LED 산업은 기술의 발전과 함께 경제적으로 에너지 절감효과가 큰 동시에 환경친화적인 장점으로 보급이 확산되면서 시장은 급격히 확대되고 있다. 더욱이, 다양한 융합기술과 대규모 신시장의 출현 및 신규시장 확대 등으로 인해 향후 대량의 폐자원이 발생할 것으로 예견되면서 재활용 기술 개발이 요구되는 실정이다. 또한, 현재 발생하고 있는 LED 폐자원의 발생량 및 관리 체계의 부재로 인해 매립 및 소각으로 처리되는 것으로 보고되고 있다. 본 논문에서는 현시점에서의 LED 폐자원 재활용 현황을 살펴보고 재활용 기술 및 방안에 대해 소개하고자 한다.
폐촉매 등 폐자원에 대한 재활용은 대부분 제련 공정을 통해 금속 성분을 침출 및 추출하는 과정이며 금속 성분은 황산염, 질산염과 같은 염 형태로 회수된다. 회수된 염에 대한 하소를 통해 염은 산화물로 변화하며 산화물은 환원 과정을 거쳐 금속 혹은 세라믹 소재가 된다. 산화물 환원 과정에서 사용되는 환원제는 수소, 탄소 등이 있으며 환원을 통해 금속 분말이 얻어지게 되는데 재활용된 원소가 전이 금속이고 탄소를 환원제로 사용하는 경우 탄화물 합성이 가능하다. 전이 금속 탄화물의 경우 세라믹 물질임에도 불구하고 금속 결합으로 인해 전도성이 우수한 것으로 알려져 있으며 최근 이차원 전이 금속 탄화물인 맥신(MXene)은 전기 전도성뿐 아니라 넓은 표면적이라는 구조적 특징으로 인해 전자파 차폐, 이차전지 전극, 수 처리용 소재로 주목받고 있다. 본 연구에서는 폐자원으로부터 고부가가치 맥신 소재를 합성하기 위한 공정을 개발하고자 하였으며 결과적으로 폐자원을 원료로 합성된 맥신의 특성을 평가하여 폐자원의 맥신 원료 적용 가능성을 확인하였다.
국내 전자 디스플레이 산업의 고도화된 기술과 평판 디스플레이 제품의 글로벌 점유율은 세계 최고 수준이지만 사용 후 버려지는 폐 디스플레이 제품에 대한 재활용 기술 및 재활용 현황은 아직 글로벌 리더 수준에는 못 미치고 있다. 평판 디스플레이 제품의 짧은 순환주기를 고려할 때, 폐 디스플레이 제품의 재자원화는 전 세계적으로 경제와 환경측면에서 이슈가 되고 있다. 본 연구는 향후 폐 LCD (Liquid Crystal Display) 제품 재활용 플랜트에서 활용할 수 있는 재자원화 데이터베이스를 구축하기 위한 기초연구로 40인치와 42인치 크기의 폐 LCD 제품의 분리해체 방법과 해체 모듈과 부품에서 회수 가능한 유용자원의 종류와 구성비를 분석하였다. 폐 LCD 해체 분석결과를 보면 무게비로 플라스틱은 약 22%, PCB (Print Circuit Board)는 약 9%, 패널부는 약 34%, 이 외 금속류를 포함한 기타는 약 35%의 구성비를 가지고 있었다. 본 연구에서 얻어진 폐 LCD 데이터베이스는 폐 제품의 재활용률 향상은 물론 효율적 재자원화를 통한 경제적 해체 공정 시스템을 구축하는데 기여할 것으로 판단된다.
한때는 폐기물 즉 쓰레기로 취급되었든 타이어를 유효자원으로 재평가하여 자원화를 도모코저 하는 기술개발이 진척되고 있다. 일본 신소제강소에선 이미 실용 프란트화에 성공하고 또 일본 제온에서도 모델 프란트를 착수하고 있다. 이렇게 되면 소각한다든가, 15㎝ 이하로 파쇄해서 매립한다는 것은 자원을 낭비한다고 하지 않을 수 없다. 그래서 금번은 이 쓰레기로부터 자원으로 전환하는 폐타이어 대책의 동향을 추구해보았다.
농산 폐자원으로부터 식품 및 의약품 소재로 쓰이는 xylose, arabinose, cellulose를 생산하였다. 농산 폐자원은 우리나라 실정에 적합한 볏짚과 옥수수 껍질을 선택하였으며, 공정수율은 xylose와 arabinose는 약 15$\sim$20%(w/w), cellulose 는 20%(w/w)로 나타났다. 폐자원을 활용하는 개발된 공정중에는 미생물 유전자 재조합 기술을 응용하여 고역가의 효소생산 system을 개발하여, 생산된 효소를 가수분해 공정 과정에 투입하여 경제성이 높고 친환경적인 기술로 확립하였다. 재조합 미생물과 xylose, arabinose 정제공정은 신뢰 높은 재연성을 나타냈으며 xylose 제조법과 xylitol 발효법은 package 형태로 기술 이전을 준비하고 있다.
국내에서 발생되는 도시광산 즉 폐금속 자원으로부터 유가금속을 회수하는 방안에 대한 관심이 최근 급증하고 있어 현실적인 대안으로 주목받고 있다. 국내에서 폐기된 폐전기 전자제품의 통계자료로부터 국내에 축적된 각종 폐전기 전자제품의 규모를 산정하면 약 3.3억대에 9.6조원 규모의 유가금속이 존재하는 것으로 분석되었으며 이에 대한 효율적인 재활용 기술이 활성화 된다면 소재원료의 자급도를 개선하고 안정적으로 확보할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것으로 기대된다.
국내 지정폐기물 중 하나인 폐페인트는 현재 전량 소각 방법으로 처리되고 있으며, 다른 폐기물에 비해 재활용도 거의 이루어지지 않고 있어, 자원이 부족한 우리나라에 엄청난 자원의 손실뿐 아니라 소각으로 인한 에너지원의 낭비, 그리고 소각 시 발생하는 대기오염 등의 환경문제도 유발하고 있다. 이를 위해 본 연구에서는 기존의 폐페인트의 소각처리법을 탈피하여, 온도 조절에 의한 증발·응축, 열분해를 통해 전처리 조작하는 방법으로 전환하고, 이때 발생하는 잔재물을 활용하여 일정한 형상(과립형 및 분말형)으로 성형한 후 이를 대체에너지 열원으로 재활용할 수 있는 친환경(지속가능한) 폐페인트 처리프로세스를 제시하고자 한다. 폐페인트를 처리하는 새로운 방법과 재활용하는 기술개발이 이루어지고 보급된다면 환경적·경제적 면에서 그 효과가 클 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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