Solar panels are a pain to recycle. These companies are trying to fix that.

버려지는 태양광 패널에서 은을 캐다

프랑스 소재의 한 신규 공장은 수명이 다한 패널에서 은을 추출함으로써 태양광 폐패널 재활용을 값어치 있는 일로 만들고자 한다.

지난 20년간 수백만 개의 태양광 패널이 설치되었고 보통은 25~30년간 쓸 수 있기 때문에 많은 패널이 곧 수명을 다해 매립지로 향할 것이다. 하지만 태양광 패널을 재활용하려는 새로운 노력으로 폐기물의 양도 줄이고 새로 채굴해야 할 자원도 줄일 수 있다.

미국에서 재활용되는 태양광 패널은 약 10%에 불과하다. 태양광 폐패널 재활용이 미 연방 규정에 의해 의무화되어 있지 않고, 현재는 재활용하는 것이 단순히 폐기하는 것보다 훨씬 더 많은 비용이 들기 때문이다. 하지만 2050년까지 매년 수명을 다하는 태양광 패널의 자재는 약 20억 달러의 가치가 있을 것으로 추산된다. 프랑스 신생기업 ROSI의 접근법을 포함하여, 새로운 방식으로 이런 값비싼 소재, 특히 은과 실리콘을 회수함으로써 폐패널 재활용을 경제성 있는 사업으로 만들려는 노력이 진행 중이다.

태양광 발전 생산의 확대는 전 세계 탄소 배출량 절감의 핵심이다. 태양광 패널로 2019년 전 세계적으로 720테라와트시의 에너지를 생산하였고, 이는 세계 전력 생산량의 약 3%를 차지했다. 이를 수행하는 데는 약 4,600만 톤의 태양광 패널이 필요했다.

전 세계적으로 2030년까지 태양광 폐패널 약 800만 톤이 누적될 수 있다. 2050년이면 이 수는 8,000만 톤에 이를 수 있다. 이런 폐패널의 재활용은, 그렇지 않을 경우 (잠재적으로 위험하거나 착취적인 작업 환경 속에서) 채굴해야 할 자원의 새로운 원천이 되어 태양광을 보다 지속 가능한 청정 에너지의 일부로 만들 수 있다.

태양광 패널에 든 것은?

태양광 패널은 중간에 태양전지(cells)가 들어 있는 샌드위치처럼 구성돼 있다. 상업용 태양광 패널의 약 90%가 실리콘을 반도체로 사용하며, 이는 빛을 전기로 변환하는 역할을 한다. 얇은 금속 조각, 일반적으로 은은 각 전지의 실리콘 결정 표면에 십자 모양으로 교차하고 패널의 구리 배선으로 전기를 이동시킨다.

태양전지는 보통 EVA라고 불리는 투명 플라스틱의 보호막 안에 밀봉되어 있다. 그 위로 유리가 한 층 더 덮여 있고, PET와 같은 다른 종류의 플라스틱이 뒷면에 덮여 있다. 그리고 이 전체가 알루미늄 틀에 끼워져 있다.

이러한 적층 구조가 태양전지를 비바람으로부터 보호해주면서 동시에 빛이 통과할 수 있게 해준다. 하지만 이로 인해 패널이 수명을 다했을 때는 해체가 어려울 수 있다.

제2의 수명

일부 기업은 효율성이 떨어진 패널을 재정비해 재사용하거나, 아니면 최소한 부품을 회수하려고 한다. 재사용은 태양광 패널을 ‘재활용’하는 가장 간단하고 저렴한 방법이다. 최소한의 처리 과정을 거치면서 최고의 금액을 받을 수 있기 때문이다.

새 패널 한 판은 약 55달러인 반면 중고 패널 한 판은 약 22달러에 재판매할 수 있다. 또 중고 패널 부품은 최대 총 18달러에 판매할 수 있다고 애리조나 주립대학의 공학 교수이자 태양광 패널 재활용 스타트업 TG컴퍼니(TG Companies)의 설립자인 멩 타오(Meng Tao)는 말한다.

일부 재판매업자는 중고 패널을 주택용 패널 시장에 판매하지만 큰 가격 절감 효과를 제공하지는 못한다. 태양광 패널은 기껏해야 주택용 태양광 발전시설 비용의 절반만을 차지하며 나머지 비용은 다른 장비 및 허가 절차가 차지한다. 중고 패널이 새 패널만큼 전기를 생산하지 못한다는 점을 고려하면, 재사용 패널을 구입함으로써 절약한 비용이 그만한 가치를 하지 못 할 수도 있다.

재판매할 수 없는 폐패널은 매립지로 보내거나 아니면 또 다른 방식으로 재활용하게 된다. 연방 정부의 명령이 없는 상황에서 워싱턴주는 최근 생산자에게 폐패널 재활용 의무를 부여하는 법안을 통과시켰고 현재 다른 주들도 동일한 조치를 고려하고 있다. 한편, EU는 생산자에게 태양광 폐패널을 수거하고 재활용할 것을 요구하고 있을 뿐 아니라, 자사 생산 기술의 ‘폐기 솔루션(end-of-life solutions)’에 대한 연구에 자금을 지원할 것 또한 요구하고 있다.

2030년까지 약 800만 톤의 태양광 폐패널이 누적될 수 있다.

일부 폐기물 시설은 기계적 방법을 사용하여 폐패널을 재활용할 수 있다. 대부분은 알루미늄 틀을 떼어내고 유리, 실리콘 및 기타 금속들을 전부 갈아 파유리(glass cullet)라는 혼합물로 만든다. 이런 파유리는 건축 자재나 다른 산업 용도로 판매할 수 있다.

하지만 파유리는 별로 가치가 없다. 한 판에 약 3달러 정도 하는 혼합물이기 때문이다. 게다가 더 많은 패널을 재활용함으로써 발생할 모든 파유리를 살 만한 구매자가 있을지도 확실치 않다고 타오는 말한다. 만일 고순도의 값비싼 원료를 뽑아낸다면 태양광 폐패널 재활용을 더 수익성 있는 사업으로 만드는 데 도움이 될 것이다.

2018년, 파리 근교에 위치한 폐기물 관리회사 베올리아(Veolia)는 태양광 패널 재활용을 위해 특별히 개발한 최초의 재활용 라인이라고 밝힌 공장을 열었다. 프랑스 루세에 자리잡은 이 공장은 기계적 재활용 공정을 이용하기도 한다. 하지만 이 공장은 태양광 패널용으로 설계되었기 때문에 일반 폐전자제품 재활용 장비를 이용하는 시설보다 더 많은 부품을 별도로 재활용할 수 있다. 그러나 일부 기업은 열 및 화학 공정과 같은 다른 방법이 훨씬 효율적일 것이라고 장담하고 있다.

폐패널 속 자원 채굴

2017년 설립된 프랑스 신생기업 ROSI 솔라(ROSI Solar)는 최근 프랑스 그르노블에 신규 재활용 공장을 짓겠다는 계획을 발표했다. ROSI의 CEO 윈 루오(Yun Luo)는 자사가 태양광 폐패널 속의 은, 실리콘 및 기타 유용소재를 회수하는 공정을 개발했다고 말한다. 이 공장은 프랑스 무역 협회 소렌(Soren)과의 계약으로 2022년 말 이전에 문을 열 예정이다.

소렌은 또 ‘앙비 2E 아키텐(Envie 2E Aquitaine)’이라는 프랑스 물류회사와도 협력하고 있다. 이 회사는 폐기된 태양광 패널의 다른 용도를 찾으려고 노력할 것이다. 루오는 패널이 작동하지 않을 경우 알루미늄 틀과 유리를 제거한 후 ROSI로 전달하여 재활용할 것이라고 말한다.

ROSI는 은과 고순도 실리콘의 회수에 중점을 두고 있다. 이 두 소재가 패널 비용의 60% 이상을 차지하기 때문이다. 회사는 특허 화학 공정을 통해 틀과 유리를 제거한 후 남은 태양 전지판에서 가는 은실을 제거하는 데 주력하고 있다.

루오는 세부 사항에 대해 언급하기를 거부했지만 자사는 거의 모든 은을 고체 형태로 회수할 수 있어 납과 주석과 같은 다른 금속들과 분리하기가 더 쉽다고 말한다. 실리콘 역시 새 패널이나 전기차 배터리로 가공해 재사용할 수 있을 정도의 고순도 형태로 회수한다고 루오는 말한다.

수익을 내기 위해 ROSI는 연간 최소 2,000~3,000톤의 패널을 재활용해야 할 것이라고 루오는 말한다. 소렌은 2021년에 약 7,000톤의 패널을 수거할 것으로 예상하고 있으며, 2025년까지 이 수는 두 배 이상이 될 것이다.

하지만 이 재활용된 소재의 가격은 상당히 변동적일 수 있다. 타오는 2020년 6월, 태양광 패널 재활용에 관한 리뷰 논문(review paper)을 발표하면서 폐패널 한 개에서 회수할 수 있는 원자재의 가치가 약 10달러가 될 것이라고 계산했다. 2021년 6월에는 가치가 거의 두 배 가까이 증가해 19달러였는데, 이는 태양전지용 실리콘 가격이 급등했기 때문이라고 타오는 설명한다. 이런 증가로 인해 타오는 자신의 스타트업을 위해 개발 중인 재활용 공정을 재고하게 되었다.

이런 가격 변동성은 폐패널 재활용의 경제성이 불확실하다는 점을 의미한다. 더군다나 은은 너무 비싸고 제한적이어서 일부 연구자들이 새 태양광 패널에서 은을 줄이거나 대체하려고 연구하고 있다. 이 때문에 가격은 더 하락할 수 있고 동시에 태양광 폐패널 재활용에 대한 경제성 있는 사례도 줄어들 것이라고 타오는 말한다.

지켜볼 것은 재활용 노력 자체가 환경에 미치는 영향이다. 미 국립 재생에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory)의 선임 에너지지속가능성 분석가인 가빈 히스(Garvin Heath)는 폐패널 재활용 노력이 환경 오염 및 탄소 배출에 미칠 영향을 정량화하면 태양광 패널 폐기물 문제에 대한 최선의 접근 방식을 결정하는 데 도움이 될 수 있다고 말한다. 히스는 생애주기 분석(life-cycle analysis) 전문가로, 기술이 생산될 때부터 수명을 다할 때까지 환경에 미치는 영향을 집계하는 일을 담당한다.

사용 시에 기술이 환경에 미치는 영향이 늘 모든 것을 말해주는 것은 아니다. 모든 기술은 제조, 운송 및 폐기 시에 온실가스 배출이 발생하며 이 모든 것을 고려하는 것이 중요하다고 히스는 설명한다. 정확히 패널이 제조되고 재활용되는 방식이 실제로 온실가스 감축에 패널이 얼마나 도움이 되는지를 밝혀내는 데 도움이 된다.

이러한 계산은 우리가 매일 사용하는 대부분의 기술에 대해 고려해야 할 사항이라고 히스는 덧붙인다. UN 보고서에 따르면, 전 세계 폐전자제품의 총량이 2050년까지 연간 1억2,000만 톤에 이를 수 있다.

히스는 “모든 기술은 수명을 다한다”며 “기술이 수명을 다했을 때에도 관리해야 한다”고 말한다.

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