[기획특집: 희귀금속 회수기술] 폐 디스플레이 전자제품 재활용 현황과 기술 전망

폐 디스플레이 전자제품 재활용 현황과 기술 전망

홍 현 선^†⋅공 만 식⋅이 성 규⋅강 홍 윤*

고등기술연구원 플랜트엔지니어링센터, *한국생산기술연구원 자원순환정책실

Overview and Future Concerns for Recycling Display Wastes

Hyun Seon Hong^†, Mansik Kong, Sungkyu Lee, and Hong Yoon Kang*

Institute for Advanced Engineering (IAE), Yongin 449-863, Korea

*Korea National Cleaner Production Center, KITECH, Seoul 135-918, Korea

Abstract: 정보화 시대에 수반된 고도 영상매체에 대한 급속한 수요 증대와 관련 기술의 발달로 전자 디스플레이의 생산과 수요는 급속히 증가하고 있으며, 제품의 순환주기가 짧은 점을 감안할 때 이의 폐기물량도 향후 급증할 것으로 예측되고 있다. 현재 디스플레이 제품과 관련하여 국내에서 발생하는 폐기물에 대한 체계적인 현황 통계는 거의 전무 한 실정이나, 국내 생산량 등으로 유추하였을 때 2010년 이후부터 약 200∼300만대의 폐 디스플레이장치가 발생할 것으로 예상할 수 있다. 수명이 다한 디스플레이 제품을 적절한 처리를 해서 폐기하지 않는 경우 환경에 유해하고 인체에 위험할 뿐만 아니라 귀중한 희소 금속 및 희토류 자원을 유실하는 문제에 봉착할 수 있다. 우리나라는 디스플 레이 제품에 대한 세계 최고기술 보유 및 세계 최대 공급국임에도 불구하고 국내의 재활용 인프라 미비로 인해서 플 라스틱 케이스와 금속 프레임 등의 일부 부품을 제외하고는 전량 소각 처리하고 있는 실정이다. 그러므로 디스플레이 의 구성비는 작으나 고가의 희소금속 자원을 다량 함유하고 있는 액정 패널 및 백라이트 유닛의 효과적 처리 및 재활 용을 환경 친화적이고 효율적으로 수행하는 데 필요한 선택적 분리, 분해 기술 및 최적의 산 침출 기술 개발이 필요하 며 이를 통한 유럽 연합의 Waste Electrical and Electronic Equipment 재사용 및 재활용의 준수는 국가 경쟁력의 강화 및 국가 전략적으로도 매우 중요하다고 할 수 있다.

Keywords: recycling, display, LCD waste, rare metals

1. 서 론

1)

전자 디스플레이(또는 간략히 디스플레이)는 TV⋅컴퓨터⋅휴대폰 등에 사용되어 전기적 신호 를 사람이 인지 가능한 형태로 표시해주는 화면표 시장치이다. 디스플레이는 크게 브라운관으로 알 려진 CRT (Cathode Ray Tube)와 LCD (Liquid Crystal Display), PDP (Plasma Display Panel), OLED (Organic Light Emitting Diode) 등의 평판 디스플레이(FPD: Flat Panel Display)로 나뉠 수 있다. 평판 디스플레이는 다시 자체 발광여부에 따라 자발광(emissive)과 비자발광(non-emissive) 디 스플레이로 구분될 수 있다. PDP, OLED 등은 자

† 주저자 (E-mail: [email protected])

발광 디스플레이에 해당되며, LCD는 비자발광 디 스플레이로서 화면을 구현하기 위해서는 별도의 광원이 필요하다[1-4]. Figure 1은 전자 디스플레 이의 종류를 보여주는 분류도이다.

1950년대 후반 흑백 CRT로 시작된 1세대 디스 플레이 산업은 LCD, PDP, OLED 등이 등장하면 서 2세대 평판 디스플레이로의 재편이 이루어지고 있는 상황이다. 향후에는 3세대 디스플레이로서 플렉시블 디스플레이(flexible display)와 4세대 3D 디스플레이로 발전해 나갈 전망이다. 현재 디 스플레이 산업은 여러 평판 디스플레이 가운데 LCD를 중심으로 재편되고 있으며 OLED를 포함 하는 플렉시블 디스플레이가 차세대 디스플레이 로 부각되고 있다[5-10].

Display

CRT Flat Panel Display Flexible Display

Emissive Display Non-Emissive Display

PDP OLED VFD*, FED, ELD, etc. LCD

Figure 1.

* VFD : Vacuum Fluorescent Display, FED : Field Emission Display, ELD : Electroluminescent Display.

디스플레이 산업의 특징은 자본집약적 장비투 자, 다양한 기술의 융합, 짧은 경기 사이클, 전후방 산업과의 높은 연관효과 등으로 요약될 수 있다.

특히, 디스플레이 산업 사이클이 3∼4년 내외로 반복되면서 짧은 경기 사이클을 보임에 따라 사용 후 디스플레이 폐기물량도 급속히 증가하고 있는 추세이다. 특히 이러한 전자 디스플레이 제품에는 고가의 희소금속자원 등이 포함되어 있어 재활용 기술에 대한 검토가 시급히 요구된다[11].

우리나라에서는 현재 사용 후 디스플레이가 폐 기물로 처리되고 있으며 대부분 소각되거나 매립 되고 있다. 디스플레이 구성성분으로 함유되어 있 는 유가금속의 경우 재자원화 기술의 낙후와 폐 제품의 물량확보 문제로 국내에서 본격적으로 재 활용하는 업체가 없는 실정이다. 외국에서도 디스 플레이를 재활용하기보다는 환경문제의 해결차원 에서 처리하고 있는 경우가 대부분이나, 일본의 경우 디스플레이에서 고가의 희토류 형광체 물질 을 재 자원화하는 연구개발을 국가차원에서 시작 하고 있다. 이처럼 재활용 선진국에서 경제성을 확 보할 수 있는 재활용 공정을 개발하는 연구가 선 도적으로 이루어지고 있으며, 향후 대량의 폐 디 스플레이 제품 발생에 대비하여 국내에서도 연구 개발 및 상용화가 시급하게 준비되어야 한다[12].

본고에서는 국내⋅외 디스플레이 산업현황 및 재활용 시장을 살펴보고, 국내의 재활용기술과 국

Figure 2.

내 재활용 현황, 향후 전망에 대해 요약 소개하고 자 한다.

2. 디스플레이 산업 및 재활용 현황

2.1. 디스플레이 폐기물 발생현황

국내 디스플레이 산업의 규모는 Figure 2에서 보듯이 2006년도 기준으로 48조원 수준이며, 2000년대 이후 연평균성장률 20% 이상의 높은 성 장세를 보이고 있다. 국내 제조업에서 디스플레이 산업이 차지하는 비중도 2002년 3.4% 수준에서 2006년에는 5.3%까지 상승하였다. 한편, 디스플 레이 산업은 수출에서도 점차 비중이 높아지고 있 어 수출품목 중 디스플레이가 차지하는 순위는 2004년 41위에 불과하였으나 2006년부터는 반도 체/자동차/선박/휴대폰에 이어 5위로 급부상하였 다[13-15].

현재 디스플레이 전자제품과 관련하여 국내에 서 발생하는 폐기물에 대한 체계적인 현황 통계 파악 및 관리 유지가 거의 되지 않고 있다. 그럼에 도 불구하고 Table 1에 제시되어 있는 국내 생산 량 및 수입량을 근거로 계산하였을 때 국내에서 사용되는 디스플레이 장치는 2006년에 218만대로 추정되고, 디스플레이 제품의 수명을 3∼4년으로 가정했을 때 2010년 이후에 약 200∼300만대의 폐 디스플레이장치가 발생할 것으로 예상할 수 있다.

2008년과 2009년에는 세계금융위기와 11개월

Table 1.

구분 용도 2005년 2006년 2007년 2008년 2009년

LCD 모니터 (만대)

생산량 294 223 255 128 92 출하량 305 234 300 184 126

재고량 100 83 78 47 38

내수량 118 131 121 59 41 수출량 186 102 179 125 85 수입량 N/A N/A 51 57 49 국내사용 118 131 172 115 90

LCD TV (만대)

생산량 85 130 179 228 252 출하량 84 125 177 228 251

재고량 18 40 44 53 54

내수량 23 59 85 116 149 수출량 61 66 92 112 102

수입량 N/A N/A 0 0 0

국내사용 23 59 85 116 149

PDP TV (만대)

생산량 69 59 87 112 88

출하량 70 59 93 112 88

재고량 21 23 35 27 21

내수량 16 28 62 73 50

수출량 54 31 31 39 38

수입량 N/A N/A 5 2 2

국내사용 16 28 67 76 52

국내사용 합계 157 218 324 307 291 N/A : 해당사항 없음(not applicable).

사용량 합계를 적용하여 다소 낮은 생산량으로 통 계처리 되었음을 감안한다면, 향후 디스플레이 제 품의 국내 사용대수가 지속적으로 증가할 것으로 예상할 수 있고 따라서 폐 디스플레이 발생도 계 속해서 증가할 것이다. 특히 2세대 디스플레이가 LCD⋅PDP⋅OLED 등의 여러 평판디스플레이 가운데 LCD를 중심으로 재편되고 있으므로, 앞으 로 LCD의 사용 및 폐기제품이 급증할 것으로 예 상된다. Figure 3은 예상되는 LCD 폐기물 발생량 을 보여주고 있으며, 대략 2010년 이후 200만대 이상의 폐기물이 발생할 것으로 예측이 되고 있 다. 따라서 폐 LCD 디스플레이 재활용기술의 개 발 요구가 시급한 실정이다.

Figure 3.

Figure 4.

2.2. LCD 재활용 처리 현황

현재 생산 공정 중 발생하는 LCD 불량품은 유 리 기판을 약품으로 세정하여 유리로 재활용하고 있다. 한편, 사용 후 LCD 폐제품의 경우 기존의 TV에 적용된 공정과 유사하게 Figure 4처럼 해체 되어 일부 재활용하고 나머지는 폐기되고 있는 실 정이다.

재활용 처리과정은 수작업을 통하여 LCD 케이 스, 프레임, LCD 패널, 구동회로, 백라이트 유닛 등으로 해체/분리한 후, 플라스틱류의 LCD 케이 스와 금속류의 프레임 등 재활용이 가능한 부품은 재활용하고 있다. 나머지 고난도의 재활용기술이 필요한 부품, 즉 LCD 패널, 백라이트 유닛은 소각 시켜서 폐기하고 있다. Table 2는 LCD 폐 제품을 해체/분리하였을 경우 LCD를 구성하는 10여 가지 의 주요 부품과 구성성분을 보여주고 있다.

LCD 재활용의 기술적 난제로는 LCD 모니터의

Table 2.

Case Plastic (PC, ABS)

Frame / Chassis SUS, Al, Fe, Plastic (PC, ABS) LCD Panel Liquid crystal, Glass, ITO, Organic materials PCBs/wires Au, Ag, Cu, Ta, Ni, Resins, Glass fibers Optical sheets Organic material (PET, PMMA, PC, etc.) CCFL Hg, Mo, Ni, Y2O, Tb, Eu

Light guide Acrylic resin

Other resins Organic material (Composite materials) ABS : Acrylonitrile Butadine Styrene

PET : Polyethylene Terephthalate

PC : Polycarbonate ITC : Indium Tin Oxide PMMA : Polymethylmethacrylate

제작사별, 모델별 구성 부품의 재질과 성분이 상 이하므로 물리적 해체 시 많은 수작업 공정이 필 요하고 LCD 조립 시 액정(LC)과 얼라인먼트 층 의 결속이 강하도록 부착되므로 기계적 분리에 의 한 재활용은 거의 불가능하다[16]. 그러므로 LCD 제품의 재활용 공정은 먼저 플라스틱, 금속, PCB, LCD 등 각 부품별로 기계적 분리를 실시한 다음 플라스틱, 금속 등을 재활용하고 LCD와 기타 폐 기물은 소각시켜서 폐기하고 있다.

이러한 경우 폐기되는 LCD유리의 비중이 너무 높아져서 EU의 WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) 회수율 75% 이상, EPR (Extended Producer Responsibility) 법적 재활용율 65% 이상이 되어야 한다는 규정을 준수하기 어렵 게 되어 제품 생산 업체나 국가 경쟁력의 강화를 위해서도 효과적인 FPD의 재활용 기술의 개발은 전략적으로 매우 중요하다[17].

특히 LCD 패널이나 백라이트 유닛 등을 소각하 여 폐기하면 전략적 희소 금속과 LCD의 약 3%를 구성하고 있는 희토류 원소가 소실되는데 이는 국 가적으로 큰 손실이 아닐 수 없다. 그러므로 향후 에는 LCD에 함유된 희소금속 소재의 경제적 회수 가 가능한 선택적 분리⋅분해 기술 및 최적 산 침 출 기술을 개발하는 것이 선결과제이다.

2.3. 폐 디스플레이의 재활용 가치분석 LCD와 같은 전자제품들은 분해 및 재활용 방식 에 따라 재활용율의 차이가 크게 난다. 즉, 각 구 성품을 분리하고 모듈 및 재질별로 분리한다면 재 활용률은 더욱 높아질 것이 분명하다. 하지만 제 품의 사이즈 및 디자인 등이 각각이어서 기계적인 자동화 공정이 어려운 실정이다. 따라서 현재 해 체/분리 단계는 수작업으로 진행되고 이후 공정은 기계적인 작업(하소/연소-전단-절단/분쇄-분급-자 력/와전류/정전류 선별)과 농축 및 정련작업(건식 및 습식제련)으로 이루어지는 것이 일반적이다[18].

이러한 공정 중에서 각 모듈 및 부품에 함유되어 있는 미량의 고가 소금속 및 희토류 원소는 재활 용 기술 부족으로 인하여 소각되거나 훼손되어 재 활용되지 않고 있는 실정이다. 특히 LCD 모니터 및 TV의 재활용 가치분석에 의하면, 전체 재활용 가치 중에서 금속류가 차지하는 비율이 62%, 플라 스틱이 38%에 해당하므로 유가금속의 회수가 재활 용의 가치에 크게 기여하는 것을 알 수 있다[19].

현재 국내에서 폐 LCD 제품을 재자원화 했을 때의 경제적 가치는 LCD 모니터 1200원/대, LCD TV 3700원/대로 보고되고 있다[19]. LCD TV의 재자원화에 대한 가치총액 3700원은 플라스틱 재 활용이 38%로 1417원, 금속재활용이 61%로 2270 원, 전선이 1% 미만으로 27원 구성되어 있다. 한 편, 가치총액에는 폐 PCB의 재활용은 유동적이라 제외되었으며, 이를 포함할 경우 경제적 가치는 다소 상승할 것이다.

LCD TV/모니터의 대체적인 구성성분을 보면 플라스틱 50∼60%, 금속류 10∼30%, LCD 패널 10∼30% 및 BLU 10% 이하로 구성되어 있다. 이 중에서 LCD 패널 및 BLU는 적은 구성비를 가짐 에도 불구하고 내부에 고가의 유용한 자원이 다수 포함되어 있다. 따라서 현재 소각 처리되는 LCD 중 35%의 가격 구성비를 가지는 BLU를 재활용 한다면 더욱 큰 경제적 가치를 가질 수 있을 것이 다. 이중, BLU 램프만 해도 약 24%의 가격 구성 을 가지는데 그 이유는 소량의 형광체, 전극소재 등 고가의 희소금속들이 포함되어 있기 때문이다.

<도광판/반사판/확산판> <램프/프로텍트>

Figure 5.

하지만 재활용 기술 및 재활용 시스템의 체계화 부족으로 인해서 재활용되지 않고 대부분 소각되 고 있는 실정이다[20].

폐 디스플레이의 재활용을 위해서는 먼저 그 제 품의 구조를 파악해야만 한다. 평판디스플레이 중 가장 대표적인 LCD의 구조를 살펴보면 Figure 5 와 같다. 일반적으로 LCD는 자체적으로 발광할 수 없기 때문에 외부의 광원이 필요한데, 이렇게 LCD 패널부에 밝기가 균일한 평면광을 비추는 역 할을 하는 부품을 BLU라고 한다. LCD BLU 구조 는 광원(lamp), 도광판(light guide plate), 반사판 (reflector sheet), 확산판(diffuser sheet), 프리즘시 트 등의 부품으로 구성된다. 이들 구성품들은 다 양한 재질로 구성되어 있으며 Figure 5와 같이 분 리할 수 있다[21].

디스플레이 제품의 재활용 공정에서 해체와 분 리는 매우 중요한 공정이다. 이렇게 분리된 부품 들은 각 부품별 재활용 기술을 적용하여 재질별로 재자원화가 가능한데, 그 중에서도 특히 희소금속 자원의 재활용 가치는 매우 높으며 그 함유량은 Table 3에 표시하였다. 즉 LCD TV의 경우 함유

Table 3.

B 0.210

Ti 0.140 0.130 0.007

Cr 0.032 0.031

Mn 0.042 0.450 0.004

Co 0.002

Ni 0.580 0.240 0.017

Ga 0.001

Sr 0.014 0.030 0.880

Zr 0.019 0.020 0.001

Nb 0.012 0.001

Mo 0.002 0.016

Pd 0.001 0.002

In 0.023

Sb 0.240 0.180 0.710

Ba 0.500 0.300 3.600

Ce 0.001 0.000

Nd 0.001

Ta 0.002

W 0.006

Bi 0.008 0.010 0.003

합계 1.594 1.570 5.305

되어 있는 희소금속의 총량은 1.57%이고, LCD 기타제품에 1.59%, LCD 패널에 5.3% 함유되어 LCD 패널에 희소금속이 집중되었음을 알 수 있 다. 또한 PCB 내부에는 주석(Sn) 4.4%, 니켈(Ni) 0.58%, 바륨(Ba) 0.5%, 안티몬(Sb) 0.24%, 티타늄 (Ti) 0.14%, 은(Ag) 0.05% 등의 많은 희소금속이 내재되어 있으며, 국내외 일부 기업들은 귀금속 위주의 유가금속 회수를 수행하고 있다. 여기서 일반 금속원소들은 금속 재활용공정을 통해 재생 가능하며, 희소금속은 그 분리 및 재활용 방법에 따라 그 회수율이 크게 차이가 난다. 그러므로 재 활용을 위한 제품별 해체/분리의 최적화 및 표준 화 기술이 매우 중요하다[22].

Table 4.

기관명 주요 연구내용

한국지질자원연구원 • 희소금속 제련/정련기술, 희소금속 분리/정제, 특수용해, 평가기술, 고순도화 및 소재화, 정책입안 등 재 활용 관련 체계적 연구 수행

• 매년 희소금속 자료 “광산물 수급현황 조사” 발간 한국생산기술연구원 • 희소금속 합금 및 화합물 소재의 개발

• 고순도화 기술, 소성가공기술, 재활용기술 개발 고등기술연구원 • 희소금속 및 화합물의 회수/재활용 공정처리기술 개발

• 희소금속의 pyro 제련 기술 개발 및 분말기술 KIMS 재료연구소 • 희소금속 합금 및 화합물 소재의 개발

• 소재화기술, 소성가공기술, 초경소재 재활용기술 개발 한국화학연구원 • 희소금속 습식 회수 및 고순도화 기술 개발 전자부품연구원 • IT용 소재 및 응용기술 개발

한국과학기술연구원 • 합금 및 화합물소재기술

• 희소금속 분리정제 및 고순도화 기술

한국세라믹기술원 • 희소금속 화합물 소재(세라믹)의 개발 및 응용기술 개발 국방과학연구소 • Ti, W, Ta 등 희소금속 베이스 특수합금 개발

대 학

• 공주대학교 : 희소금속 소재화 및 재활용 기술 개발

• 경북대학교 : 승화법에 의한 희소금속 정련기술개발

• 순천대, 이화여대, 금오공대, 영남대, 성균관대, 강원대 등 : 희소금속 분리, 정제, 고순도화 분야의 연구 진행 중

3. 폐 디스플레이 재활용 기술 현황 및 전망

3.1. 국내 현황

고도 정보화 사회의 발전에 수반된 고도 영상 매체에 대한 급속한 수요 증대와 관련 기술의 발 달로 인해서 디스플레이용 모니터는 기존의 CRT 에서 FPD로 급속하게 대체되고 있다. 이러한 FPD의 수요는 향후 기하급수적으로 확대될 것으 로 예측되며 표시면적이 큰 액정 패널을 이용하는 액정 디스플레이의 생산이 주로 증가할 것으로 예 측되고 있다. 그러나 FPD 관련 제품의 순환 주기 가 매우 짧은 점을 감안할 때 이러한 액정 디스플 레이 수요의 급속한 증가에 수반되는 폐기물량도 급증할 것으로 예측되므로 FPD의 재활용 기술의 개발이 시급한 실정이다. 생산 공정 중 발생한 LCD 불량품이나 소량 발생하고 있는 LCD 제품 의 재활용 및 폐기 관련 내용은 2.2에 간략히 설명 되어 있는데, 이때 문제점으로는 폐기되는 LCD 유리의 비중이 너무 높아지고 LCD 모니터나 플라 즈마 모니터에 함유되어 있는 희소금속 등이 소각 처분되므로 국가적으로 크나큰 손실이 발생할 수

있다는 것이다.

현재 LCD 제품을 이루고 있는 플라스틱, 금속 류, PCB, LCD 등을 부품별로 분해하여 재활용하 거나 폐기하는 공정에 따르면 금속과 플라스틱은 정해진 방식에 따라 분류, 처리되고 기판은 타 전 자기기의 기판과 같은 방식으로 처리되고 있다.

여기서 문제는 20%에 가까운 액정 패널의 재활용 인데 현재 한국에서는 전량 폐기되어 소각되고 있 다. 이의 재활용을 위해서는 FPD에 함유된 희소 금속 소재의 경제적 회수가 가능한 선택적 분리⋅

분해 기술 및 최적 산 침출 기술을 개발하는 것이 선결과제라고 할 수 있다. 액정 물질을 이루고 있 는 복합 소재의 혼합비는 제조사마다 다르나 전체 적으로 LCD 모니터 중량의 약 0.1% 정도이다. 예 를 들어 14인치 LCD에는 약 0.3 g의 액정이 함유 되어 있다. 액정 모니터의 패널 유리에 포함되어 있는 비소와 같은 유해 원소의 친환경적 처리를 위해서는 액정을 가열하여 증발시킨 다음 응축이 나 흡착 등의 방법으로 제거해야만 한다[23].

한국과 같은 자원빈국이 신산업을 창출하여 미 래에도 고도 산업 국가의 지위를 유지하려면 희소

금속과 같은 국가 전략 물자의 수급 불안정을 완 화하는 동시에 희소 금속 자원의 확보 전략을 세 워서 자원 안보를 강화하여야 한다. 이를 위해서 한국에서도 정부와 출연연구소가 주도하는 산학 연 협동 연구회가 2009년에 발족되어 현재 중장기 적으로 희소금속자원의 제련⋅정련, 가공⋅처리, 대체⋅저감, 재활용 분야에 대한 40대 원천기술을 지정하여 효율적인 연구⋅개발 과제의 공모를 위 한 기술 수요 조사 단계에 있다.

Table 4는 현재 희소금속에 대한 재활용 및 소 재화에 관한 연구를 수행하고 있는 국내 주요 연 구기관 및 대학교와 연구내용을 나타내고 있다.

한국지질자원연구원에서는 21C 프론티어 산업폐 기물 재활용기술개발 사업단의 지원을 받아 2000 년부터 소형 가전 산업폐기물로부터 자원을 재활 용하는 기술개발에 나서 현재 파일럿 플랜트를 건 설하여 상용화 기술을 개발하고 있다. 특히 폐 PCB 에서 유가금속회수 등의 기술 등을 개발하여 폐 LCD를 비롯한 폐 PC 및 폐 휴대폰 등 광범위하게 적용될 수 있는 재활용 기술을 개발하였다. 그리 고 한국비철금속협회에서는 최근 지식경제부의 지원을 받아 희소금속의 수급 안정화 방안에 대한 전략을 수립하였고 이와 연계하여 한국생산기술 연구원에서는 희소금속의 안정적 수급을 전략적 목표로 하는 기관의 설립을 기획 중에 있다. 또한 고등기술연구원은 국내에 얼마 안 되는 민간연구 소의 독립적 입지를 잘 활용하여 수년간 개발해온 재활용 기술을 토대로 유가금속의 회수 및 정제기 술, 미량 원소의 분리기술, 재활용장치기술 등의 인프라를 토대로 IT소재, 하이브리드 자동차용 에 너지 저장 소재의 개발 및 특성 평가 기술 분야의 연구를 수행하고 있다. 최근에는 인듐, 코발트와 같은 특정 희소 금속의 고유한 특성을 활용한 물 리적⋅화학적 분리 기술의 개발에 치중하여 중장 기 국가 과제를 수행 중에 있다. 그 외에도 국내외 연구기관 및 대학교 등에서 국내 폐전기전자제품 의 재활용 및 희소금속 회수와 소재화에 대한 연 구개발을 활발히 진행 중에 있다.

이렇게 희소 금속의 재활용 관련된 신기술의 개

발로 희소 금속의 전략적 획득에 긴요한 재활용 기술을 정부 주도의 산학연 공동 연구에 의해서 성공적으로 획득하게 된다면 한국의 제조업 전반 에 걸친 기술 혁신과 이에서 파생되는 신산업 및 일자리 창출, 국가 경쟁력의 확보에 큰 기여를 하 게 될 것으로 예상된다.

현재 LCD의 재활용 기술에 대한 연구 및 개발 은 국내에서 거의 이루어지지 않고 있으므로 선진 국의 사례를 벤치마킹할 필요가 있다. 예를 들면, 독일의 베를린에 소재하고 있는 빅터(Victor)사에 서 개발된 방법은 LCD를 기계적으로 분쇄하여 액 정을 압력차로 추출한다. 이렇게 분리된 액정은 촉매를 사용하여 400∼500 ℃ 정도의 온도에서 소각시키는데 유리의 약 70%를 재활용할 수 있는 것으로 판명되어 베를린 주의 공인을 받았다. 그 럼에도 불구하고 400∼500 ℃의 온도가 액정을 소각시키는데 적당한가, 소각 과정에서 어떤 새로 운 유해성분이 발생되는가, 또한 소각되는 액정 구성 성분의 정확한 요소는 무엇인가 등의 의문이 제기되기도 한다.

그러므로 LCD의 재활용 관련된 고려 사항으로 는 첫째, FPD에 함유되어 있는 희소 금속의 양은 제품의 중량대비 소량이고 둘째는, 이토록 함유량 이 적은 희소금속의 회수기술도 실용화되어 있지 않고 연구 단계에 머물러 있고 셋째로는, 비소와 같은 유해 원소의 친 환경적 처리도 동시에 고려 해야만 한다는 것이다. 요컨대 FPD에 함유되어 있는 희소금속 원소의 재활용은 결국 함유량, 회 수기술, 비용의 3대요소가 최대한 경제적으로 공 유될 수 있을 때 실현가능한 것이다[24,25].

3.2. 국외 현황

일본의 경우 우리나라보다는 LCD 재활용에 대 한 연구가 활발하게 진행되어 액정 유리를 분쇄하 여 물리적⋅화학적 과정을 거쳐 cullet 형태의 일 반유리로 재생하거나, LCD 폐기물을 타일 또는 건축자재 대체품으로 재활용하고 있다.

일본 LCD 제품의 선두주자인 Sharp사에서는 2001년에 플라스틱 케이스는 펠렛으로 재활용하

Figure 6.

Figure 7.

고 PCB의 고가금속은 회수하며 유리섬유는 시멘 트 재료로 활용하는 재활용기술의 개발에 착수하 였으며 Figure 6과 같이 LCD 모듈 무게의 약 80%

를 재활용하는 데 성공하였다. 또한 2005년에는 액정패널에 형성되어 있는 투명전극인 ITO (Indium Tin Oxide)에서 인듐을 재활용하는 데 성 공하였는데, 여기서 액정 패널은 유리 컬릿(glass cullet) 상태로 분쇄한 후 산에 용해해서 인듐을 분 리하는 기술이다. 인듐은 액정응용 제품인 LCD, PDP, 유기 EL 등의 급속한 수요 확대로 인해 다량 소요되는 자원 희소성이 매우 강한 금속이다[26].

그러나 일본에서조차도 LCD 및 PDP 제품에 대 한 희소금속 원소의 전체 회수 시스템은 현재로서 는 완전히 개발되어 있지 않은 혹은 최적화되어 있지도 않다. Figure 7과 8은 일본에서 연구개발 중인 폐 소형 전기전자제품의 재활용 과정과 특징

Figure 8.

을 나타낸 것으로서 공정별 세부내용은 다음과 같 다[22].

① 수집⋅실태 파악(수집 시험)

; 연구 개발에 사용하는 시료를 얻음과 동시 에 회수 방법에 관한 정보를 취득 ② 해쇄⋅분별

; 실장 부품을 기판으로부터 효율적으로 분리 하는 방법을 검토하고 산물을 물리적 선별 ③ 물리적 선별

; 입도, 비중 등을 이용한 물리 선별에 의한 희소금속이 함유된 부품의 추출

④ 화학적 추출

; 희소금속 등의 습식 처리에 의한 회수 ⑤ 사전 처리⋅화학적 추출

; Nd-Fe-B 자석으로부터 희소금속 회수 ⑥ 열분해 처리

; 폐플라스틱⋅폐기판류로부터의 탈할로겐 과 금속 회수 기술의 개발 등

유럽의 경우 법률적으로 전자재료들을 매립하 는 것을 허용하지 않는다. 따라서 재활용 기술에 대한 연구가 활발하며, 독일의 경우도 LCD 유리 를 용융 주물사 대체품으로 사용하거나 액정을 추 출 후 소각하고 유리는 재활용하고 있다. 영국의 York 대학 연구팀은 액정 혼합물을 회수하여 다 른 액정디스플레이에 재활용하거나 혼합물을 분 리하는 기술을 개발하였다.

폐 LCD유리와 같은 유리질 계통의 폐기물들 자 체가 지니는 물리화학적 특성에 기인한 높은 재활

용 가능성을 지니고 있음에도 불구하고 효과적인 재활용이 이루어지지 못하고 있는 이유는 유리를 제조하는 원료 물질 자체가 값이 싸서 부가가치가 낮고, 재활용을 위한 전처리 비용이 높아 재활용 에 의한 고 부가가치 창출이 매우 어렵기 때문이 다. 이러한 여건에도 불구하고 폐유리의 재활용에 의한 효과적이고 가능성 있는 고부가가치 창출의 방안은 여전히 필요하다.

현재 폐 LCD 재활용을 실시하고 있는 해외선진 기업으로는 VICOR사(미), Merck사(미), Sharp사 (일), Densho (일), JEITA (일), Roland Martin (독), 아이앤드비소재테크(한) 등의 회사에서 특허출원 및 공정개발을 하고 있으나 아직 상용화 실적은 없는 것으로 보고되고 있다.

이와 같이 전 세계적으로 LCD를 포함한 전기전 자제품(EEE : Electrical and Electronic Equip- ment)들은 유럽의 WEEE (Waste Electrical and Electronic Equipment) 규제와 더불어 재활용을 강 조하고 있으며, 최근 급속히 증가하고 있는 폐 디 스플레이의 재활용에 대한 요구도 증대되고 있다.

이에 따라 선진국에서는 폐 디스플레이의 재활용 기술개발에 대한 연구가 활발히 진행 중에 있으나 LCD 및 BLU와 같은 세부 구성품의 분리 및 유가 금속 회수 등이 미진한 상태로 대부분 소각되고 있는 실정이다.

4. 맺음말

현재 FPD 관련 제품의 보급 초기 단계로 폐기 되는 제품은 소량이지만 FPD 제품의 수요 급등에 수반되어 생산 공정에서 발생되는 폐 LCD 유리의 발생량만 연간 약 3만 톤에 이르고 있는 실정이다.

그러나 FPD 관련 제품의 순환 주기가 약 3∼4년 인 점을 감안할 때 폐 LCD의 발생량은 향후 순환 주기의 도래와 더불어 급속히 증가, 누적될 것이 분명하므로 이의 친환경적인 재활용 기술의 개발 은 시의적절하다고 할 수 있다. 디스플레이 기술 강국인 우리나라의 경우 이들 LCD 제품에 대한 세계 최고의 기술을 보유하고 있고 세계 최대의

공급국이란 점을 감안하면 폐기 기술에 대한 연구 및 관련 핵심 기술의 확보가 매우 시급하고 중요 한 실정이다. 특히 EU에서 규정한 WEEE의 재사 용 및 재활용 기준의 준수는 제품 생산 업체뿐 아 니라 국가 경쟁력의 강화를 위해서도 중요하므로 효과적인 FPD 재활용 기술의 개발은 전략적으로 아주 중요하다.

LCD monitor/TV를 구성하고 있는 물질의 80%

이상이 금속과 플라스틱 재질로 구성되어 있으므 로 해체 등의 방법에 의한 재활용에 특별한 어려 움은 없는 것으로 판단되나 국내 LCD 제품의 경 우 기존의 TV와 같은 방법으로 주로 노동 집약적 인 수작업에 의해서 재활용 되고 있는 실정이며 기존에 제조되어 판매된 LCD monitor들의 제작 사별, 모델별로 구성 부품의 재질과 성분이 상이 하므로 물리적 해체 시 엄청난 수작업이 필요하고 LCD 패널, 프리즘 시트, CCFL (Cold Cathode Fluorescent Lamp) 등의 경우는 국내에서 재활용 되지 못하여 전량 소각 처리할 수밖에 없는 실정 이다. 이 경우, 폐기되는 LCD 유리의 비중이 너무 높아져서 EU의 재활용 기준을 충족시킬 수 없게 될 뿐 아니라 LCD 모니터나 플라즈마 모니터에 함유되어 있는 전략적 희소 금속도 소실되므로 이 는 국가적으로도 큰 손실이 아닐 수 없는 것이다.

그러므로 향후에 FPD에 함유되어 있는 희소금 속 소재의 회수를 가능하게 하는 방안으로는 선택 적 분리 및 분해 기술 및 최적의 산 침출 기술을 개발해야 한다. 그러나 이 전에 설계 및 생산 단계 에서부터 재활용을 쉽고도 효율적으로 수행할 수 있도록 나사, 부품, 박막 증착 공정의 표준화 및 단일재료의 사용이 이루어져야만 하고 사용된 원 료 물질에 관한 MSDS 정보가 공개되어야만 할 것이다. 그러므로 환경 친화적인 FPD의 재활용을 장기적이고도 체계적으로 수행하려면 정부가 주 도하는 산학연 당사자 간의 실시간 협조 체제의 구축 및 이의 제도화, 아울러 FPD 제품의 환경 친 화적 제조 및 재활용을 촉진하는 법제화 및 인센 티브의 지급 등 정책적 유인책도 적극적으로 검토 해야만 할 것이다.

홍 현 선

1991 한양대학교 금속공학 학사 1994 한양대학교 금속공학 석사 1998 한양대학교 금속공학 박사 1998∼2002 U. C. Berkeley Post-Doc.

2002∼2003 한양대학교 연구교수 2003∼현재 고등기술연구원 수석연구원

공 만 식

1998 경상대학교 금속재료공학 학사 1998～1998 한국로스트왁스(주) 사원 1999～2002 한국기계연구원 위촉연구원 2001 경상대학교 금속재료공학 석사 2002～2005 (주)대창공업 기술연구소 계장 2005～현재 고등기술연구원 선임연구원

이 성 규

1982 한양대학교 재료공학 학사 1991 Univ. of Minnesota 재료공학

석사

1994 Univ. of Minnesota 재료공학 1994∼1997 일본 동경대 Post-Doc.박사 1997∼2001 삼성전기 (주) 수석연구원 2001∼2006 아주대학교 연구교수 2006∼현재 고등기술연구원 수석연구원

아주대학교 초빙⋅겸임 교수

강 홍 윤

1996 The Univ. of Queensland 공학박사(환경공학전공) 1996～1997 Univ. of Delaware(미)

Research Fellow 1999 Stanford Univ. Eco Design

Short Course 수료 1997～1999 LG종합기술원 선임연구원 1999~2003 LG생산기술원 환경기술팀장 2003～현재 한국생산기술연구원 국가청

정생산지원센터 전문위원

현재 자원순환정책실장

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