과학탐구 보고서: 폐휴대폰의 재활용

폐휴대폰의 재활용

 

1. 휴대전화 보급 및 폐휴대폰 발생 현황

 

국내 이동통신서비스 가입자 수가 1997년 691만 명에서 2002년 3월 현재 3,000만 명으로 급증하여 신제품으로의 교체에 따른 휴대폰 폐기량이 급증하는 추세에 있는 반면 재사용이나 수출은 감소추세에 있어 폐휴대폰의 처리문제가 당면과제로 떠오르고 있다.

2000년대에 들어 신규가입자수는 감소 내지 정체상태를 보이고 있으나 기존가입자의 모델 교체수요로 신규단말기 공급량은 여전히 높은 수준을 유지하고 있다.

 

 

2. 휴대전화에 들어있는 원소의 종류

 

표 4는 휴대전화에 들어있는 원소의 종류로 휴대전화의 부품별 추출 가능한 원소에 대해 설명하고 있다.

 

 

 

3. 폐휴대폰의 재활용 현황

 

수리해서 쓸 수 없는 휴대폰은 물질 재활용 된다. 물질 재활용은 휴대폰 내에 있는 금, 은, 팔라듐, 구리, 코발트 등의 유가 금속을 추출해내는 작업이다. 즉 폐휴대폰도 일종의 자원인 것이다.

현재 폐휴대폰 재활용은 지역주민센터, 우체국, 제조사 판매대리점, 편의점 착불 택배, 한국 전자제품 자원순환공제조합 등을 통하여 이루어지고 있다. 2003년부터 사용하다가 버려진 폐휴대폰 수거 분량이 약 2,800만(27,746,000) 여대에 달하는 것으로 드러났다. 이 중 재활용에 활용된 물량은 60% 수준에 불과한 것으로 나타났다. 문화체육관광방송통신위원회는 제출한 ‘국내 통신사별 폐휴대폰 재활용 실적’을 분석해 이 집계를 발표했다.

최근 7년 8개월 동안 수거된 중고 휴대폰 가운데 소각 또는 폐기물업체 등을 통해 완전 폐기된 폐휴대폰이 40% 가량으로 1,108만여 대에 달했다. 수거된 휴대폰을 사업자들이 임대폰 등으로 직접 재활용한 물량은 200만여 대에 불과했다. 수거된 휴대폰 중 수출용 등으로 매각한 물량이 1,403만여 대, 폐기 또는 사업자 재활용으로 분류하여 처리하기 위해 보관 중인 물량도 595만여 대에 이르는 것으로 밝혀졌다.

이 같은 수치는 국내 이동통신사들이 수거한 분량을 기준으로 했다. 기기변동한 후 휴대폰을 개인적으로 보관하는 경우까지 포함하면 폐휴대폰은 천문학적인 규모에 달해 국가적인 자원낭비와 환경오염의 원인이 되고 있다는 설명이다. 이동통신사들과 휴대폰 단말기 제조업체들이 과다경쟁에 따른 통신가입과, 단말기 판매에만 몰두해 정작 멀쩡한 휴대폰들이 버려져 산업 쓰레기화 되고 있다는 것이다.

폐휴대폰을 산업폐기물로 소각할 경우 별도로 수집하여야 하고 소각비용이 크기 때문에 사회적 비용이 매우 크게 나타남. 재활용에 있어서도 수집비용과 재생처리의 비용이 적지 않지만 회수되는 유가금속의 판매이익을 감안하면 전체적인 비용은 소각보다 적게 나타난다. 따라서 국가적인 입장에서는 폐휴대폰은 소각보다 재활용이 바람직하지만 재활용사업자의 입장에서는 수집비용 등에 대한 보조가 없는 한 수익성이 없다고 판단된다.

 

4. 폐휴대폰의 처리 기술

 

PC와 휴대전화 안에는 ‘인쇄회로기판’(PCB)이라는 것이 있다. 도시 광석이 가장 많이 들어 있는 곳이 바로 인쇄회로기판이다. PCB에는 금이나 구리와 같은 유가금속이 다량 함유 되어 있으나 사용용도 및 PCB 패키징 방법에 따라 함유 되어 있는 유가금속의 종류와 함유량에 차이가 있다. PCB 종류에 따른 구조 분석을 통하여 금 회수 효율이 높은 PCB, 금 회수 효율이 낮은 PCB 및 금이 함유되어 있지 않은 PCB 세 종류로 분류를 할 수 있다.

인쇄회로기판에는 정교하게 전기를 흐르게 하기 위해 저항값이 작고 순도가 높은 금과 은 등이 쓰인다. 컴퓨터 기판을 자세히 보면 노란색 코팅 층이 있는데 이것이 바로 금이다. 반도체 안에도 금이 많이 들어 있다. 12만대의 휴대전화를 재활용할 경우 순도 99.99% 금괴 1㎏을 만들 수 있다.

그동안 PC나 휴대전화에서 금을 회수하려면 적절한 용매를 써서 녹이는 단순한 기술을 이용했다. 그러나 지금은 구리 제련로, 고온 열분해 및 잘게 부수는 기술 등 다양한 첨단기술을 이용하고 있어 재활용 효율을 높이고 있다.

가장 보편적인 폐휴대폰의 처리 기술 중 하나는 높은 온도에서 녹여서 값비싼 금속을 회수하는 고온 열분해 방법으로, 선진국에서 상용화되었다. 처음에는 휴대폰에서 PCB를 분해하여 40mm이하로 잘게 쪼개서 용광로에 녹인다. 이때 구리를 함께 넣으면 유용한 금속이 구리쪽으로 모여들게 된다. 여기에 전기를 걸어주면 구리는 음극쪽으로 모이고 양극에는 유용한 금속만 남게 된다. 다만, 이 방법은 복잡하고 대규모의 구리 제련로가 따로 있어야만 하는 단점이 있다.

 

5. 폐휴대폰 재활용의 경제적 가치

 

휴대폰의 제작에는 니켈, 철, 금, 텅스텐, 리튬, 망간, 주석, 동, 규소 등 희귀금속 20가지가 사용되는데, 이러한 금속의 생산은 일부국가에 편중되어 있다. 우리나라는 급속한 산업화와 도시화로 자원의 소비가 급증하고 있으며, 현재 대부분의 자원을 해외에 의존하고 있기 때문에, 폐휴대폰의 효과적인 재활용의 필요성이 대두되고 있다.

표. 5는 폐휴대폰에서 얻을 수 있는 금속의 질량을 나타내었다. 특히, 금광석 1톤에서 5g밖에 나오지 않는 금이 폐휴대폰 1톤에서 금이 150g 나온다는 점에서 폐휴대폰 재활용의 경제적 가치를 실감할 수 있다.

 

 

현재 폐휴대폰 3억 3천만대 속에 9조 6천 억원의 금속자원이 존재한다. 희귀금속 재활용율을 20% 높이면 연간 24억 2천만 달러의 무역수지가 개선되고, 산업원료로 사용되는 금속자원의 30%를 폐휴대폰에서 조달할 경우 연간 이산화탄소 배출량을 150만 톤 줄일 수 있다.

금속자원은 첨단 산업의 소재 원료로 부가가치가 높아 회수과정을 통해 재활용할 경우 수입자원 대체효과가 매우 높다. 예를 들어 석탄재 용출액이나 산업폐수, 해수담수화 농축수 및 도금 폐수 등 폐수에 들어있는 희소 금속인 리튬을 회수하면 리튬이온전지나 전기자동차 배터리 원료로 활용할 수 있다

 

 

6.  폐휴대폰 재활용의 문제점

 

이러한 폐휴대폰 재활용에도 문제점이 없는 것은 아니다.

첫 번째 문제점은 경제적인 부분에서 부담이 크다는 것이다. 이통사와 휴대폰 재활용업체는 PCS 폐휴대폰의 경우 1천원(1달러), 셀룰러 폐휴대폰의 경우 3천원(3달러) 정도로 보고 있는데, 이는 국내 뿐 아니라 전세계에서 유통되는 가격이다. 반면에, 물질재활용업체가 평가하는 폐휴대폰 1대 가격은 마이너스 150원(-150원)이다. 즉 재활용을 해서 이익은 커녕 ‘손해’가 난다는 것이다. 폐휴대폰을 재활용하는 과정에서 폐휴대폰 구입, 운반, 파쇄, 폐기, 관리비용이 들게 되는데, 이런 비용을 모두 감안한다면, 추출한 유가금속을 팔아도 1대당 약 150원의 비용이 더 들게 된다.

또한, 폐휴대폰을 산업폐기물로 소각할 경우 별도로 수집해야 하고 소각비용도 많이 들며, 국민 전체가 부담해야 하는 사회적 비용이 매우 크다. 즉, 폐휴대폰을 수거하게 되면 1대당 -150원보다 더 커진다는 것이다.

 

두 번째, 국내 재활용 시설이 미흡하다는 점이다. 선진국에서는 이미 상업적으로 폐촉매나 폐가전제품으로부터 귀금속이나 팔라듐(Pd), 플래티넘(Pt) 및 라듐(Rh) 등을 추출, 회수하고 있지만 국내에서는 국가적인 폐전자제품 재활용 시스템이 부족해 일부 금속자원만 회수하고 있는 실정이다.

 

세 번째, 분리공정 과정이 완전하지 못해 추가적인 공정을 해야 된다. 현재 쓰이는 귀금속 회수기술은 폐가전제품 등에서 귀금속을 회수하는 공정이 전처리 과정인 분리선별, 건식 제련 공정과 습식 제련 공정을 통한 금속회수 및 분리정제를 통한 고순도화의 3단계로 나눈다. 그런데 폐가전제품 용출액에서 귀금속을 분리하는 공정에서 과다한 에너지가 소비된다. 또 인쇄회로기판(PCB)에서 귀금속을 회수하는 공정에 널리 쓰이는 '습식제련공정'은 귀금속 선택성이 낮아 추가 분리공정이 필요하다.

 

네 번째, 환경비용의 부담이 크다는 것이다. 폐휴대폰 안에는 납, 카드뮴, 비소 등의 유해물질이 들어 있다. 이러한 물질들을 만약 생활폐기물과 같이 소각한다면 환경오염 문제가 심각해질 것으로 예상되므로, 산업폐기물과 같은 수준의 방지시설이 필요하다. 환경연합 관계자는 “휴대폰 배터리의 경우 오래 되면 중금속이 흘러나와 그냥 보관만 해도 인체에 해롭다”며 “휴대폰은 사용하지 않으면 결국 인체에 해로운 전자폐기물” 이라고 말했다. 단지 재활용의 이유 뿐만이 아니더라도 폐휴대폰의 수거는 반드시 이루어져야 하는 사안이다. 그러나 대부분의 사람들에게 있어서 폐휴대폰의 수거는 제대로 이루어지지 않고 있다. 현재 서울시는 이러한 문제점들을 해결하고, 환경운동 및 사회발전을 도모하기 위하여, 폐휴대폰 수거 캠페인 및 소형 폐가전제품 처리 수수료의 면제를 실시하는 등의 노력을 하고 있다.