[투데이에너지 송명규 기자] 국내에서 태양광패널과 중대형 이차전지 등의 재활용제도가 이제 막 시작되고 있다. 유럽 등 신재생에너지 재활용 관련 주요 선진국들은 이차전지와 폐태양광 재활용제도를 이미 운영하고 있지만 우리나라는 재활용과 관련한 구체적인 제도가 그동안 존재하지 않았기 때문이다. 특히 신재생에너지분야의 국내 기술이 우수함에도 그수요가 많지 않아 시장화단계에 이르지 못했던 원인이 크다.
그러나 2020년 재생에너지 3020 등 에너지전환 정책에 힘입어 태양광 등 재생에너지설비의 수요와 확대가 이어지고 있고 지난 몇 년사이 수명이 다한 폐태양광패널의 숫자도 점차 늘어나면서 폐태양광 재활용의 수요도 늘어날 것으로 기대된다. 이에 현재 태양광패널 재활용산업 성장을 위한 준비가 어느 정도인지를 살펴보고 국내 관련 전문기업들의 기술현황을 통해 국내를 넘어 세계 폐태양광 재활용시장까지 주도해나갈 수 있을지 전망해보고자 한다. /편집자 주
■태양광 재활용, 해외대비 많이 늦어
태양광 모듈은 재활용이 가능한 유리, 알루미늄, 실리콘, 구리 등으로 제작되기 때문에 적정 회수 및 재활용을 할 경우 최대 90%까지 회수및 재활용이 된다. 이를 통해 자원 절약이 가능 하다.
현재 우리나라는 중대형 이차전지 및 태양광 패널의 재활용에 관한 다양한 응용기술과 부분적 원천기술을 보유하고 있는 상태이나 그동안 법과 제도의 부족으로 재활용 산업 활성화가 그동안 어려웠다. 기술은 가지고 있으면서 그 필요성에 주목하지 않고 있었던 것이 사실이다.
태양광 패널의 경우 물질 자원화와 에너지회수 공정을 적용하면 2020~2029년 발생한 총비용이 2020년 기준으로 191억원, 사회적 편익은 111억원으로 추산된다.
전세계적으로 탄소중립 달성을 위한 재생에너지 확대가 늘어나면서 자연스럽게 수명이 다된 태양광 패널을 재활용하는 시장도 점차 확산될 전망이다. 사실 국내를 제외한 해외에선 이미 활성화를 위한 노력이 진행되고 있었다.
실제 유럽은 2006년 9월26일부터 모든 종류의 배터리 생산자가 배터리 수거, 처리, 재활용에 수반되는 비용을 지불하도록 책임을 명시했고 2012년 8월13일 폐가전제품의 의무 재활용 관련 규정에 태양광 모듈을 포함했다.
미국은 연방정부 차원의 폐이차전지 생산자 책임제도가 존재하지 않지만 8개 주(州)에서 생 산자 책임 재활용 제도를 시행하고 있으며 폐태양광 모듈 관리를 기업의 환경책임으로 간주하고 있다.
일본도 사업자와 국민의 배출 책임을 명확히 하고 폐기물의 적정한 순환적 이용을 위해 2001년 1월 ‘순환형 사회형성 추진 기본법’을 시행했으며 2016년 3월 폐태양광 발전설비를 산업폐기물로 분류한 재활용 지침을 발표했다.
이에 2001년 FIT(발전차액제도) 도입과 함께 첫 발을 뗀 국내 태양광 시장도 어느덧 20여년의 시간이 지났기 때문에 태양광 재활용 시장 확보를 위한 노력이 시급하다. 태양광발전소의 통상 수명을 20년으로 판단하는 만큼 국내 1세대 태양광발전소가 그 역할을 다하는 시기가 왔다.
탄소중립 여파 전세계 수요 확대 기대 타국대비 관련제도 늦어 산업화 속도가 늦어왔기 때문이다.
1세대 태양광발전소가 그 수명을 다하면서 국내 태양광 시장에서도 폐패널 처리방안이 주요 이슈로 부상하고 있다. 전문가들에 따르면 태양광발전소에는 규모에 따라 작게는 수십 장부터 많게는 수만장의 태양광 모듈이 설치된다. 여기서 수명이 다한 폐패널은 그동안 알루미늄 프레임을 제외한 나머지 소재 전체를 파쇄하거나 매립하는 방식으로 재활용돼왔다. 이렇게 처리된 폐패널이 환경오염을 유발한다는 지적이 이어져온 것이다.
물론 국내에 설치되는 결정질 실리콘계 태양광 모듈에는 크롬, 카드뮴 등 유해 중금속이 포함되지 않았기 때문에 환경오염의 주범으로 지적하는 것은 옳지 않다. 정부가 이러한 성분이 사용된 태양광 모듈의 사용을 전면 금지하고 있기 때문이다.
다만 셀과 전선 연결을 위해 납이 사용되는데 이마저도 매우 소량으로 산업통상자원부에 따르면 국내에서 사용 중인 태양광 모듈의 납 함량이 0.009%~0.02% 에 불과하다. 관련 환경기준(0.1%, 전자제품등자원순환법)대비 매우 낮은 수준으로 일반 전자제품에 사용 되는 것과 비슷한 수준이다.
특히 태양광 폐모듈의 발생량은 2016년 39톤, 2022년 1,612톤, 2027년에는 5,802톤으로 기하급수적으로 증가하고 이로 인한 사회·환경적 문제가 우려돼왔다.
한국에너지공단에 따르면 우리나라에서 태양광설 비에 대한 집계를 시작한 지난 1990년부터 2,000년까지 총 416만5,000W 규모의 태양광 모듈이 설치돼 현재 보급되고 있는 모듈(1장당 250W 설비)을 기준으로 하더라도 1만6,000장이 넘는 규모이며 태양광 모듈의 평균수명이 15년인 것을 감안하면 이들 중 대부분은 방치되거나 폐기됐을 가능성이 큰 것으로 알려져 있다.
■폐태양광 대란, 의외로 없다
특히 태양광 모듈은 실리콘이나 은, 구리 외에도 코발트, 니켈, 망간, 리튬 등의 희유금속들로 구성되며 이들 자원의 회수 기술은 이미 국내 다수기업이 기술력을 가지고 있어 재활용사업을 통한 산업성장이 기대되고 있다.
사실 일각에서 2023년 이후 쏟아져 나올 폐패널에 대한 대비가 미흡하다는 주장이 나오고 있지만 업계에선 큰 우려가 없다는 주장이다. 폐패널이 전부 재활용되는 것은 아니며 발전효율이 국내에 미치지 못하 지만 발전자체가 가능한 패널은 재사용을 하고 있다.
모듈은 시간이 지날수록 초기대비 발전효율이 지속적으로 하락하는데 일반적으로 알려진 모듈 수명 20 년은 초기 성능대비 80% 이하의 성능을 보이는 시점을 뜻하며 더 이상 발전할 수 없는 고장난 시점이 아니다. 이에 태양광 패널은 20년을 사용하고도 규정된 조건 하에서 운전이 보장된 최대출력 기준으로 평균 정격출력 80% 이상의 전기를 생산할 수 있어 일부에선 재사용을 하고 있다.
태양광 패널은 평균 연간 0.3~0.9% 효율 저하가 발생한다. 현재 국내에서 수거되는 대부분의 폐패널이 이러한 효율 저하가 원인이다. 수거되는 폐패널의 90%가 재사용이 가능하며 이미 중동 등 일조량이 풍부한 지역으로 상당량 수출되고 있다.
물론 파손, 결함, 불량 등의 이유로 해당 시점을 채우지 못하는 폐패널도 매우 많은 상황이다. 이러한 제품이 리사이클, 바로 재활용돼 새롭게 태어난다. 정부 역시 이러한 점을 인식하고 폐패널에 등급을 매겨 재사용과 재활용 가능한 폐패널로 구분하는 업계 표준을 제시할 수 있는 연구개발을 진행하고 있다.
2018년 5월 한국환경정책평가연구원에 따르면 연간 태양광 폐모듈 발생 전망치는 2019년 198톤, 2020년 191톤, 2021년 805톤, 2022년 1,612톤, 2027년 5,799톤으로 기하급수적으로 증가할 것으로 예상된다.
태양광 모듈은 유리, 알루미늄, 실리콘, 구리, 은 등으로 구성돼 구성요소 중 90% 이상이 원재료로 재활용 가능함에도 기존에는 수명이 다하거나 생산 과정에서 불량으로 판정되면 현재 대부분 매립 처분돼 왔다.
■태양광 재활용, 기술개발 ‘적극’
태양광발전소의 핵심 설비인 태양광 모듈은 태양광산업이 고도화되면서 기술적으로 가장 빠르면서 다양하게 변화하고 있다. 태양광 폐패널 재활용에 대한 기술도 이러한 변화에 대응할 수 있어야 하는 상황이다.
신재생에너지 선진국인 유럽은 이미 이러한 변화를 준비하고 있다. 에너지공단에 따르면 유럽, 일본, 중국을 중심으로 태양광 모듈 수명연장을 위한 고장 수리뿐만 아니라 현존하는 태양광 모듈을 위해 업그레이드된 재활용 계획 및 기술 수립, 지속가능한 태양광 모듈을 위한 소재 개발 및 신규 태양광 모듈 디자인 등의 연구가 진행되고 있다. 또한 기존 폐패널 원자재와 부산물을 더욱 효율적으로 회수 및 정제하기 위해 다양한 분야의 혁신적인 기술을 결합하는 시도도 이어지고 있다.
정부는 태양광 폐패널에 대한 국민적 불안이 높아지자 지난 몇 년간 관련 제도 도입과 설비 구축을 준비해 왔으며 대응방안을 완성하고 있다. 단순히 수명이 다된 태양광 패널로 인해 발생할 수 있는 환경오염을 방지에 그치지 않고 폐패널을 활용해 경제성을 확보하고 새로운 시장을 창출하는 방법을 시도하고 있는 것이다. 그 중 하나가 태양광 폐패널 전문 재활용센터 구축 및 전국적인 확산이다.
산업부는 2016년 ‘태양광 재활용센터 구축기반조성 사업’을 공고하고 2017년 충청북도 진천군 문백면 은탄리 문백정밀기계산업단지 앞 군유지 1만5,935㎡를 태양광 재활용센터 부지로 최종 확정해 최근 준공을 완료했다. 해당 태양광 재활용센터는 완공 시 1년에 3,600톤의 폐모듈을 처리할 수 있다.
산업부는 2027년까지 발생하는 폐모듈은 연간 1만톤 미만으로 독일 등 주요국과 같이 70% 재사용 시 현재 구축 중인 재활용 센터에서 처리가 가능하다고 강조했다.
지난해 9월 준공을 완료한 ‘진천 태양광모듈연구센터’는 충북테크노파크가 운영하고 한국에너지기술연구원, 녹색에너지연구원, 한국산업기술시험원(KTL), 한국건설생활환경시험연구원(KCL) 등 산·학·연·관이 참여하는 국내 첫 재활용센터다. 이를 시작으로 전국 각 지자체에 재활용센터를 추가한다.
충북도와 진천군은 태양광 재활용센터 구축 기반조 성사업을 통해 이러한 폐모듈 발생으로 인한 문제를 사전에 예방하고 폐자원을 재활용함으로써 새로운 부가가치의 창출이 이어질 것으로 기대하고 있다.
설비 구축에 발맞춰 기술개발도 원활하게 진행되고 있다. 에너지기술연구원 변환저장소재연구실의 이진석 박사 연구진이 상온에서 동작해 에너지소모량을 기존 공정대비 1/3 수준으로 줄이고 고품위 소재 회수가 가능해 수익성이 2.5배 우수해진 태양광 폐패널 재활용 기술을 개발했다, 상온에서 스크레이퍼를 이용해 패널을 분리시킴으로써 기존 열적 공정대비 연간 64%의 수준으로 전력 소모를 줄였다. 또한 비파쇄 방식이기 때문에 파·분쇄로 인한 부품·소재들이 한데 섞일 가능성을 원천적으로 차단해 고순도 물질 회수가 가능하다.
■태양광 재활용, 왜 돈이 될까?
국내 한 태양광 전문가는 “일반적으로 모듈을 분해해서 확보할 수 있는 자원의 시세에 따라 경제성이 나오는데 실리콘의 경우 가격이 많이 떨어진 상황이지만 은의 경우 지속적으로 높은 가격대를 유지하고 있는 부분이어서 태양광모듈을 재활 용할 경우 충분히 경제성을 확보할 수 있다”라며 “다만 지속적으로 태양광발전소 설치용량이 확대 돼야 추후 수명이 다한 모듈 확보가 가능하고 태양광발전소가 비교적 최근부터 확대추세라는 점을 감안하면 장기적인 안목에서 미래의 경제적인 가치를 보고 지금부터 관련 산업기반을 구축해둬야 할 것”이라고 강조했다.
국내 태양광 재활용 시장의 활성화를 예상하는 이유는 오는 2023년부터 시행되는 태양광 패널 생산자가 의무적으로 폐패널을 회수해 재활용하는 ‘태양광 패널 생산자 책임 재활용제도(Extended Producer Responsibility, EPR)’ 때문이다.
환경부는 2019년 생산자책임재활용제에 태양광 폐패널을 포함시키고 회수한 패널 80% 이상을 재활용하도록 법을 개정했다. 태양광 패널은 재활용 가능한 유리, 알루미늄, 실리콘, 구리 등으로 만들어져 적절한 회수기술을 통해 80% 이상 활용할 수 있다.
EPR제도 시행을 앞둔 우리나라는 2019년부터 차근차근 준비단계를 거치고 있다. 유럽연합의 사례를 벤치마킹한 환경부는 애초 2021년 시행을 계획했다. 그러나 당시 국내 현실은 반영하지 않은채 너무 빠른 제도 도입이라는 반대에 부딪혔고 제도 시행 시기를 2023년으로 연기한 바 있다.
이후 지난 2019년에는 원활한 EPR제도 도입을 위해 산업통상자원부, 환경부, 한국태양광산업협회가 업무협약을 체결했다. 이후 태양광 패널의 향후 발생량 예측을 위한 조사를 추진하고 재사용·재활용 기준 마련 등 재활용 비용의 적정성을 검증하기 위한 실증사업을 추진 중이다. 업계 관계자들은 2022년이면 세부적인 제도 시행방안이 마련될 것으로 예상하고 있다.
2023년부터 태양광 패널 생산자는 수거, 운송 등의 재활용 체계를 구축해 환경부가 부여하는 재활용 의무율에 해당하는 양의 폐패널을 친환경적으로 재활용해야 한다.
2023년 시행 예정인 EPR에 발맞춰 윤진테크, 라인테크솔라, 원광에스앤티 등 공익성에 목적을 둔민간기업들이 참여하며 전문성과 사업성을 높이고 있다. 이를 통해 2022년에는 연간 9,700톤에 달하는 폐패널을 처리할 수 있는 시설을 구축할 계획이다. 이에 따라 2023년부터는 태양광 패널 생산자는 수거, 운송 등의 재활용 체계를 구축해 환경부가 부여하는 재활용 의무율에 해당하는 양의 폐패널을 친환경적으로 재활용해야 한다. 재활용을 위한 폐기물 분담금 납부도 의무화된다.
해외 신재생에너지 선진국들 역시 EPR 제도 시행 이후 폐패널 시장이 급격히 활성화된 모습을볼 수 있다.
앞선 2012년 폐전자제품처리지침(WEEE)을 개정해 태양광 패널에 대한 재활용을 의무화한 바 있는 유럽은 규정 이후 폐패널 처리 실적을 정확히 집계하고 있다. 폐패널 처리 업무를 대행하는 대표적 협회 중 하나인 PV CYCLE은 2019년 3분기 기준 누적 약 3만5,000톤의 폐패널을 처리했을 정도로 시장이 활성화돼 있다. 최근 들어서는 폐패널 처리 실적이 급격하게 증가하고 있는 상황이다.
■걸음마지만 희망은 많다
폐모듈 재활용 산업은 정부가 추진하는 2050 탄소중립 비전을 달성하는 데 필요한 실질적인 기술 산업으로 성장하게 될 것이며 태양광에너지 발전을 통한 탄소감축과 동시에 재활용을 통한 탄소감축 효과로 탄소중립에 기여하는 신산업으로 성장해 나갈 것으로 기대된다.
여타 신재생에너지 선진국들에 비해 다소 출발이 늦은 우리나라의 경우 폐패널 재활용에 대해 아직은 걸음마 단계라고 할 수 있다. 산·학·연·관이 힘을 모아 제도 정립 및 기술개발을 통해 이러한 변화에 대응하고 있지만 더욱 적극적인 지원이 필요한 상황이다.
태양광 업계의 관계자는 “폐패널 발생량 전망에 대한 정확한 수치를 파악하기 위한 시스템이 아직 까지 부재하고 있으며 특히 선별 기준 확립이 중요하다”라며 “재활용 또는 재사용이 필요한 폐패 널을 선별하는 기준이 마련된 뒤 폐패널 발생량 수치를 전망하고 이에 대한 체계적인 관리가 진행 돼야 한다”고 강조했다.
정부의 노력이 효과를 보기 위해선 업계에서 재활용 또는 재사용되거나 폐기해야 되는 폐패널을 정확히 구분할 수 있는 기준도 확립해야 한다는 것이다.
국내 태양광산업은 확산기를 지나 고도화 단계에 진입했다. 생산에 집중하던 시기에서 이제는 관리와 폐기가 중요한 시기로 접어들었다. 노후발전 소에 대한 리파워링, 폐패널에 대한 재활용, 재사용 등에 산·학·연·관이 노력이 더욱 필요한 시점이다.
생산-소비-폐기는 제조산업이 하나의 완성된 생태계를 구축하기 위해서는 필수적인 요소라고볼 수 있다. 이는 태양광산업뿐만 아니라 모든 제조산업이 이러한 과정을 통해 하나의 완성된 생태계를 구축하고 발전해온 것이 사실이다. 이에 국내 태양광산업 역시 이러한 단계를 거치며 고도화되는 과정을 겪고 있다.
태양광 재활용은 생태계 구축의 마지막 단계에 접어들었음을 의미하며 이를 통해 더욱 성숙한 국내 태양광산업이 되는 계기가 될 전망이다.
■국내 태양광 재활용 주요기업-원광에스앤티
지난해 태양광 발전시스템 및 폐모듈 재활용 전문기업 (주)원광에스앤티(대표 이상헌)는 태양광 폐모듈 재활용 처리 기술 상용화에 성공했다.
이는 2019년 11월 원광에스앤티가 한국에너지 기술연구원으로부터 이전 받은 태양광 폐모듈 재활용 특허 기술을 상용화에 성공한 것이다.
원광에스앤티는 2014년 창업이래 태양광사업의 EPC(설계, 조달, 시공)에서 O&M(관리 및 운영)까지 태양광발전사업분야에서 고부가가치를 실현하는 태양광 전문기업이다.
‘2030 온실가스 배출 감축’, ‘2050 탄소중립’등 친환경 신재생에너지 보급 확대 정책에 기여하고 고부가가치 태양광 발전사업으로 전환했다. 또한 태양광 폐모듈에 대한 환경오염 문제에 대응하고 폐모듈 처리 과정을 통해 유가소재 회수, 재자원화로 수익 모델을 창출하고 있다. 이에 태양광발전 EPC, 리파워링, 자원순환 재활용 솔루션 기업으로 성장할 전망이며 국내에 유일하게 태양광에너지분야와 폐모듈 재활용분야를 동시에 사업화 하고 있는 회사다.
또한 신규사업으로 태양광 폐모듈 재활용사업에 진출해 신성장 동력을 확보해 나가고 있다.
2000년대부터 설치했던 태양광 발전장치의 수명연한이 도래함에 따라 태양광 폐모듈의 적정처 리방안이 필요해졌다. 또한 탄소의 발생량을 줄이기 위한 탄소중립정책의 출범이 진행됨에 따라 태양광 폐모듈의 적정처리방안의 필요가 발생됐다.
원광에스앤티의 태양광 폐모듈 재활용 장치는 물리적인 상온 공정을 활용해 타 공정대비 에너지 소모가 적고 환경영향이 적어 경제성과 환경성이 확보돼 있다.
원광에스앤티는 폐모듈 재활용사업을 통해 폐기물의 양도 줄이고 알루미늄, 실리콘, 유리 등 유가금속도 회수할 수 있어 환경과 사업성을 모두 확보할 수 있는 폐모듈 재활용사업으로 지속성장 하는 산업으로 발전할 수 있는 계기를 마련할 것으로 기대하고 있다.
이번 기술과 장비는 물리적인 방식을 통해 각각의 소재를 순차적으로 해체하는 방식을 사용하고 있으며 정션박스 및 알루미늄 프레임을 해체하고 유리 분리장비를 통해 유리를 분리한다. 종래의 모듈 분리 방법과는 달리 ‘유리 분리 후 파쇄·선별 방식’ 이기 때문에 고품질의 유리 및 기타소재를 획득할수 있다.
원광에스앤티의 태양광 재활용 기술과 장비는 열적인 방법을 완전 배제하고 물리적인 방식을 이용한 상온 공정을 진행하고 있기 때문에 공정비용이 최소화 된다. 또한 유리를 분리해 소재의 혼입을 최소화 하기 때문에 유리, 실리콘, 알루미늄 등 기타 소재들의 순도가 월등히 높고 소재 회수 후판매비용이 높아 경제성이 뛰어나다.
후면 열처리를 배제했기 때문에 연소 시 발생하는 순도 저하 문제와 제어불가능한 산화물 발생및 열처리 배기가스 발생 등의 문제가 발생하지 않으며 이를 처리하기 위한 추가적인 환경시설 설치 및 인허가 추가 필요 등 사업화의 제한적인 문제가 발생하지 않는다.
원광에스앤티는 폐모듈 재활용사업을 통해 폐기물의 양도 줄이고 알루미늄, 실리콘, 유리 등 유가금속도 회수할 수 있어 환경과 사업성을 모두 확보할 수 있는 폐모듈 재활용사업으로 지속성장 하는 산업으로 발전할 수 있는 계기를 마련할 것으로 기대하고 있다.