0. 목차
- '도시광산'이란 무엇인가?
- '도시광산' 산업
- 산업폐기물 불순물 제거·추출 공정
- 각국의 전기·전자 제품 재활용 관련 법안
- 국내의 전기·전자 제품 재활용
- '도시광산' 산업 관련 업체
1. '도시광산'이란 무엇인가?
'도시광산(Urban Mine)'이란 산업원료인 금속자원이 제품 또는 폐기물의 형태로 일상생활에 소량으로 널리 분포된 것을 비유적으로 표현한 용어이다. 즉 '도시광산(Urban Mine)'이란 폐기된 전자 쓰레기의 희금속이 비축된 광산이다. 이 용어는 1980년대에 도호쿠 대학의 '난조 히데오(南條道夫)' 교수가 만들었다.
일반적으로 금속광물 자원은 지하에서 채취되지만, 산업에 많이 사용되는 특정 금속들은 지하 매장량보다 이미 채굴된 양이 더 많으며, 이를 산업폐기물, 제품의 형태에서 회수하여 자원을 재활용할 필요가 있다. 도시광산은 자동차, 전기 전자 등 산업에 필수적인 금속자원을 대상으로 하며, '철(Fe, 원자번호 26번)'을 제외한 '비철계 금속', '귀금속(Jewelry)', '희소 금속(Rare Metal)'까지 모두 포괄하는 개념이다.
최근 4차 산업혁명을 겪으면서 도시광산 자원 중 특히 자동차 전자산업 및 반도체 공정에서 사용되는 희소금속에 대한 수요가 급증하고 있다. '희소금속(Rare Metal)'이란 지각 내에 존재량이 매우 적거나 추출이 어려운 금속자원 가운데 현재 산업적 수요가 있고 향후 수요 신장이 예상되는 금속원소로 극소수 국가에 매장·생산이 편재되어 있거나 특정국이 대량 수입해 국내 관련 산업으로의 안정적 공급에 위험성이 있는 금속 원소로 규정되어 있다. 국내에서는 총 35종의 금속이 '희소금속'으로 분류되어 있다.
2. '도시광산' 산업
2-1. 도시광산 산업 생태계
도시광산에서 '유가금속(금·은과 같이 값이 나가는 유색 금속을 통틀어 이르는 말)'을 회수하기 위해서는 '폐가전 제품' 및 '전자제품'을 재활용 수거·수집하는 단계와 이를 분리하고 정제하는 단계를 거치며, 이러한 산업체계가 분리되어 있다. 2017년 한국 전자제품 자원순환 공제조합에 따르면, '냉장고', 'TV', '세탁기' 등 비교적 크기가 큰 폐가전 제품은 목표 대비 수거율이 115.6%로 높은 수치를 기록하고 있으며, 중형 및 기타 소형 가전제품의 수거율은 구청과 시청 단위 사업으로 진행되어 약 90%의 수거율을 보인다. 반면 스마트폰은 중고거래가 활발하고 개발도상국 등으로 수출하는 물량이 많아, 수거율이 총 6.5%로 굉장히 낮은 편이다.
2017년 '한국 자원 리싸이클링학회'에서 발표한 자료에 따르면, 회수된 폐기물로부터 자원의 분리·정제 효율은 90% 이상에 달하는 것으로 나타났으며, 이를 통해 연간 69조 9천억 원 규모의 도시광산자원 재활용이 가능한 것으로 확인되었다. 이는 전체 금속자원 사용 총액 중 78.1%를 차지하고 있으며, 국내 천연자원 수입에 19조 원 대비 매우 높은 수준이다. 다만 비교적 분리 정제가 용이한 '알루미늄(Al)', '티타늄(Ti)', '구리(Cu)' 등 원소 위주로 회수가 가능하며, 반도체에 핵심으로 사용되는 일부 희소금속 등에 대해서는 여전히 분리 정제를 효율적으로 하는 기숙 확보가 필요한 것으로 파악된다.
2-2. 희소금속의 수급 안정 수단으로 도시광산 산업 활성화 필요성 대두
한국은 자원 빈국으로 에너지원을 비롯한 주요 자원을 대부분 수입에 의존하고 있다. 국가 통합자원관리 시스템에 의하면, 국가통합자원관리 시스템에 의하면, 산업 전반에 사용되는 금속 자원은 지난 2015년 기준 연간 1100kg으로 OECD 국가 중 최고 수준의 자원 소비국이며, 반도체, 휴대폰 등의 생산 확대로 인해 해가 겁듭될수록 금속자원의 소모량이 증가하고 있다. 특히 반도체 핵심 재료인 '니오븀(Nb)', '리튬(Li)', '백금(Pt)' 등은 99% 이상을 여전히 수입에 의존하고 있다.
특히 최근 중국의 자원무기화에 따라 반도체 생산이 지연되는 등 큰 피해가 발생하고 있다. 2019년 '미국 지질조사국(USGS: United States Geological Survey)' 자료에 따르면, 중국은 전 세계 희소금속 생산량 중 70% 이상인 12만 톤을 생산하고 있는 것으로 나타났으며, 현재 매장량 역시 4400만 톤으로 가장 많은 양을 보유하고 있는 것으로 조사되었다. 중국은 이를 이용하여 국가 간 분쟁 시 자원을 무기화하여 유리한 협상을 끌어내는 전략을 채택하고 있다. 실제로 2010년 중국과 일본의 '센카쿠 열도(尖閣列島)' 영유권 분쟁 시 중국이 일본에 희토류 수출을 금지한 적도 있었으며, 2018년 미·중 무역분쟁 당시에는 희소금속에 해당하는 금속자원의 수출을 제재하려는 움직임을 보인 적이 있었다. 최근 미국, 한국 등 희소금속의 수입의존도가 높은 나라를 중심으로 공급처를 다변화하고 도시광산 산업을 활성화하여 중국의 수입의존도를 낮추려는 노력이 진행되고 있으나, 여전히 희소금속 수입의존도를 낮추기엔 부족한 실정으로 보인다.
2-3. 녹색 성장 산업으로의 도시광산 산업
21세기에 들어 '녹색 성장(Green Grown)'이 지구 내 지하자원 고갈 및 환경오염 최소화를 위해 큰 이슈로 부상하고 있다. '녹생 성장(Green Growth)'이란 '환경(Green)'과 '성장(Growth)' 두 가지 가치를 포괄하는 개념으로, '기존의 경제성장 패러다임을 환경친화적으로 전환하는 과정 중 파생되는 에너지', '환경 관련 기술·산업'에서 미래 유망 품목과 신기술을 발굴해내고 기존 산업과의 상호융합을 시도해 신성작동력과 일자리를 창출하는 것이다. 이 용어는 2005년 'UN(유엔)' '환경개발장관회의(MCED)'에서 처음 사용되었으며, 한국에서는 2008년에 주요 정책으로 저탄소 녹색성장이 처음 제시되었다. 한국 정부는 녹색성장 의제를 확산시키기 위한 노력의 일환으로, 2010년에 '글로벌 녹색성장연구소(GGGI: Global Green Growth Institute)'를 주도적으로 설립하였다.
'녹색 성장(Green Grown)' 가운데 채굴된 희소금속을 재활용한다는 측면에서 '도시광산(Urban Mine)' 산업이 주목받고 있다. 2015년 미 지질조사국 자료를 기준으로, 실제 산업에 널리 사용되고 있는 '구리(Cu, 원자번호 29번)', '텅스텐(W, 원자번호 74번)', '니켈(Ni, 원자번호 28번)' 등의 금속은 가채연수가 40년도 남지 않은 것으로 알려졌다. '가채연수(可採年數)'란 유한한 자원의 한계성을 보여주는 지표로, 현재 시점에서 확인된 어떤 자원의 양을 현재와 같은 생산수준으로 채굴할 때 향후 채굴 가능한 기간을 말한다. 또한 2000년 이후 지하자원의 매장량이 지상의 자원보다 부족한 것으로 나타났다. 이에 따라 폐기물 등 지상의 자원으로부터 산업 자원을 회수해야 할 필요성이 커지게 되었다.
3. 산업폐기물 불순물 제거·추출 공정
산업폐기물 혹은 전자·가전 폐기물로부터 희소금속을 회수하기 위해서는 휴대폰, 가전, 배터리 등 추출 급속이 유사한 제품군으로 분류하며, 분류된 제품별로 분쇄 과정을 거친 후 '자력 선별(Magnetic Separation)' 등으로 제품을 분리하는 작업이 필요하다. 이후에 용매를 통해 희소금속을 고농도의 만드는 공정을 거친 후 농축된 폐기물을 추출·분리하고 정제하는 공정을 거치게 된다. 분리·정제 방법에 따라서 '액-액 추출 공정', '바이오 습식제련 추출 공정', '흡착·탈착 공정' 등이 있다.
3-1. 액-액 추출 공정
'액-액 추출 공정'이란 추출 조작 중에서 액체 혼합물의 원액에 용제를 작용시켜서 혼합물 중에 있는 특정의 물질을 분리하는 공정을 의미하는 것으로, 용해도 차이를 이용하여 분리하는 원리이다. 희소금속은 그 종류가 다양하고 분리 조건이 까다로워서 다양한 용매가 요구되고 있으며, 모든 금속을 종류별로 정제하기 위해서는 추가적인 연구가 필요한 실정이다. 또한 많은 양의 용매를 사용하기 때문에 부가적인 환경문제가 발생할 가능성이 있으며, 공정 확보 후에도 초기 설비비용이 많이 소요된다는 단점을 가지고 있다. 현재 '구리(Cu)', '아연(Zn)' 등 일부 금속에서 상용화되어 있으며, 비교적 높은 효율로 정제가 가능한 것으로 나타났다.
3-2. 바이오 습식제련 추출 공정
'바이오 습식제련 추출 공정'이란 세균·균류·고세균 등의 미생물 종들을 이용하여 '도시광산'으로부터 금속을 추출하는 공정이다. '자원의 순환 활용'뿐 아니라 '환경 오염 감소'의 2가지 목표를 모두 만족하는 공정으로 주목받고 있다. 예를 들어 추출된 용액 내의 화학 반응을 통해 생존에 필요한 에너지를 얻는 미생물을 주입하여 목표 금속을 흡수할 수 있도록 하며, 이를 회수하면 높은 효율로 도시광산 속 금속자원을 회수할 수 있다. 해당 공정의 경우 상대적으로 저렴한 공정비용으로 가동할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 목표 금속자원에 맞춤으로 유전자 설계된 미생물 종이 필요하며, 이를 위해 다양한 유전자 변형 미생물 종의 개발이 필수적인 상황이다. 해당 공정은 2000년 이후부터 주목을 받고 있으며, 미생물로 희소금속을 얻을 수 있어 '미생물 연금술'로도 불리고 있다.
3-3. 흡착·탈착 공정
'흡착·탈착 공정'은 물질을 고체 표면에 얇은 막의 형태로 부착시킨 후, 탈착하여 분리하는 공정이다. 다공성 물질을 이용할 경우, 상대적으로 높은 비표면적으로 인하여 적은 양으로도 많은 양의 금속 자원을 흡수할 수 있다. 흡착·탈착을 활용한 금속 자원 추출 공정의 경우, 보통 다공성으로 이루어진 흡착제를 금속자원이 녹아있는 용액에 침지 시키고, 일정 시간이 지난 이후 흡착제에 물리적으로 결합되어 있는 금속자원을 탈착 공정을 통해 분리시키는 공정이다.
'흡착·탈착 공정'은 '낮은 공정비용', '낮은 설비비용', '높은 효율' 등으로 주목받고 있다. 하지만 현재 상용화된 활성탄계 흡착제 혹은 제올라이트계 흡착제의 경우, 여러 종류의 금속을 선택적으로 분리하는데 성능이 낮은 편이다. 그래서 차세대 물질인 '금속 유기 골격체', '공유 유기. 골격체'와 같은 다양한 물질들이 개발되고 있으며, 미래 금속자원 추출에 핵심 물질로 이용될 것으로 기대된다.
4. 각국의 전기·전자 제품 재활용 관련 법안
미국, 일본, 유럽 등의 선진국에서는 2000년대 초반부터 폐 전기·전자제품 수거를 장려하기 위하여 다양한 규제·법안을 발의하여 시행하고 있다. 특히 유럽의 경우에는 전기 전자 제품 판매 기업에 의무적으로 재활용 비율을 줌으로써 사회적 측면에서 재활용을 독려하고 있다. 재활용 목적으로 수거된 폐 전기·전자 제품의 경우, 도시광산 산업을 통하여 자원화되고 있다.
| 국가 | 규제 및 법안 | 발효 시기 | 내용 |
| 일본 | 가전 리싸이클링법 | 2001.1 | 냉장고, 세탁기, 에어컨 등 재활용 |
| PC 리싸이클링법 | 2003.10 | PC에 포함된 유해물질 회수·분리 | |
| EU | 폐전기전자제품처리지침(WEEE) | 2005.8 | 폐전기 전자 제품 재활용 |
| 폐전기전자제품처리지침(ELV) | 2006.7 | 폐자동차 회수·재활용 의무비율 | |
| 미국 | 휴대폰리싸이클링법(캘리포니아주) | 2004.9 | 폐휴대폰 수거를 강제하는 법안 |
| 전자폐기물재활용법(인디애나주) | 2010.4 | 제조사들에 판매제품 일정비율 회수 의무 |
5. 국내의 전기·전자 제품 재활용
국내 '주요 금속(구리, 알루미늄 등)'의 재활용률은 2010년 당시 20% 내외로 선진국 대비 매우 낮은 수준이었다. 하지만 관련법의 개정 및 주요 금속의 가격 불안정으로 재활용률은 증가하는 추세에 있다. 통계청 서비스업조사 자료에 따르면, 2019년 국내 금속 재활용 산업은 해체 및 선별업이 1조 9428억 원, 원료재생업이 2조 5630억 원의 시장규모를 달성한 것으로 나타났다. 이는 2016년 대비 각각 9.7%, 3.36% 증가한 수치이다.
한편 한국환경공단의 폐기물 재활용 실적 및 업체 현황 자료에 따르면 도시광산 산업과 가장 밀접한 관계가 있는 폐 전기·전자제품류 재활용 업체의 실적은 2019년 2387억 원 규모로, 2016년 606억 원 대비 약 4배나 확대된 것으로 나타났다. 특히 판매량은 19.2만 톤으로 해를 거듭할수록 실적이 증가하고 있으며, 단가 상승으로 전체 시장이 성장한 것으로 파악된다.
| 매출 실적 - 출처: 통계청 | 금속류 해체 및 선별업 | 금속류 원료 재생업 |
| 2016년 | 14712억 원 | 23209억 원 |
| 2017년 | 18468억 원 | 28944억 원 |
| 2018년 | 19065억 원 | 30164억 원 |
| 2019년 | 19428억 원 | 25630억 원 |
6. '도시광산' 산업 관련 업체
일본의 '유미코아', 'DOWA Holdings', '미쯔비시 머터리얼' 등을 중심으로 도시광산 개념이 도입되어 사업을 주도하고 있으며, 유럽·미국 등의 선진국 및 해외 글로벌 기업들이 추격하고 있다. 하지만 여전히 '금(Au)', '은(Ag)', '구리(Cu)' 등의 금속 위주로 회수하고 있으며, 그 외의 희소금속은 여전히 재활용 비중이 낮은 실정이다.
한국에서 도시광산 산업을 통해 금속자원을 재활용하는 기업은 LS그룹의 'LS 니꼬동제련', '고려아연' 등을 대표적으로 들 수 있다. 이외에도 'NH 리사이텍 컴퍼니', 'TSK 코퍼레이션' 등의 중소·중견 기업들이 금·은 등 귀금속을 중심으로 재활용하고 있으며, 이외에도 '인듐(In)', '백금(Pt)', '코발트(Co)' 등 희소금속도 추출하고 있다. 한편 '포스코엠텍(Posco M-Tech)'이 국내 기업 2개소를 인수하여 도시광산 사업에 진출한 이력이 있으나, 적자 끝에 2015년에 철수하였으며, 2021년 포스코에서 폐 2차전지 재활용 사업을 재추진하고 있는 것으로 나타났다.