서는 채산성, 경비, 광물의 시세 등이 고 려되어야 하며 광석은 대부분 황화물, 산화물 등으로 존 재한다. 도시 광산에서의 광석은 유가금속을 함유한 폐기 물이라 할 수 있으며, 주로 금속 또는 산화물 형태로 존재 한다. 채굴(mining)은 땅을 파고 땅속에 있는 광물을 캐 내는 행위를 말하며, 광물의 매장 위치에 따라 갱내채굴 과 노천 채굴 등으로 이루어진다. 선광(mineral dressing) 1) 도시 광산업(Urban mining)의 현황과 과제, 이정임, Policy
Brief, 2009년 4월호, 경기개발연구원
그림 1. 광산과 도시광산의 개략적 처리 공정도
그림 2. 폐전자제품 유가금속 함량 현황(2007년 기준)
은 광석이나 그 밖의 공업원료 광물을 다른 목적광물 또 는 무가치한 성분에서 물리적･기계적 방법 등으로 분리 하는 조작을 말한다. 광산에서 채굴된 광석(鑛石)은 불순 물, 모암(광상 주변의 암석) 및 맥석(광상 내의 무가치한 비금속 광물)을 다량으로 함유하기 때문에 그대로는 사 용할 수 없는 경우가 많다. 예를 들면, 조광을 그대로 제 련하여 목적하는 금속을 얻을 수 있었다고 해도 그 방법 은 경제적이지 못하며, 이 경우에는 제련과 같은 화학적 처리에 앞서서 물리적･기계적 방법에 의해서 목적광물 을 불순물로부터, 또는 2종 이상의 목적광물을 서로 분 리시키는 조작이 필요하다. 선별조작은 선광처리기술의 중심을 이루는 것인데, 비중의 차를 이용하여 광물을 선 별하는 비중선광, 광물 표면의 계면화학적(界面化學的) 성질의 차를 이용하는 부유선광(浮遊選鑛), 광물의 자기 적(磁氣的) 성질의 차를 이용하는 자력선광(磁力選鑛), 광 물의 전기적 성질의 차를 이용하는 정전선광(靜電選鑛) 등의 방법이 있다. 넓은 뜻의 선광이라고 할 수 있는 처 리기술은 선별조작을 주체로 하고, 여기에는 파쇄･체질 (sieving)･분쇄･분교(分絞)･농축･여과 등 여러 단위조작 을 가한 처리기술의 유기적 조합에 의해서 이루어진다.
일반 광산과 도시 광산은 추출 목적 금속이 동일하기 때문에 추출 과정도 매우 유사하다. 일반 광산에서의 공 정은 채굴, 분쇄, 선광, 제련, 정련을 거쳐 유가 금속을 추출하는 공정을 갖는다. 도시 광산업에도 폐기물 회수, 선별, 분쇄, 습식제련(혹은 건식), 정련을 거쳐 유가 금속 을 추출한다. 그림 1에 광산 및 도시 광산의 처리 공정도 를 나타내었다.
이에 비하여 도시 광산은 산업, 일반폐기물로부터 원 료로 하여 유가 금속(자원)을 추출하기 때문에 산업 활 동 및 소비활동이 계속되는 동안 발생되는 폐기물 또한
무한으로 공급될 것이다. 이로 인해 광물 자원의 유한성 의 한계를 극복할 수 있는 매우 훌륭한 대안이 될 수 있 는 것이다. 또한 도시 광산의 전자폐기물의 금속 함유율 이 매우 높기 때문에 경제적 매장량 수준에서 보면 광산 에서 광석 채취의 효율성은 매우 낮을 수밖에 없다. 그림 2의 2007년 국내 폐가전제품의 유가 금속 함량에 대한 현황에서 보는 바와 같이 휴대폰 1 kg 중량 당 구리가 140 g, 코발트가 25 g, 금이 0.28～0.47 g, 은이 2 g 함유 되어 있음을 알 수 있다. 이렇듯 금 광산의 원석 1톤에서 채취되는 금의 양은 평균적으로 4 g 정도에 불과하지만, 휴대폰 1톤에 포함되어 있는 금은 약 280～470 g 정도 이다. 이는 광석에서 채취 할 수 있는 양의 70～115배에 달하는 것으로 경제적 가치가 매우 높음을 알 수 있다.2)
도시광산업의 개요
도시광산업은 폐기물 자원으로 유가 금속을 회수하는 것으로 우선 폐기물의 종류 및 가치를 파악하는 것이 중 요하다. 다음으로 경제적인 회수 기술 개발 및 사업화가 이루어져야 할 것이다.
일본 물질재료연구소에 따르면 일본 도시광산의 금 축 적량은 약 6천800톤에 이르는 것으로 집계됐다. 이는 전 세계 매장량인 4만6천 톤의 16%에 달하는 양이며, 세계 최대 금 자원국인 남아프리카공화국 매장량 6천 톤을 웃 도는 것이다. 화폐가치로는 한화 약 220조원에 달한다.
은의 경우도 마찬가지로 일본에서 발생한 폐기물 속에 잠자고 있는 은은 약 6만 톤으로 세계 매장량의 23%에 이른다. 액정 TV나 태양전지에 사용하는 희유 금속 인듐 은 약 1천700톤으로 세계 매장량의 38%에 달한다. 백금 의 경우도 매장량 기준 세계 3위 안에 들 만큼 많은 양이 폐기물 속에 들어있다는 것이 물질재료연구소의 집계다.1)
최근 금속 값 폭등 등으로 폐기되는 휴대전화와 컴퓨 터 부품에서 고부가가치의 금속자원을 재회수하는 신종 산업으로 도시 광산업의 개념이 부각되고 있다.
그림 3에서 도시 광산의 금속 회수 과정을 나타내었다.
가정이나 산업 현장에서 발생하는 폐가전제품을 수거하 2) 한국전자 산업환경 협회 홈페이지(www.aee.or.kr)
그림 3. 도시광산의 금속 자원 회수 과정
그림 4. 폐금속 자원의 순환 시스템
그림 5. 폐휴대폰에 함유된 금속 사례
표 1. 폐자동차에 함유된 금속 중량 및 경제 가치
구 분 합계 Fe Al Cu Pb Pt
중량
(kg) 1088 727.3 71.3 17.6 7.5 0.0048 경제가치
(천원) 610 174 137 104 13 18 고 해체 하고, 유가금속 성분 및 처리 방법별로 선별한
다. 이를 전처리과정이라 하는데 이때가 1차적으로 금속 을 농축시키는 과정으로 도시광산업의 경제성을 높이는 중요한 공정에 해당 된다. 이후 파쇄 공정을 거쳐 금속을 용해하는 침출 공정과 제련공정을 거치면서 저순도의 금 속을 얻을 수 있다. 부가가치를 더욱 높이기 위하여 전해 정련, 건식정련, 습식정련(용매추출)등의 정련 공정을 거 쳐 고순도의 금속 또는 금속화합물을 얻을 수 있다. 이러 한 과정을 거쳐 얻어진 제품들은 산업 현장에 원료로 사 용될 수 있어 외국으로부터 100% 수입에 의존하는 국내 의 산업 여건을 감안하면 더 이상 미룰 수 없는 도시광 산업이라 할 수 있겠다.
폐기물 자원의 종류 및 가치
폐기물자원이란 생활계 폐기물(폐전기･전자제품, 폐자 동차 등)과 사업장계 폐기물(폐촉매, 폐액 등) 등에 함유 된 금속자원을 말하며, 회수･재활용 기술을 통하여 제품 의 생산원료로 재사용할 수 있는 자원을 의미한다. 폐금 속자원은 천연광석보다 높은 비율의 금속자원을 포함하 고 있다. 예를 들어 1톤의 금광석에서 약 5 g의 금이 생 산되나, 같은 양의 폐휴대폰에는 금 400 g, 은 3 kg, 구 리 100 kg, 주석 13 kg, 니켈 16 kg, 리튬 5 kg 생산 가 능하다. 폐금속자원 재활용이란 폐금속자원에 함유된 각 종 금속자원을 회수․재활용하여 제품 생산원료로 재사용 하는 것을 말하며, 그림 4에서 폐금속 자원의 순환 시스 템을 나타내었다.3)
폐전자기기에 포함된 유가 금속으로는 그림 5에 나타
3) 2009 폐기물 관리 및 처리기술 발표회, 폐금속자원 재활용 대책, 환경부 자원순환국
낸 것과 같이 휴대폰에 금, 은 팔라듐 등 귀금속을 포함 하여 16종 이상의 유가금속을 포함하고 있으며 폐휴대 폰 1대의 금속 가치로 현재 약 3,000원 정도이나 현재 기술 수준으로 2,000원 정도만 회수가능하다. 폐컴퓨터 에 금, 은 등 14종 이상의 유가 금속을 함유하고 있으며, 대당 2,600원 정도의 금속 가치가 있다. 표 1에 나타낸 것과 같이 폐자동차의 경우 백금등 5종 이상의 유가 금 속이 포함 되어 있으며, 폐차 1대 당 61만원 이상의 경제 적 가치가 있는 것으로 조사 되었다.3)
이밖에도 전자기기에 포함된 광물로는 리튬이온전지 의 양극에 리튬, 코발트, 망간, 니켈 등이 함유 되어 있으 며, 음극에 구리, 니켈이 함유 되어 있다. 또한 LCD액정 (투명전극)에 인듐(In), LED 소자(기판)에는 갈륨(Ga), 듀
그림 6. 주요 자원의 세계 수요 증가율
표 3. 금의 연도별 LBMA 현물 가격 동향*)
연도 평균 최고 최저
2000 279.28 316.60 263.80 2001 271.10 292.85 256.70 2002 310.20 348.50 277.80 2003 363.83 417.25 319.75 2004 409.83 455.75 373.50 2005 444.99 537.50 411.50 2006 604.34 725.80 520.80 2007 696.43 841.75 608.30 2008 872.56 1,023.50 692.50
*) 자료원 ; WBMS, World Metal Statistics 2009. 5.
표 2. 경기도의 폐가전제품 보유량 및 재활용 가능량
구 분 전국 경기도
보유량 재활용가능량 보유량 재활용가능량
계 318,230천대 4,164천대 68,790천대 924천대
휴대폰 68,000천대 2,000천대 15,000천대 440천대
PC 등 15,000천대 594천대 3,300천대 133천대
가전제품 235,230천대 1,570천대 50,490천대 351천대
자료 : 보유량-휴대폰, PC는 한국방송통신위원회, 전자제품은 한국전력거래소 자료로부터 추정 재활용가능량-한국전자산업환경협회 자료로부터 추정.
플렉서(혼선방지)에 바륨(Ba), 타이타늄(Ti), 은(Ag), VCD (전압제어)에 타이타늄(Ti), 저항기에 루테늄(Ru), 콘덴서 에 탄탈룸(Ta), 니켈(Ni), 구리(Cu), 서미스터(반도체)에 코발트(Co), 니켈(Ni), 은(Ag) 등이 다량 함유 되어 있다.
폐기물(폐가전) 발생량의 증가와 자원 수요의 증가 지난 19세기 산업화가 본격 시작되면서 성장 위주 정 책으로 대량 생산과 대량소비의 사회 구조가 되었다. 20 세기 들어서 산업은 고도화 되고 아시아 및 남미의 경제 개발도상국들의 비약적인 산업발전에 따라 자원 수요는 급증하게 되었다. 또한 2000년대 이후 브릭스(BRICs) 국 가의 급속한 산업 발달로 인하여 자원 수출국에서 자원 수요국으로 전환되었다. 이러한 자원 수요국의 증가와 산 업화의 가속화 현상으로 인하여 자원 수요 증가율은 해마 다 가파르게 증가하고 있다. 2000년에서 2003년 사이와 2003년부터 2006년 사이의 두 기간 중 자원소비 연평균 증가율을 그림 6에 나타내었다. 석유의 경우 1.3%에서 2.1%, 철광석은 4.0%에서 11.5%, 망간이 4.0%에서 10.3%
로 대부분 2배 이상의 증가율을 보였다.4)
지난 30년 동안 국내 산업은 비약적인 발전을 이루었 으며, 특히 전기 및 전자 산업의 발전은 괄목할 만하다.
2005년 중 전자 산업 부문의 수출 규모는 1,027억 5천만
4) 세계 자원전재의 향방과 시사점, POSI CEO REPORT, 2008.
3, 유승록
불로 우리나라 총수출의 39.4%를 차지하였으며, 단일 산업으로는 사상 최초로 1,000억불을 돌파하면서 전년 대비 6.3% 증가하였다.5)
전자 산업 규모의 증가와 더불어 가정에서 사용되고 나오는 폐가전제품 발생량 또한 증가하고 있다. 소비자 의 제품 선택 기준이 기존 내구성에서 기능과 디자인으 로 옮겨가면서 제품의 라이프 사이클이 점점 짧아지고 있다. 이의 영향으로 제품의 교체 주기가 짧아지면서 폐 가전제품이 다량 발생하고 있다 다음 표 2에 경기도의 폐가전제품 보유량 및 재활용 가능량을 나타내었다.
경제적 가치 증가
세계 경제 성장 및 개발도상국의 산업화가 가속화 되 면서 산업의 원료로 사용되는 귀금속 및 희유금속의 가 격이 급상승하고 있다. 표 3에 나타낸 것과 같이 금의 경 우 2000년 평균 $279.28/Toz이던 가격이 2008년에는
5) 2006년 한국경제의 전망과 과제 ; 우리나라의 2005년 수출 실적 평가와 내년도 수출 전망, 안세영, International Trade Business Institute Review
2002 459.549 460.808 466.727 462.517 462.538 306.704 460.060 2003 488.739 489,701 494.205 491.324 491.474 298.213 487.612 2004 667.554 669.128 677.730 669.440 669.440 362.868 664.989 2005 731.888 735.319 752.375 733.958 733.560 402.562 731.121 2006 1153.924 1161.374 1230.740 1156.955 1161.212 626.767 1157.242 2007 1339.056 1348.349 1401.573 1341.466 1344.826 669.088 1339.490
*) 자료원 : Platts, Metals Week, 2008. 2. 11.
$872.56/Toz까지 상승하였으며, 2009년 현재에는 $1,200/
Toz을 육박하고 있어 400% 이상 증가하였다. 은 가격은 지난 7년 간 급격하게 상승했다. 1989부터 2003년 까지 은 가격은 온스 당 3.50에서 5.50달러 사이였으나 이후 3배가량 상승 했다. 표 4에 제시된 바와 같이 2007년 1 월부터 10월까지 은 가격은 평균 온스 당 13.16달러로, 전년 대비 17% 상승하였다.
일본의 도시 광산업의 동향
한국과 마찬가지로 일본 역시 자원 희소국으로 인식돼 왔으나, 재활용 기술의 발달로 폐가전제품이나 자동차로 부터 자원을 활용하는 양이 상당히 증가하고 있다. 일본 에선 연간 2100만대의 중고 휴대폰이 발생하며, 금으로 만 따지면 146 kg이다. 마쓰시다 그룹의 재활용을 담당 하고 있는 마쓰시다 에코테크놀로지 센타(METEC)는 2008년 2월에 폐가전제품 중 재자원화가 이뤄지지 않고 있던 혼합물을 소각하지 않고, 금속만 회수하는 기술을 개발해 발표하였다.6)
일본에서는 1997년 기타큐슈시에 에코타운 사업이 전 개된 이후 27개 에코 타운 사업이 가동 중에 있다.
도시광산업은 미래산업이다. 희소금속을 제대로 확보 하지 못하면 휴대폰 등 첨단제품의 원가부담이 급증해 기업 입장에선 그만큼 경쟁력을 잃게 된다. 한국의 경우 갈륨(Ga), 인듐(In), 리튬(Li), 니켈(Ni) 등 14종의 핵심 희소금속을 전량 해외수입에 의존한다. 반면 도시광산업 을 활용한 희소금속 회수에 대한 대책은 일본에 비해 한 참 뒤처져 있다.
6) www.panasonic.co.jp/eco/metec/index.htm
DOWA 에코리사이클링
일본 혼조시(本庄市)에 있는 도와(DOWA) 에코리사이 클링사는 매년 금 2.4 t, 은 50 t을 도시광산에서 생산하 고 있다. 또한 희소금속인 팔라듐(Pd) 60 kg, 로듐(Rh) 등 희소금속도 연간 30 kg씩 생산하고 있다. 보통 휴대 폰 1t에서 금 400 g, 은 2.3 kg, 구리 172 g 등이 함유 하고 있으며, 금광에서 1 t을 채굴하면 5 g 안팎의 금을 함유하고 있는 것과 비교하면 높은 고농도의 도시 광산 인 것이다. 중고 PC도 1 t에서 금이 300 g, 은1～2 kg, 구리가 150 g 정도 나온다. 또 부수적으로 발생하는 팔 라듐･비소･납･아연 등 희소금속도 소량이지만 첨단 전 자제품에 필수품으로 사용된다.
국내 도시 광산업의 동향
우리나라는 에너지 소비 OECD 9위이며, 1인당 금속 원자재 소비량이 미국의 2.5배, 일본의 1.8배에 이르는 자원 다소비 산업 구조를 가졌다. 문제는 니켈과 몰디브 덴 등 일부 품목을 제외하고 95%이상을 수입에 의존하 고 있다는 점이다. 2008년 기준으로 희유금속 총 수입액 은 약 130억 달러 규모로 2002년 대비 연평균 26%씩 증가했다. 국내의 경우 폐가전으로부터 유가금속을 회수 하는 기술을 개발 중이며 폐건전지(3,000톤/년), 폐컴퓨 터(5만대/년) 자원화 기술 실증, 폐전자기기(6,000톤/년) 재활용 기술 상용화 등의 연구 성과를 거두었으며, 금속 공정 폐자원으로부터 전략금속 회수 분야에 대한 다양한 연구가 진행 중에 있으나 상용화에는 아직도 많은 걸림 돌이 있다.7) 최근 폐가전 전자제품에서 유가 금속을 회 수하는 재활용업체의 수가 급증하여 전국적으로 약 40 7) 자원 재활용 사업단, www.recycle.re.kr
그림 7. 산업 폐기물로부터 귀금속 추출
홍 승 표
명지전문대 공업 경영학과 졸업 한국방송통신대 경제학과 졸업 대주전자재료(주) 근무 벨하이텍 근무
현재 성일하이텍(주) 대표이사 (E-mail; [email protected])
여 개소에 이르며 그중 17개소가 경기도에 집중되어 있 다. 그러나 이들 업체의 규모가 작기 때문에 재활용량에 대한 정확한 통계자료 파악이 어려우며 폐 휴대폰의 물 량 부족으로 폐PC와 같은 다른 기기를 혼합하여 유가금 속을 회수하고 있거나 다른 업종과 병행하면서 처리하고 있는 실정이다. 일본의 사례를 통해서 알 수 있듯이 도시 광산 사업이 단순 폐기물 처리 수준이 아니라 고도 제련 기술 수준을 요구하는 기술형 사업이라는 특징을 가지고
있는데 반해서 국내 대부분의 폐기물 업체가 자체 R&D 개발 역량이 부족한 영세업체라는 점이 문제로 대두 되 고 있다.
맺음말
앞에서 언급한 도시광산업은 예전에 그대로 버려졌던 폐기물이 자원 낭비 와 환경오염을 유발하던 것에서 부 가가치가 높은 귀금속 및 희유금속을 추출하여 산업에 재사용함으로써 21세기 녹색 신성장산업의 대표적인 대 안 중 하나로 떠오르고 있다. 그러나 희유금속의 자원화 및 재활용 활성화를 위한 국내 시장의 협소 및 기술 부 족으로 국내 자원이 국외로 유출되고 있어 시급히 해결 해야 할 사항이다. 이렇게 유출된 금속자원이 외국으로 부터 다시 비싼 가격으로 수입하는 산업구조를 극복하기 위하여 최근 정부 및 관련 단체 차원에서 목소리가 높아 지고 있어 늦었지만 다행이라 생각한다. 재활용 원천기 술을 확보 및 폐기물 관련법의 정비를 통하여 재사용될 수 있는 희유금속의 수입 의존도를 낮춤으로서 원재료 가격도 극복하고 고부가가치 산업을 육성할 수 있을 것 이다.
