폐 LCD 재활용 기술 현황과 전망
홍현선1)* · 이희민1)· 공만식1)· 강홍윤2)
Overview and Future Concerns for LCD Wastes Recycling Technology
Hyun Seon Hong
*, Hi Min Lee, Mansik Kong and Hong Yoon Kang
Abstract : Nowadays, production and demand of high performance electronic display devices have increased quite rapidly owing to ever-increasing market size and consequent developments in the related technologies, which are typical of current era of advanced information technology. In view of relatively short life cycle of the display devices, quantity of their wastes is also expected to markedly increase. However, present domestic status of statistical data on waste display devices leaves much to be desired although nearly 2～3 million wastes are expected per annum after year of 2010, based on current domestic production level of the devices. Unless end-of-life display devices are disposed properly, they are quite hazardous and detrimental to human society and environment: More importantly, valuable rare metal and rare earth resources could be lost. Due to lack of domestic Korean infrastructure for efficient recycling: of waste display devices, most of the wastes are incinerated except d ramechanically detachable parts such as plastic case and metal frame, which is deplorable Korea as a renowned supplier possessing most advanced technologies related to display devices. Therefore, environment-friendly and efficient recycling technology for LCD panel and backlight unit is to be developed intensively, especially in the fields of physical separation of parts, selective segregation of desired rare metal and rare earth elements of value, and acid leaching to meet WEEE (waste electrical and electronic equipment) directives imposed by EU since 2003, which is deemed most essential for Korean competitive potential and related national strategy.
Key words : Recycling, Liquid Crystal Display, Rare Metal, Indium, Glass
요 약 : 현재 사용 후 LCD 제품과 관련하여 발생하는 폐기물에 대한 체계적인 통계는 전무하나 국내 생산량 및 수입량, 사용 내구연한 등을 고려했을 때 2014년 이후에 약 200만대 이상의 폐 LCD 디스플레이 장치가 발생할 것으로 예상할 수 있다. 또한 고도 디스플레이장치에 대한 급속한 수요 증대와 관련 기술의 발달로 전자 디스플레이의 생산과 수요는 급속히 증가하고 있으며 이의 폐기물량도 향후 급증할 것으로 예측되고 있다. 수명 이 다한 LCD 제품을 재활용하지 않고 소각 또는 매립 등 폐기하는 경우 환경에 부담이 되고 인체에 유해할 뿐만 아니라 귀중한 희소 금속 및 유가 자원을 유실하는 문제에 봉착할 수 있다. 우리나라는 디스플레이에 대하 여 선진 기술을 보유하고 있음에도 불구하고 재활용 인프라 미비로 인해서 케이스와 프레임 등의 일부 부품의 기초적인 재활용을 제외하고는 전량 소각 처리하고 있는 실정이다. 따라서 경제성을 확보할 수 있는 다량의 플라스틱, 금속 재활용 공정 최적화가 필요하며, 소량 함유되어 있으나 고가의 희소금속 자원을 함유하고 있는 액정 패널 및 백라이트 유닛의 효과적 처리 및 재활용을 환경 친화적이고 효율적으로 수행하는데 필요한 기술 개발이 필요하다. 이를 통한 유럽 연합의 Waste Electrical and Electronic Equipment(WEEE) 재사용 및 재활용의 준수는 국가 전략적으로도 매우 중요하고, 국가 경쟁력의 제고에 이바지할 수 있다.
주요어 : 재활용, 액정표시장치, 희소금속, 인듐, 유리
2010년 9월 1일 접수, 2010년 10월 19일 채택 1) 고등기술연구원 플랜트엔지니어링센터 2) 한국생산기술연구원 자원순환정책실
*Corresponding Author(홍현선) E-mail; [email protected]
Address; Plant Engineering Center, Institute for Advanced Engineering (IAE), Yongin 449-863, Korea
서 론
디스플레이 산업은 패널 및 연관 부품소재, 장비의 생 산에 수반되는 모든 산업을 포함하며, 현재 중국 수요 증 가로 인하여 연 평균 성장률이 13-20% 정도의 고성장 전략산업이다. 국내 디스플레이 패널 산업의 경우 세계시 장 점유율이 각각 LCD가 46%, PDP가 52%, OLED가 78%를 차지하고 있어 패널 시장의 세계 1위를 유지하고 해 설
Fig. 1. Classification of displays (†VFD: Vacumm Fluorescent Display, FED: Field Emission Display, ELD: Electrolu- minescent Display).
비자발광 디스플레이로서 화면을 구현하기 위해서는 별 도의 광원이 필요하다(알앤디비즈, 2005; Kopacek, 2008;
JP Morgan, 2005; Lehman Brothers, 2005). Fig. 1은 디 스플레이의 종류를 보여주는 분류도이다.
1세대 디스플레이 산업은 1950년대 후반 흑백 CRT로 시작되었으며 LCD, PDP, OLED 등이 등장하면서 2세 대 평판 디스플레이로의 재편이 이루어지고 있는 상황이 다. 향후에는 3, 4세대 디스플레이로서 3D 디스플레이와 플렉시블 디스플레이(flexible display)로 발전해 나갈 전 망이다. 현재 디스플레이 산업은 여러 평판 디스플레이 가운데 LCD를 중심으로 재편되고 있으며 3D 디스플레 이가 차세대 디스플레이로 부각되고 있다(김주현, 2009;
유종찬, 2009; 최병현, 2005; 최성호, 2009; 한국지질자 원연구원, 2006).
IT, 가전, mobile 산업 등의 전방산업이 발전함에 따라 디스플레이 제품의 사용량은 지속적으로 증가할 것으로 보이며, 이와 병행하여 앞으로 많은 양의 사용 후 디스플 레이 제품이 발생될 것으로 예상되고 있다. 특히, 디스플 레이 제품의 수명이 5～6년 내외이고 일부 중고제품의 재활용 기간을 고려하더라도 짧은 수명주기와 디스플레 이 제품이 보급 확대된 시기가 5～6년 전임을 감안하면 사용 후 디스플레이 폐기물량도 급속히 증가할 것으로 예상된다. 특히 이러한 디스플레이 제품에는 고가의 희
결차원에서 처리하고 있는 경우가 대부분이나, 일본의 경우 디스플레이에서 고가의 희토류 형광체 물질을 재자 원화하는 연구개발을 국가차원에서 시작하고 있다. 이처 럼 재활용 선진국에서 경제성을 확보할 수 있는 재활용 공정을 개발하는 연구가 선도적으로 이루어지고 있으며 향후 대량의 폐 디스플레이 제품 발생에 대비하여 국내 에서도 연구개발 및 상용화가 시급하게 준비되어야 한다 (Lim and Schoenung, 2009).
본고에서는 국내외 LCD 재활용 현황 및 재활용 시장 을 살펴보고, 국내의 재활용 기술과 향후 전망에 대해 요 약 소개하고자 한다.
디스플레이 산업 및 재활용 현황
디스플레이 산업 및 폐기물 현황
국내 디스플레이 산업의 규모는 2006년도 기준으로 대 략 50조원 수준이며, 2000년대 이후 연평균성장률 13-20%
이상의 높은 성장세를 보이고 있다. 한편, 디스플레이 산 업은 수출에서도 점차 비중이 높아지고 있어 수출품목 중 디스플레이가 차지하는 순위는 2004년 41위에 불과 하였으나 2006년부터는 반도체/자동차/선박/휴대폰에 이 어 5위로 급부상하였다(이상법, 2006; 최재호, 2009; 최 혜림, 강정원, 2005).
현재 사용 후 디스플레이 제품과 관련하여 발생하는 폐기물에 대한 체계적인 통계는 전무한 실정이며, 국내 생산량과 수입량을 고려하여 볼 때 국내에서 사용되는 디스플레이 장치는 2008년 기준 300만대 정도로 추정되 고, 디스플레이 제품의 특성상 그 수명을 5～6년으로 가 정하면 2014년 이후에 약 200만대 이상의 폐 디스플레 이 장치가 발생할 것으로 예상할 수 있다. 단, 5～6년의 1차 사용 후 중고제품으로 추가 사용되는 기간은 고려하 지 않았으며, 모니터의 경우가 TV보다 수명이 짧을 것 으로 예상할 수 있다.
2세대 디스플레이가 LCD, PDP, OLED 등의 여러 평 판디스플레이 가운데 LCD를 중심으로 재편되고 있어, 앞으로 LCD의 사용 및 폐기제품이 급증할 것으로 예상 된다. Fig. 2(a)와 2(b)는 2008년 기준 디스플레이 제품
(a)
(b)
Fig. 2. (a) Domestic production of displays at 2008 and (b) estimated amount of LCD waste.
Fig. 3. Components of LCD monitor.
의 국내 생산량과 이로부터 예상되는 LCD 폐기물 예상 발생량을 보여주고 있으며, 이로부터 2014년 이후 약 200만대 이상의 폐기물이 발생할 것으로 분석이 되고 있다. 따라서 폐 LCD 디스플레이 재활용 기술에 대한 개발 요구가 시급한 실정이다.
LCD 구성요소 및 재활용 대상
LCD 모듈은 크게 Case/Frame, LCD panel, 구동회로 유닛 (DCU: driving circuit unit), 백라이트 유닛(BLU:
Back Light Unit) 등으로 이루어져 있다. LCD 패널은 다시 유리, 액정, ITO 전극물질, 각종 유기 sheet 등으로 구성된다. 구동회로 유닛은 구동 IC, 인쇄회로기판 (PCB) 등으로 구성된다. 한편, 백라이트 유닛은 램프(광원), 도 광판, 반사판, 확산판, 프리즘시트 등으로 구성된다(알앤 디비즈, 2005; 한국전자정보통신산업진흥회, 2009).
Fig. 3는 해체/분리된 LCD 모니터의 주요부품과 각 부품별 구성성분을 나타내고 있다. 해체된 LCD 모니터 의 대체적인 성분별 무게비는 금속; 34%, 플라스틱;
51%, 유리; 8%, PCB; 6%로 구성되어 있으며, 이밖에도 ITO(indium tin oxide), 액정물질, CCFL 등이 1% 미만 의 비율을 차지하고 있다. LCD 모니터는 회사별로 다를
뿐 아니라 생산시기에 따라서도 부품의 구성과 함량이 달라지기 때문에 위의 성분별 무게비는 변할 수 있다. 특 히 LCD 모니터에 대하여 1% 미만의 구성비를 차지하 고 있는 ITO 전극 및 CCFL의 경우 인듐, 희토류 등의 희소금속을 함유하고 있기 때문에 국가 전략적으로도 반 드시 재활용되어야 하는 부분이다(김주현, 2009; 한국지 질자원연구원, 2006).
LCD 재활용 처리 현황
현재 국내에서 폐 LCD 제품의 재활용은 주로 수작업 에 의한 각 모듈별 분해 과정을 거쳐 Fig. 4에서 보듯이 Case/Frame, DCU 등 비교적 재활용이 용이한 부품은 재활용하고, 재활용 기술력이 미비한 LCD 패널, BLU 등은 위탁 처리하여 소각하고 있다. 하지만, 전량 소각에 의존하고 있는 LCD 패널과 BLU에는 유리, 플라스틱뿐 만 아니라 전략적 희소금속, 형광체 등을 함유하고 있어 천연자원빈국으로 희소금속 다소비형 산업구조를 가지 고 있는 국내의 산업 환경에서 이들 자원에 대한 재활용 및 자원순환 기술 개발은 시급히 요구되고 있다.
LCD 제품을 재활용하기 위하여 해결해야 하는 기술 적 문제는 우선 LCD 모니터의 제작사별, 모델별 구성품 의 재질이나 함유성분이 상이하므로 물리적 해체 시 작 업 표준화가 필요하다는 것이다. 또 다른 기술적 난제는 LCD 조립 시 액정과 전극물질 층이 패널에 강하게 결속 되도록 부착되므로 기계적 분리에 의한 재활용은 거의 불가능하다는 것이다(Cui and Forssberg, 2003). 따라서 LCD 제품의 재활용 공정은 먼저 플라스틱, 금속, PCB,
Fig. 4. LCD recycling status in Korea.
LCD등 각 부품별로 기계적 분리를 실시한 다음 플라스 틱, 금속 등을 재활용하고 LCD와 기타 폐기물은 소각시 켜서 폐기하고 있다.
특히, LCD 패널을 소각시켜 폐기할 경우 폐기되는 LCD 유리의 비중이 너무 높아져서 WEEE의 의무회수 율 규정을 준수하기 어렵게 되기 때문에 제품 생산 업체 나 국가 경쟁력 강화를 위해서도 효과적인 사용 후 LCD 제품 재활용 기술의 개발은 전략적으로 매우 중요하다 (Li et al., 2009; Turner and Callagham, 2007). LCD 패 널이나 백라이트 유닛 등을 소각하여 폐기하면 전략적 희소 금속과 LCD의 약 3%를 구성하고 있는 희토류 원 소가 소실되는데 이는 국가적으로 큰 손실이 아닐 수 없다.
그러므로 향후에는 LCD에 함유된 희소금속 소재의 경제 적 회수가 가능한 기술을 개발하는 것이 필수과제이다.
LCD 제품 재활용기술 현황 및 전망
국내 현황
현재 LCD 제품은 사용이 완료되었을 경우 제품을 이 루고 있는 플라스틱, 금속류, PCB, LCD 등을 부품별로 분해하여 재활용하거나 폐기하고 있다. 폐 LCD 제품의 재활용 공정에 따르면 금속과 플라스틱은 정해진 방식에 따라 분류, 처리되고 기판은 타 전자기기의 기판과 같은 방식으로 처리가 되고 있다.
LCD 재활용에서 문제가 되고 있는 사항은 20-40%에 가까운 액정 패널의 재활용인데 현재 국내에서는 전량
폐기되어 소각되고 있다. 이의 재활용을 위해서는 FPD 에 함유된 희유금속 소재의 경제적 회수가 가능한 선택 적 분리･분해 기술 및 최적 산 침출 기술을 개발하는 것 이 선결과제라고 할 수 있다.
또한 유해물질 처리기술도 개발되어야 한다. 액정의 경우 물질을 이루고 있는 복합 소재의 혼합비는 제조사 마다 다르나 전체적으로 LCD 모니터 중량의 약 0.1%
정도이다. 액정의 경우 유해물질 논란이 있을뿐 아니라, 다른 유가금속 재활용을 위해서도 이에 대한 처리기술이 개발되어야 한다. 그리고 액정 모니터의 패널 유리에 포 함되어 있는 비소와 같은 유해 원소의 친환경적 처리 역 시 고려되어야 한다.
LCD 유리 재활용
국내에서 LCD 유리 재활용에 관한 연구는 최근 들어 일부 업체 또는 대학에서 기초연구가 간헐적으로 진행되 고 있으나 실용화단계로의 접근은 아직까지는 어려운 상 태이다.
LCD패널은 Fig. 5와 같은 구조로 이루어져 있기 때문 에, 이로부터 전극물질, 유리 등과 같은 유효자원을 효율 적으로 회수하기 위해서는 전처리공정이 필수적으로 요구 되며, 전처리 공정은 수작업으로 분리･해체된 LCD패널에 대해, 일차 편광판 분리 후 패널 컬릿화(cullet)의 과정으 로 이루어진다.
Fig. 6은 국내에서 전처리되어 컬릿형태로 만들어진 LCD 패널을 보여주고 있다. LCD패널로부터 유리기판
Fig. 5. LCD panel structure.
Fig. 6. Glass cullet crushed from LCD panel.
과 편광판을 분리하기 위하여 열충격 방법으로 편광판 재료의 열적 변형을 유도하면 편광판 분리가 용이해지 며, 편광판이 분리된 패널을 1, 2차 파･분쇄가 연속으로 이루어지는 2단 롤-파쇄(roll-crusher) 방식을 이용하여 패 널을 컬릿화 한다. 이후 합착된 유리기판 사이에 존재하 는 전극물질에 대해 산침출을 통한 분리 및 회수 공정이 실시된다.
한편 LCD 제품의 기판 유리 재활용에 관한 연구는 LCD 패널의 분리, 파쇄 등에 의해 적정입도의 유리를 재사용하는 방안과 시멘트의 원재료와 LCD 폐유리의 혼합비를 조정 설계 후 시멘트 제조공정에 투입함으로 시멘트 클링커(clinker)를 제조하는 방안 등이 검토되고 있다. 이밖에 폐 LCD 유리 분말을 단열재용 발포유리를 제조하는 원료로의 사용 가능성이 제시되고 있으나, 아 직 균일성 확보 등 기술적으로 해결해야 할 부분이 남아 있다(이상법, 2006; Cui and Forssberg, 2003; Turner and Callagham, 2007).
인듐 재활용
아직까지 국내에서 LCD 패널 자체의 재활용이 이루
어지지 않고 거의 전량 폐기･소각하고 있기 때문에 LCD 패널에 함유되어 있는 투명전극인 ITO로부터 전략적 희 소금속인 인듐(In) 역시 재활용되지 못하고 있다. 한편 국내에서 ITO 폐타겟, ITO 스크랩, ITO 에칭 폐액 등으 로 부터의 인듐, 주석 등의 분리 및 회수와 관련된 연구 들은 진행되고 있으며 이에 대한 기반기술은 어느 정도 국내에 축적이 되어 있다(강경석, 2008; 김보생, 2006;
고재현, 2006; 디스플레이뱅크 칼럼, 2006). 하지만 LCD 패널로 부터의 인듐 자원의 분리 및 회수와 관련된 연구 는 아직까지 진행된 바가 없다. 인듐은 액정 응용제품인 PDP, 유기 EL 등의 급속한 수요 증가로 인해 다량 소요 되는 자원 희소성이 매우 강한 금속으로 기존의 인듐함 유 구성품의 폐기로 인한 희소금속의 소각 처분은 국가 적으로 매우 큰 자원의 손실이다. 따라서 LCD를 포함한 디스플레이 제품에 함유된 희소금속 소재의 경제적 회수 기술을 개발하는 것은 필수적이라 할 수 있다.
형광체 재활용
LCD에서 광원 역할을 하는 BLU의 냉음극형광램프 (CCFL)에서는 고휘도 형광체를 혼합하여 백색 발광을 얻고 있는데, 이러한 형광체에는 이트륨(yttrium)을 주원 소로 하여 유로퓸(europium), 테르븀(terbium) 등의 희 소금속이 다량 함유되어 있다. 국내의 경우 LCD 제품으 로부터 형광체 재활용은 기술의 부재 및 경제적인 요인 으로 인해 현재 전량 소각처리되고 있다.
국내에서 CCFL을 제조하는 일부 기업들은 제조공정 중에 발생하는 공정 폐기물을 자체 재이용하거나 오염도 가 높은 일부 형광체는 형광등의 형광물질을 재처리하는 업체로 보내 재활용 하고 있다. 하지만, 형광체의 회수효 율 및 제품 품질의 저하로 인하여 경제성 및 재활용 범 위가 제한적이다. 따라서 재이용률을 향상시키기 위해서 는 원래의 각 색상으로 분별하는 기술이나 열화된 형광 체를 분별하는 기술이 필요한 실정이다.
Fig. 7(a)는 국내에서 개발된 형광체 분리회수 장치를 보여주고 있다. End-cut이 된 CCFL은 closed system 내 부에 위치한 CCFL 지그에 장착되며, 장착된 CCFL의 한쪽 입구에서 air-jet 분사를 통해 형광체를 분리해주는 공정을 취한다. 분리되어 jet 기류에 실린 형광체는 집진 장치를 통해서 수거된다. Fig. 7(b)는 형광체 분리회수 장치 투입전후의 램프 모습을 보여 주고 있다.
Air-jetting 전의 CCFL 램프는 내부에 백색의 분말이 도포되어 있으나, air-jetting을 거친 램프는 내부의 형광 체가 분리됨에 따라 투명한 유리관의 모습을 하고 있다.
Air-jet을 이용한 CCFL 램프로부터 형광체의 분리공정 은 air-jet 압력 및 노즐의 크기에 따라서 약간의 차이를
Fig. 8. Recycling concept for plastic components of LCD monitor.
Fig. 7. Apparatus for recovering phosphor.
주 밀접한 관련이 있다. 또한 향후 폐기될 LCD 전체 개 체수가 증가할 것으로 예상되므로 이를 재활용하는 사업 이 실용화 될 가능성은 매우 높을 것으로 예상된다.
Fig. 8은 국내에서 개발하고 있는 플라스틱 재활용 방 안을 보여주고 있다. LCD 모니터를 대상으로 재활용 가 능한 부품은 필름류(PET), 도광판(PMMA, PS), 케이스 류(ABS, PC, PS), 받침대(ABS) 4가지로 구분할 수 있다.
필름류와 도광판은 사실상 모니터 해체에 따른 표면오염 및 손상 등으로 재이용은 불가능하며 필름류의 경우 간단 한 공정을 거친 후 재활용은 가능하고 도광판의 경우 재 제조에 가능할 것으로 판단된다. 그리고 케이스류 및 받 침대의 경우는 사용되는 원료가 대부분 ABS로 적당한 전처리 후 재제조에 문제가 없을 것으로 판단된다.
국외 기술동향
전 세계적으로 일본과 독일에서 LCD 재활용에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 일본의 LCD 제품 제조사인 Sharp사에서는 재활용에도 관심을 가지 고 있어, 2001년부터 플라스틱의 재활용 및 유가금속 회 수, 그리고 유리 재활용 기술개발에 착수하였으며 궁극
Fig. 9. Components of LCD monitor and recycling rate (2002 report, http://sharp-world.com).
적으로 LCD 모듈 무게의 약 80%를 재활용하는 것을 목 표로 하고 있다(Fig. 9). 또한 액정패널에 형성되어 있는 투명전극에서 인듐을 회수하는 공정을 개발하였다고 보 고하고 있으나, LCD 제품으로부터 희소금속 전체를 회 수하기 위한 시스템은 현재 일본에서도 미대응 혹은 최 적화되어 있지 않은 상황이다.
LCD 재활용에 관한 해외선진기업인 VICOR사(독), Merck사(미), Sharp사(일), Densho(일), JEITA(일), Roland Martin(독) 등에서는 LCD유리 재활용에 관한 특허출원 및 공정개발을 하고 있으나 현재까지 실용화된 재활용 방안이나 공정은 보고된 바 없는 상황이다.
전 세계적으로 LCD를 포함한 전기전자제품들은 유럽 의 WEEE에서 재활용률 증가를 요구하고 있다. 이에 따 라 각 선진 국가에서 폐 LCD의 재활용 기술개발에 대한 관심이 증가하고 있으나, 유가금속이 함유되어 있는 LCD 및 BLU와 같은 세부 구성품의 분리 및 회수 등은 미진 한 상태로 소각되고 있는 실정이다.
LCD 유리 재활용
현재 국내･외를 비롯하여 폐 LCD패널 유리의 재활용 을 위한 실용화 처리 방안 및 공정이 확립되어 있지 않 은 상황이다. 한편 같은 표시장치인 CRT 및 그 이외의 가전제품이나 부품에 대해서는 적절한 재활용 방안이 이 미 제안되고 있어 일부에서 실시되고 있다. 폐 LCD패널 을 유리의 재활용 관점에서 볼 때, 회수된 유리표면의 오 염 문제, 서로 다른 용융온도를 갖는 STN LCD유리와 TFT LCD 유리를 구분하여 회수하는 문제, 그리고 경제 적 공정 개발 문제 등이 아직 해결되지 못하여 재활용에 큰 어려움으로 나타나고 있다.
폐 LCD 재활용에 대한 연구가 일찍이 진행되어 온 일
본의 경우 액정 유리를 분쇄 후 물리적, 화학적 과정을 거쳐 일반유리로 재생하거나, LCD패널 유리를 건축자 재 대체품 등으로 재활용하는 방안에 대한 연구가 진행 되고 있다. 유럽의 경우 법률적으로 전자재료들을 매립 하는 것을 허용하지 않으므로 재활용 기술에 대한 연구 가 활발히 이루어지고 있으며, 독일의 경우도 LCD 유리 를 용융 주물사 대체품으로 사용하거나, 폐 LCD패널로 부터 액정(Liquid Crystal) 물질을 추출･소각 후 유리는 재활용하기 위한 연구가 진행되고 있다.
현재 폐 LCD유리 재활용관련 기술은 국내･외적으로 연구단계에 머물고 있으며, 유효자원회수 및 자원순환을 위해서는 보다 효과적이고 가능성 있는 실용화된 고부가 가치 창출의 방안이 필요한 실정이다.
인듐 재활용
사용 후 LCD 제품의 재활용에 대한 관심은 높아지고 있으나 소량 함유되어 있는 인듐 자원의 재활용에 관련 된 부분은 유리에 비해 상대적으로 많은 연구가 이루어 지지 않은 분야이다. 일찍부터 폐 LCD 재활용에 관심을 가져온 일본에서 가장 활발한 연구가 이루어지고 있으 며, Sharp 사에서는 LCD패널의 분쇄 및 용매추출 등을 통해 인듐을 재활용하기 위한 기술을 개발하였다(Fig. 10).
LCD패널로부터 인듐을 재활용하는 연구는 최근 들어 독일, 미국, 중국 등에서도 많은 관심을 보이고 있지만 복잡한 처리공정의 단순화 및 경제성 문제, 그리고 처리 공정에서 부가적으로 발생되는 유기용매의 회수 문제 등 각각의 요소기술을 포괄할 수 있는 표준기술로의 해결책 은 아직 제시되지 못하고 있는 상황이다.
유리 기판에 존재하는 전극으로부터 인듐을 용해하는 방법은 아직까지 기술적으로 많은 개발이 이루어지지 않 은 부분이나, 인듐을 함유하고 있는 ITO 용액에서 인듐 을 추출하는 기술은 기 개발되어 현재 산업적으로 많이 이용되고 있다. LCD 패널로부터 인듐 용액의 용출 공정 은 최종적으로 회수되는 인듐의 양에 절대적으로 영향을 미치기 때문에, 분쇄된 입자의 입도, 온도, 산 용액의 종 류 등 다양한 변수들로부터 최적의 용출 조건을 찾는 것 이 우선적으로 이루어져야 한다.
이밖에도, 열매체 입자가 유동하는 유동층 내에서 LCD 패널 유리의 융점 이하이면서 액정 화합물을 포함한 유 기 화합물의 열분해 온도보다 높은 온도로 가열하여, 유 기 화합물을 분해 제거하고 유동층으로부터 배출되는 가 스에 포함되는 금속을 회수하는 방법으로 유기용매를 이 용하지 않는 공정도 개발되고 있다.
Fig. 10. Technology to recycle indium from scrap LCD panels.
형광체 재활용
선진국에서는 회소금속의 중요성이 대두됨에 따라 LCD 및 조명기기로부터 형광체의 재활용 기술 개발이 시도되 고 있으나, 형광체의 낮은 회수율과 분급효율로 인해 경 제성 확보에 어려움을 겪고 있다. 또한 회수된 형광체의 낮은 품질 문제로 인해 대부분 실용화 기술개발 단계에서 어려움을 보이고 있는 상황이다. 일본에서는 최근 회수된 형광체 물질에 일부 산화물 성분을 첨가해 유리화하고, 이후 산을 이용하여 침출하는 기술개발과 산침출한 용액 에서 희토류 금속을 추출하는 연구를 진행하고 있다.
미국 및 유럽 역시 일본과 유사한 공정을 택하고 있으 며, 최근 개발되고 있는 수은 및 형광체 회수 기술은 램 프 내부표면에 형성되어 있는 형광층으로부터 형광물질 이 포함된 수은을 건조법을 이용, 유기환원제를 혼합 및 가열하여 순수한 수은 및 형광체를 회수하는 기술을 적 용하려 하고 있다. 선진국을 중심으로 LCD의 CCFL 및 형광램프에 있는 혼합성분으로부터 금속 수은과 형광체 를 분리하는 연구가 진행 중에 있으나, 재활용 및 회수 기술에 대한 전체적인 공정은 기업의 노하우이기 때문에 기술력의 확보가 어려운 실정이다.
플라스틱 재활용
일본의 경우 2001년 4월부터 발효된 일본의 가전제품 재 활용법에 따라 LCD TV의 케이스 플라스틱 재료를 재활용 하는 기술을 개발 중에 있으며, 온실가스 저감 대책의 일환 으로 closed loop plastic 재활용 기술의 개발에 착수하였다.
또한, EPR(생산자 책임 재활용) 제도에 의거 플라스틱 소재는 ABS, PP, PC, PS, PE로 분류하여 세단 및 펠렛 화 하고 있으며, 단 금속 소재와 혼합되어 있는 플라스틱 은 제강소의 용광로에서 연소시켜 연료로 처리하고 있다.
독일 MERCK사의 경우 LCD foil 플라스틱을 소각로 의 연료로 사용함으로 에너지를 절감하려는 노력이 이루 어지고 있으며, 스페인의 경우 LCD의 유해물질 감지기 술의 개발과 함께 플라스틱 소재의 재활용을 파일럿 플
랜트 수준까지 실시 계획 중에 있다.
결 론
LCD 디스플레이 관련 제품의 일차 순환 주기가 대략 5～6년인 점을 감안할 때 폐 LCD의 발생량은 가까운 근래 에 순환 주기의 도래와 더불어 급속히 증가되어 누적될 것 이 분명 하므로 친환경적인 재활용 기술의 개발은 시급하 다고 할 수 있다. 아직까지 LCD 관련 제품의 보급 초기 단 계이고, 수거가 잘되지 않는 문제로 인해 폐기되는 제품은 소량이지만 LCD 제품의 수요 급등에 수반되는 생산 공정에 서 발생되는 폐 LCD 유리의 발생량만 연간 약 3만 톤에 이 르고 있는 실정이다. 따라서 폐 제품 및 공정폐기물에 대한 재활용 기술개발의 시작은 시의적절하다고 할 수 있다.
LCD 제품을 구성하고 있는 물질의 70-90% 이상이 glass, 금속, 플라스틱 같은 재질이다. LCD 제품의 일차 모듈들이 이들 재질을 포함하도록 구성되어 있으므로 제 품 해체 등의 방법에 의한 재활용에 특별한 어려움은 없 는 것으로 판단된다. 하지만 LCD 제품들의 제작사별, 모델별로 구성 부품의 재질과 성분이 상이하므로 물리적 해체 시 엄청난 수작업이 필요하고 LCD 패널, 프리즘 시트, CCFL 등의 경우는 국내에서 재활용 되지 못하여 전량 소각 처리 할 수밖에 없는 실정이다. 이 경우, 폐기 되는 LCD 모듈 비중이 너무 높아져서 EU의 WEEE 재 활용 기준을 충족시킬 수 없게 될 뿐 아니라 LCD에 함 유되어 있는 전략적 희소금속 및 유가금속도 소실되므로 이는 국가적으로도 큰 손실이다. 그러므로 향후에 LCD 에 포함되어 있는 소량의 희소금속 및 유가금속의 회수 를 가능하게 하는 방안 마련이 필요하다. 이를 위해 단체 분리, 분해 기술 및 침출 공정 최적화 기술 등이 개발되 어야 한다. LCD의 재활용을 위해서는 기술개발 이전에 설계 및 생산 단계에서부터 재활용을 효율적으로 수행할 수 있도록 재료 및 공정의 표준화가 필요하며 사용된 원 료 물질에 관한 정보가 제공되는 등 제품의 환경성 개선
홍 현 선
1991년 한양대학교 금속공학 학사 1994년 한양대학교 금속공학 석사 1998년 한양대학교 금속공학 박사 1998～2002년 U. C. Berkeley Post-Doc.
2002～2003년 한양대 연구교수
현재 고등기술연구원 수석연구원 (E-mail; [email protected])
공 만 식
1998년 경상대학교 금속재료공학 학사 1998～1998년 한국로스트왁스(주) 사원 1999～2002년 한국기계연구원 위촉연
구원
2001년 경상대학교 금속재료공학 석사 2002～2005년 (주)대창공업 기술연구소
계장 현재 고등기술연구원 선임연구원 (E-mail; [email protected])
이 희 민
1996년 국민대학교 물리교육 학사 1998년 국민대학교 물리학 석사 2006년 국민대학교 물리학 박사 2004～2005년 (주)아모텍 신소재연구소
전임연구원
2006～2010년 한국원자력연구원 Post-Doc.
현재 고등기술연구원 선임연구원 (E-mail; [email protected])
강 홍 윤
1996년 The University of Queensland 공학박사(환경공학전공)
1996～1997년 University of Delaware (미) Research Fellow
1999년 Stanford University EcoDesign Short Course 수료
1997～1999년 LG종합기술원 선임연구원 1999～2003년 LG생산기술원 환경기술
팀장
현재 한국생산기술연구원 국가청정생산지원센터 전문위원, 자원 순환정책실장
(E-mail; [email protected]) 을 위한 여러 조치가 선행되어야 할 것이다.
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