과학탐구 보고서: 폐기물 처리, 도시광산과 도시광석

폐기물 처리, 도시광산과 도시광석

 

1. 폐기물 처리

 

(1) 폐기물이란

폐기물은 사람의 생활이나 사업 활동에 필요 없게 된 물질을 뜻한다. 예를 들면, 쓰레기, 재, 오니, 분뇨, 폐유, 폐산, 폐알칼리 및 동물의 사체 등이 있다. 아무리 좋은 것이라도 사용자가 더 이상의 사용가치를 느끼지 않고 내놓을 경우에 폐기물로서 취급되며, 폐기물 중에서도 음식물 쓰레기, 각종 슬러지, 폐목재 및 폐유 등이 폐자원으로서 유용성이 확인되고 있다.

 

 

(2) 폐기물의 종류

 

폐기물은 “쓰레기, 연소재, 오니, 폐유, 폐산, 폐알카리 및 동물의 사체 등으로서 사람의 생활이나 사업 활동에 필요하지 아니하게 된 물질”로 정의되며 페기물 형태에 따라 표 1과 같이 고상(고형)폐기물, 액상폐기물과 기체상 폐기물로 구분된다.

 

 

 

 

 

 

(3) 폐기물의 처리 현황

 

폐기물은 분류체계에 따라 정해진 과정을 거쳐 처리된다. 일반적으로 생활폐기물은 재활용이 가능한 것을 제외한 폐기물을 수집·운반하여 적치장에 모은 다음, 종류에 따라 분류하여 곧바로 매립하거나 소각처리한다. 사업장폐기물은 폐기물처리업자에 의해 수집된 뒤 소각 등의 중간처리과정을 거쳐 처리된다.

폐기물 처리는 기능적으로 발생억제, 재활용, 중간처리 및 최종처리의 4단계를 거치는데, 그 중에서 중간처리는 파쇄, 압축, 고형화, 여과, 중화, 소각, 흡착 및 소화 등의 물리적, 화학적, 생물학적 공정을 말하며 최종처리는 매립 또는 해역배출 등의 방법으로 처분하는 것을 일컫는다.

위생매립은 폐기물의 분해를 쉽게 하고 2차 오염을 최대한 방지하기 위해 시행하는 방식이다. 이는 폐기물 더미 속의 유기물 분해를 촉진시키며 침출수 처리를 통해 토양유입을 방지하며 메탄가스를 포집하여 난방 등의 연료로 이용한다.

또한 소각은 일부의 열을 재활용하는 것 외에는 자원을 완전히 파괴하는 처리방식으로, 소각하는 과정에서 다이옥신 등 유해물질이 발생하므로, 소각보다는 폐기물의 감량화와 재활용을 하는 것이 바람직하다. 따라서 종량제 봉투 등에 배출이 되는 각종 폐자원 및 바이오매스는 매립지에서 최종처분과 소각로를 통하여 연소 감량화가 이루어지고 있으며, 배출원에서 분리배출된 것은 퇴비화, 사료화와 혐기성 소화 등의 방법으로 처리하여 자원화 되고 있다.

오늘날 세계 각국은 인위적인 폐기물처리시설을 설치하는 과정에서 님비증후군 문제와 투자비용 급증 등을 비롯한 엄청난 사회적 문제와 경제적 어려움을 겪고 있다. 또 국가 간에도 폐기물처리 과정에서 발생한 대기 및 수질 오염 문제로 분쟁을 겪기도 하는데, 이를 위해 여러 가지 국제협약을 정해 예방과 해결방안을 마련하고 있다. 따라서 폐기물 문제를 줄이기 위해서는 성장 위주의 대량생산 및 소비 체제에서 자원 순환형 사회경제체제로 전환할 필요가 있다.

순환형 시스템 구축에 대한 필요성이 제시됨에 따라 주요 폐기물 처리방법으로 재활용이 실행되고 있다. 재활용을 이용한 폐기물 처리는 점차 증가하는 추세인 반면, 매립과 소각, 해양배출을 통한 폐기물의 처리량은 점차 감소하는 추세이다.

 

 

 

 

2. 도시광산과 도시광석

 

(1) 도시광산 및 도시광석의 정의

 

도시광산은 산업원료인 광물금속이 제품 또는 폐기물의 형태로 생활 주변에 소량으로 넓게 분포되어 양적으로 광산 규모를 가진 형태를 의미한다. 또한, 폐가전제품이나 산업폐기물 등에 포함된 금속 자원 중 재활용 과정을 거쳐 자원화 할 수 있는 금속 또는 관련산업을 뜻하기도 한다. 이러한 도시광산 산업에 활용되는 자원을 도시광석 이라 한다.

도시광산이라는 개념은 석탄이나 석유 같은 화석연료는 사용 후 사라지지만 금속은 쓰고 난 뒤에도 폐기물 속에 그대로 남아있어 언제든지 재활용 할 수 있다는 점에 착안해서 만들어졌다. 도시광산에 사용될 수 있는 금속, 즉 회수한 폐금속 자원을 가공해 생산원료로 재사용할 수 있는 금속으로는 철, 비철금속, 귀금속, 희소금속 등이 있다.

 

 

(2) 도시광산에서의 자원추출 방식

 

① 폐기물 수거

② 희귀금속이 들어있는 전자회로기판을 분류

③ 제품 분쇄 후 자석을 이용해 금속추출

④ 걸러낸 금속의 녹는점을 이용하고 산과의 반응을 등을 통해 최종 분류

 

 

(3) 도시광산의 가치

 

도시광산이 지닌 가치는 세계자원 매장량의 20% 가량이나 된다. 산업통상자원부에서 추산한 국내의 도시광산자원 누적가치는 50조원에 달한다고 한다. 또한 도시광산 산업은 환경오염을 방지하는 효과도 가지고 있다. 폐휴대폰에 들어있는 납이나 카드뮴 등의 중금속물질은 환경오염의 원인이 되며 화력발전소의 석탄재나 건설폐자재 등은 연소시 다이옥신과 같은 유해물질을 방출하기 때문에 환경파괴의 주범으로 작용한다. 하지만 도시광산 산업을 통해 중금속 처리가 용이해지면서 화석연료를 대체할 수 있는 에너지원으로 자리 잡을 수 있어 이산화탄소 7,000톤, 환경폐기물 960톤, 석유 2,500톤의 감소효과를 기대할 수 있다고 한다.

 

이러한 도시광산에서 추출할 수 있는 자원 중 하나로 희토류가 있다. 희토류는 말 그대로 희귀한 흙으로, 란탄(lanthanum), 세륨(cerium), 디스프로슘(dysprosium) 등의 원소를 일컫는 말로 희귀 광물의 한 종류다. 원자번호 57에서 71에 배열되는 일련의 유사금속으로 화학적으로 안정되면서도 열을 잘 전달하는 성질이 있어 삼파장 전구, LCD 연마광택제, 가전제품 모터자석, 광학렌즈, 전기차 배터리 합금 등의 제품을 생산할 때 쓰인다. 희토류의 종류와 용도는 표 3과 같이 하이브리드 자동차에 쓰이는 영구자석의 원료 및 자동차 배터리 및 배출장치에 쓰이는 배터리, 촉매제의 원료 등 다양하다.

 

 

(4) 도시광산의 현황

 

이 분야의 선두주자는 일본이다. 후쿠오카 오쿠타 에코타운 내 자원순환기업인 시바타 산업은 도시광산 산업을 실천하는 좋은 예로 뽑힌다. 이곳은 도시광산 산업으로 폐기물 고형연료를 생산해 하루에 약 2만 kw이상에 달하는 전력을 생산해 내고 있어 한 해 20억엔(약 2백억원)에 가까운 매출을 올려 지역경제를 활성화시키고 많은 일자리를 창출한다.

자원이 부족한 우리나라 특성상 도시광산 개발은 자원수입을 줄일 수 있는 가장 좋은 방법중 하나이다. 2012년 한 해 희귀금속을 수입하는데 들어간 돈은 약 13조 이상이고 우라늄과 아연도 43조원 이상 수입되었다고 한다. 또한, 일본과 유럽 등의 선진국에선 국민 1인당 연평균 폐가전 수거량이 4∼6kg인 정도에 반해 우리나라는 2kg 중반에 그치고 있다.

국내 여러 기업이 도시광산 산업에 종사하고 있지만 일정한 재처리 가공비용에 비해 하락한 금속가격과 원재료 확보 경쟁 가열과 관세 등의 문제로 큰 실적을 내지 못해 주춤하고 있다. 도시광산협회에 따르면 아직까지도 도시광산 원료자원이 폐기물로 분류되는 경우가 많아 수출입, 이동, 입지 및 시설변경 등의 제약조건으로 인해 산업활성화가 어렵다는 지적이 있었다. 이에 정부에서는 도시광산 관련 정책기술 세미나를 개최하는 등 방안을 마련하고 있다.