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3줄 요약🔔

    • 조선대학교 신소재공학과 김선중 교수 인터뷰
    • 공정 코스트보다 원소 코스트가 훨씬 더 빨리 올라
    • 결국 핵심 키워드가 순환 자원, 안 하게 되면 기업들 손해

<자막 원문>

진행: 한주엽 디일렉 대표

출연: 조선대학교 김선중 교수

-오늘 조선대학교 공과대학 신소재공학과 김선중 교수님 모셨습니다. 교수님 안녕하세요?

“안녕하십니까. 김선중입니다.”

-오늘 저희 웨비나로 유용자원 재활용 기술 동향 굉장히 방대한 분야에 대해서 자원 재활용 기술에 관해서 소개해 주시려고 나왔는데 그 전에 좀 짧게 엑기스만 뽑아서 몇 가지 여쭤보려고 모셨습니다. 유용자원 재활용. 유용자원은 주로 비철금속, 일반 철 이런 거를 자원이라고 얘기하는 거죠?

“그렇죠. 돈이 될 수 있는 거 유용자원으로.”

-금, 은, 구리, 철.

“전부 다 유용자원이에요.”

-원래 땅에서 캐는 거죠?

“그렇죠. 땅에서 캐야 하는 건데 결국 우리나라는 사실 자원이 굉장히 부족한 나라입니다. 대부분 모든 희토류는 아시겠지만, 중국에 있고 수입해오는 거고 금, 은은 전부 대부분 칠레나 광석에서 포함된 거 그걸 조금씩 포함하는데 그니까 그런 자원들을 활용하는 게 결국엔 쓰다가 남은 거에서 활용하는 걸 저희는 유용자원, 유가 원소라고도 하고.”

-원래 자원을 캐서 갖고 오면 철이라 치면 포스코라든지 제철소 이런 데서 뭘 만들어서 자동차 외관으로 나가든지 이런 식으로 나가는 거 아닙니까? 쓰고 남은 거를 회수해서 다시 뽑아낸다는 겁니까?

“네. 그니까 철강업을 크게 방법으로 봤을 때 두 가지 종류가 있는데 크게는 일관제철소라고 해서 수입해온 철광석에서 좋은 철을 뽑아내는 그런 업체가 있는데 우리나라에서 세 군데가 있습니다. 포항에 포스코, 그다음에 광양에 포스코, 그다음에 당진에 현대제철. 그 세 군데 있고 거기 안에 자체의 부류도 있어서 다 수입해오는 거 가지고 좋은 철을 뽑아내죠.”

-좋은 철을 뽑아낸다는 의미는 무슨 의미입니까?

“고급 제품을 만들 수 있습니다. 최고의 제품 중 하나가 철강 제품이라는 자동차 강판.”

-그게 제일 비싼 철이에요?

“그럼요. 모든 철강업의 모든 게 다 집적돼 있다고 보시면 될 거 같고요. 전기 강판도 그렇고요.”

-그게 좋은 강판이냐 나쁜 강판이냐는 뭐로 따져요? 순도 이런 거로 따지나?

“순도도 순도고 보시면 알겠지만, 기가스틸 같은 거 포스코에서 했던 기가스틸 같은 거. 얇은 데도 불구하고 굉장히 튼튼하고 가공성도 강하고 근데 그걸 잘못 만들면 두껍고 무겁고 연비 떨어지고 그렇죠. 안정성 없고 그런 기준이 있겠죠. 근데 그거 외에도 그게 끝나고 나면 수명이 다한 철강 제품들. 여러 가지겠죠. 티비도 있을 수 있고 가장 대표가 되게 많은데 고철 제품 되게 많은데 자동차 고철도 있을 거고.”

-자동차 폐차시키고 나면 고철소에 10만 원, 20만 원씩만 받고 팔지 않습니까?

“저도 최근에 팔았습니다. 와이프 차를.”

-저는 돈을 주는지는 몰랐어요.

“저도 몰랐습니다. 돈을 주더라고요. 저희 가까운 곳에 세아베스틸이라는 곳이 있고.”

-회사입니까?

“네. 회사입니다. 전기로 강판에서. 베어링이라는 기계 잘 만드는 회사가 있습니다. 그다음에 그런 데도 있고 동국제강도 있고 전기로 회사가 굉장히 많아요. 걔네들은 원료가 자동차 스크랩입니다. 그거는 고철 스크랩이라고 불립니다. 걔네들을 전기의 힘으로 녹여서 걔를 쇳물로 만들어서 또다시 또 다른 강판을 만드는데 얘네들은 초기에 만들었던 거보다 좀 안 좋다고 할까? 고급 제품까지는 못 만들어요. 지금 최근에는 해외에서 US에 있는 그런 스틸이나 그런 회사에서는 미국에서 고급 제품을 만들 수 있도록 해외에 철광석 같은 데서 사용할 수 있는 DRI라는 게 있어요. 그런 것들을 활용해서 만들거나.”

-조그만 게 장비 얘기하는 겁니까?

“아닙니다. 원료입니다.”

-원료를. 섞어요? 그거를?

“네. 섞으면 철광석을 사용한 거 만큼 좋은 제품을 만들 수 있는 형태로 나올 수 있는 여기는 아직 우리나라에서 계속 기술 개발을 하는 거고요. 근데 결국 두 가지 방법이 있다는데 일관제철소가 있고 전기로. 전기 힘으로 녹이고 일관제철소에서는 코크스 발열기. 굉장히 높은 온도에서 만들고 있습니다. 그래서 전기로 철강 같은 경우엔 굉장히 재활용률이 가장 높은 원소 중 하나입니다.”

-우리가 차를 폐차시키면 거기서 타이어 빼고 유리 빼고 하여튼 최대한 철만 그 정도 노력을 하시는지는 모르겠는데 하여튼 찌그려서 보내주면 뜨거운 전기로에 넣고 녹인 걸 갖고 다시 그걸로 그레이드는 좀 낮지만, 다른 철판 제품으로 쓸 수 있다는 얘기인 거군요. 보통 재활용은 그렇게 열로만 합니까?

“그렇죠. 철이 들어오면 아마 생각해보시면 아시겠지만, 고체죠. 딱딱한 고체가 막 이렇게 뭉뚱그려있는데 얘를 새로운 형태로 제품을 만들기 위해선 하나의 덩어리로 만들어야 하지 않습니까? 철이 녹는 게 녹는점이 1,573°C 정도 됩니다. 1,600°C 정도 되죠. 그 정도 온도가 돼야지 얘네들이 부스러기로 있던 애들을 하나로 뭉칠 수가 있겠죠. 액상으로 하나 뭉쳐서 물론 거기에서 안 좋은 불순물들 뽑아내고 슬래그나 그런 반응으로 여러 가지 기술로 뽑아내고 좋은 철을 만들어서 또다시 만들겠죠. 그래서 가공을 하고 하니까. 그래서 결국엔 거의 온도까지 올라가야 하니까 어쩔 수 없이 1,650°C 정도까지 올라가야 합니다.”

-뜨거운 쇳물을 만드나 보네요?

“뉴스에서 많이 보셨죠. 실제로 그렇습니다.”

-철은 그렇고 저도 휴대폰, 노트북 아까 텔레비전 말씀하셨는데 그런 가전 제품류 이런 것들도 안에서 뽑아낼 수 있는 금속들이 많이 있지 않습니까? 휴대폰으로 예를 들면 뭐가 좀 많이 나옵니까?

“가장 대표적인 게 금, Pt도 있고, 백금. 그니까 백금족. 귀금속 종류 있지 않습니까. 백금족이라고 하는데 걔네들이 굉장히 돈이 되죠.”

-안에 금도 쓰이고 구리도 쓰이고 하니까 그걸 다 뽑아낼 수 있는 거에요?

“네. 근데 힘듭니다. 생각보다 힘든 이유가 뭐냐면 아시는 분들은 아시겠지만, 굉장히 농도가 낮으니까.”

-비중이 낮다. 안에 들어가 있는. 농도라고 얘기해야 합니까?

“그니까 안에 들어 있는 질량의 퍼센티지. 예를 들면 휴대폰 하나가 100g 정도라면 얘네들은 굉장히 0.1%, 0.1g 정도, 1g 정도 이정도밖에 안 들어있으니까 굉장히 추출하기가 불편하죠. 효율은 나지만.”

-박사님 발표 자료에 보면 휴대폰 80g 기준으로 한 대당 포함된 원소량을 쭉 정리해 놓으신 게 있는데 구리가 19%, 알루미늄이 9%, Fe가 철이죠? Fe가 8%, Ni가 뭐죠?

“니켈입니다.”

-니켈이 1%, Sn이 주석. 주석이 1%. 정말 얼마 안 되네요.

“얼마 안 되죠. 대신 잘 생각해보면 쌓여있는 게 많아요. 단일 단위 하나씩 하는데 얘네들을 하나로 하면 몇백°C는 되겠죠. 그걸 하나로 뭉칠 수만 있다면 거기 안에는 농도가 많고.”

-근데 핸드폰에 그걸 추출하는 공정 과정을 제가 잘 모르겠는데 어쨌든 완성품을 뜯어야 할 거 아닙니까?

“그게 또 큰 문제점 중 하나입니다.”

-그렇죠. 뜯고 금이나 이런 거 있으면 긁어내는 겁니까? 어떻게 하는 겁니까?

“첫 번째가 지금은 모르겠습니다. LIB라고 레이저를 통해서 분석. 결국은 시간이거든요. 이게 뜯어내고 분리하고 하는 게 시간인데 예전에 2006년도쯤에 도시 광산 2004, 2005년 정도 되겠습니다. 도시 광산이 처음 나왔을 때 어떻게 할까? 했을 때 그걸 분리하는 방법을 집에서 쉬고 계신 분들 인력을 활용해서 뜯어내자고 했었는데 결국엔 사람 손이거든요. 왜냐면 이 고철마다 다르잖아요. 그니까 그것들을 크러셔를 통해서 분쇄하고 하는데 또 이게 플라스틱계 제품들과 같이 섞이니까 여기 금속막 뽑아내기가 어려우니까 굉장히 큰 문제점 중 하나죠.”

-그니까 구리가 제일 많은데 함유량이 19%고 80g 기준으로 대당 15.2g 이정도면 구리는 되게 많은. 구리는 엄청 많이 쓰이니까요.

“도선이죠. 전선이 있으니까.”

-여기 백금이라든지 이런 거 보면 0. 몇g 이렇게 들어 있는 거를 뽑아내기 위해서 아까 말씀하신 다 뜯어서 긁어내는데 시간이 많이. 비용이 그거 긁어내서 재활용해서 얻는 이익보다 긁어내기 위해서 들이는 비용이 더 많이 들어가면 이거 안 하는 게 낫지 않습니까?

“코스트가 맞죠. 그 당시에는 재량 코스트가 훨씬 많았고 점점 계속 공정 기술이 발달하고 있고 하니까 더 중요한 점은 뭐냐면 금의 가격이 계속 올라가고 있습니다. 원소의 가격들이. 팔라듐 같은 경우엔 굉장히 많이 올라갔고 엄청나게 올랐죠.이듐도 엄청나게 올랐고요. 금은 말할 것도 없고요. 계속 올라가니까 어느 순간에는 이 공정 코스트보다 얘네들 원소 코스트가 훨씬 더 빨리. 그 시점이 점점 다가오고 있고요.”

-다가오고 있습니까?

“이미 해야 하죠. 우리나라 입장에선. 그다음에 또 한 가지가 이슈 중 가장 큰 이슈 ESG 환경. ESG 경영을 해야 한다. 어마어마하거든요. 지금. 탄소 중립.”

-지금 계속 나오고 있지 않습니까.

“그거를 하는 업체들에 대해서 베네핏이죠. 세계 정부들 베네핏을 준다고 하니까 울며 겨자 먹기로 .”

-근데 금이나 은이나 아까 팔라듐 이런 거 기존에 금광에 있는 거 그냥 캐서 쓰는 것보다 조금 비용이 들더라도 다 버려지는 거에서 캐는 게 오히려 비용이 더 효율적이라는 시기가 이미 왔군요.

“제가 보기엔 해야 합니다. 해야 할 수밖에 없고 아까 말했던 그런 규제나 경영들 전체 산업의 마인드랄까. 사회적인 생각이 다 그렇게 변하고 있어서 저희가 해야 하고 가장 큰 것 중 하나가 탄소 중립 때문에 거기에 보면 하나의 핵심 키워드가 순환 자원이 될 거고 그걸 안 하게 되면 업체들은 그만큼 뭔가 손해를 보게 되겠죠.”

-여러 가지 규제가 들어오겠죠. 근데 휴대폰에서 아까 구리, 알루미늄, 철, 주석 이런 거 다 긁어낸단 말이죠. 근데 우리가 긁을 때는 사람이 긁든지 기계가 긁든지 할 텐데.

“긁지는 않고요. 분쇄해서 이걸 비중분리나 일차적으로 선별 작업을 하고.”

-선별이 됩니까? 그게?

“플라스틱 같은 거 가볍지 않습니까? 비중 분리나 이런 선별 작업을 한 번 1차 작업을 하고 그다음에 남은 것 중 그래도 탄소가 많이 들어있고 불순물이 많이 들어있고 그 와중에 말씀드렸던 구리가 있고요. 예를 들면 처음에는 80g 중에 선별을 잘해서 저희가 50%라고 한다. 그러면 100g 중 얘가 1g 들어있는데 나중에 선별을 잘해서 필요 없는 애들 50g 제거해서 50g도 1%인데 얘는 두 배로 벌써 올라왔지 않습니까? 그런 애들을 가지고 뒤에 건식 공정이든 습식 공정을 거쳐서 최종적으로 순수한 원소를 원료를 획득할 수 있게 되겠죠.”

-‘거기서 건식 공정이든 습식 공정이든.’이라고 말씀하셨는데 아까 철은 열로 한다고 했는데 건식과 습식의 차이를 얘기.

“건식은 열로서 공정의 온도를. 간단히 하면 건식 공정은 높은 온도에서 하는 겁니다. 높은 온도에서 하고 습식은 물이 있는 환경. 약간 온도 올려봐야 제가 보기엔 3, 400°C 정도 건식은 아까 말씀드렸던 철이 있는 건 1,650°C, 1,600°C 정도 돼야 할 거고 물론 하공정으로 간다면 1,000°C 정도 될 거고 기본적으로 1,000°C 이상은 돼야 하지 않을까. 그런 높은 온도에서 공정을 지나는 게 건식 공정이고 그다음에 습식 공정 같은 경우는 물이 있는 상태에서. 간단하게 보시면 그럴 거 같아요.”

-물을 쓰느냐 그냥 뜨거운 온도로 쓰느냐.

“pH나 OH-나 아니면 용매 추출법이나 다양한 방법이 있습니다. 근데 기본적으로 물이 있는 베이스가 습식 공정이라고 생각하시면 됩니다.”

-뭐가 더 좋냐? 이렇게 말하기는 어렵죠?

“그건 말할 수 없습니다. 포커스가 어딘지에 따라서 대용량으로 하게 되면 건식은 건식 공정대로 메리트가 있고 습식은 습식 공정대로 메리트가 있습니다.”

-교수님은 건식 전문이시죠?

“저는 건식입니다.”

-여기서 하나만 더 여쭤보면 여러 가지 분말이죠. 파쇄하든 긁어내든 아무튼 분말을 건식 공정 뜨거운 데 집어넣고 그걸로 끓이면 그 뒤로는 어떻게 되는 겁니까?

“어떤 원소냐에 따라서 다를 거 같은데요.”

-구리, 알루미늄, 주석이 섞여 있다. 끓이면 어떻게 달라져요?

“이게 그게 있습니다. 저희가 아마 물리나 화학 배우셨잖아요. 기체가 있고 고체가 있고 액체가 있습니다. 온도가 올라가면 고체에서 액체가 되고 액체에서 기체가 되는 거죠. 근데 이게 원소마다 다 달라요. 액체가 되는 온도가 다르고 기체가 되는 온도가 다르고 예를 들면 그겁니다. Fe, 철이 1,570°C 그 정도가 되는데 여기 있을 때 얘는 고체입니다. 만약에 예를 들어서 1,200°C까지만 해도 얘는 고체에요. 근데 그 안에 있는 구리 같은 거나 그런 것들은 이미 액체. 그다음에 예를 들어서 1,600°C가 되면 아까 말씀드렸던 주석 같은 경우에는 기체가 되죠. 날아가는.”

-더 들어가면 복잡하니까 그런 방법으로 건식은 진행하고 습식은 어떻게 해요?

“습식은 기본적인 방법 중 하나가 뭐냐면 pH라고 산성이냐 염기성이냐 그런 게 있어요. 그거 하고 전하가 있거든요. 전하가 있는데 이것들 조건을 잘 조정해서 어떤 곳에서는 침전하거나 선택적으로 리칭을 하거나 그런 것들을 하는 게 습식 공정입니다. 또는 일정한 pH에서 첨가물을 집어넣어서 그 안에 있는 이온 상태에 있는 애들을 싹 뽑아내는 게 그런 용매 추출법도 있고요.”

-얼마 전에 저희가 성일하이텍이라는 폐배터리 리사이클링을 전문으로 하는 회사 대표님 모셔서 유튜브 한 적이 있는데 그 집은 습식 하는 거죠?

“습식입니다. 물론 앞부분에 1,000°C 정도 매소 온도 정도에서 진행하고 걔네들을 가지고 습식을 하는데 저희가 일반적으로 생각하면 건식보다는 온도가 좀 낮은 거로 생각하고 습식이 메인인 거로 알고 있습니다.”

-이런 유용자원의 재활용 시장. 철강이나 이런 것도 굉장히 큰 시장이겠지만, 여기 보내주신 자료 보니까 전략 금속 재활용 시장 규모가 2017년 기준 우리 돈으로 878조 이렇게.

“어마어마하죠. 세계 시장은.”

-배터리 전기차 이렇게 되면 배터리 쪽도 나중에 갖다 버려야 하고 아래도 여러 가지 재료들이 많이 들어가 있지 않습니까?

“맞습니다.”

-그것도 재활용 시장이 굉장히 커진다고 해서 금융 시장에서 볼 때는 투자 가치가 굉장히 높다고 그쪽을 보는 거 같은데.

“요새 유튜브 조금만 잘 봐도 ETF나 그런 쪽에.”

-배터리 재활용하는데 아까 건식, 습식 있다고 했는데 그러면 거기는 국내에서 성일하이텍이 굉장히 잘하고 글로벌하게는 어디가 잘합니까?

“유미코아죠. 일단 일차적으로 유미코아가 잘하고.”

-거기가 그냥 재료 하는 그런 회사가 아니고 그런 것도 하나보군요.

“네. 유미코아가 아마 제가 드렸던 자료 중에도 있는데 복합제련이에요. 얘네들은 건식하고 습식. TSL 같은 거 두 가지 정도 용광로하고 해서 복합 제련을 하고 있어요. 그다음에 최종적으로 순도가 높은 앤데 걔네들이 유미코아에서 뽑아낸 원소는 어마어마합니다. 회수율도 어마어마하고 그래서 얘는 몇십 조, 몇백 조 단위로 글로벌합니다. 유미코아에 있는 박사님과 연결해서 가끔 얘기하는데 얘기를 들어보면 지금까지 하는 거하고 다르게 온도가 굉장히 높아져야 한다더라고요. 그 말은 결국엔 연료가 많이 들어갈 거고 현재 수준에서 사용되는 연료라는 건 코크스가 메인이에요. 탄소가 메인인데 여기에 전 세계적으로 탄소는 줄이라고 하고 있으니까 굉장히 머리가 복잡하죠. 쟤네 입장에서는. 왜 공정 온도가 올라가야 하냐고 하면 니켈이나 코발트도 마찬가지지만 그다음에 Fe가 요즘에 리튬인산철 배터리가 지금 많이 나온다고 하잖아요. 중국에서 좀 있으면 아주 어마어마하게 나올 거에요.”

-국내에서도 지금 연구한다고 엄청나게 하고.

“그럼요. 엄청나게 하고 있죠. 그렇게 되면 Fe가 굉장히 온도가 높지 않습니까?”

-1,970°C 하니까.

“그니까 간단하게 말씀드리면 기존에 우리는 1,200°C에서 잘하고 있었어요. 근데 이게 공정 조건이 바뀌어요.”

-400°C 정도 올려야 한다.

“네. 400°C를 지금 올려야 한다고. 온도만 올리면 되지가 아니라 모든 걸 다 바꿔야 해요. 지금까지 사용하던 벽돌. 내화물이라고 하거든요. 그런 것도 바꿔야 하고 얼마나 집어야 하냐. 공정 안정화까지 굉장히 많이 시간이 걸려요. 근데 안정화하고 나면 그때부터는 또 돌려야 하니까.”

-400°C 올리는 게 그렇게 쉬운 일은 아닐 거 같은데 연료비도 엄청날 거 같은데.

“엄청나죠. 우리 학생들한테 얘기하면 전자레인지로 하면 그럼 개념이 아니고 몇백 톤이라는 개념이니까 쉽지가 않습니다. 그래서 거기에 따라서 엔지니어링 기술도 굉장히 개발돼야 하고 거기에 따라서 공정 조건을 잡아서 슬래그나 그런 분리하는 조건도 다 잡아줘야 하니까 쉽지가 않습니다.”

-저희 유튜브에 댓글 달리는 거 보면 화석연료를 쓰는 게 환경을 파괴하는 것이냐 전기차를 쓰면 어쨌든 충전하려면 전기 발생시켜야 하니까 그런 거 아니냐 또 말씀 들어 보니까 재활용해야 우리가 환경이나 ESG라든지 해야 하는데 또 재활용을 하기 위해서 에너지를 엄청나게 쓰는 것도 굉장히 역설적이네요.

“그래서 최근엔 저 같은 경우엔 철강 회사들과도 같이 일을 하고 있는데 가능하면 부산물을 활용해서 해보자.”

-부산물이라는 게 어떤 거에요?

“부산물이라 하면 공정상에서 나오거나 아니면 지금까지는 활용되지 않았던 자원들, 버려지고 있던 자원들 그런 것들을 다시 한번 사용하자. 예전에는 이런 말을 많이 했었죠. 폐기물을 많이 썼는데 요새는 걔네들도 하나의 자원으로 생각하고 부산물이라 생각해서 대표적으로는 플라스틱 자원 그런 자원들 한번 사용해보자. 그런 관련된 연구를 하는데 바이오매스도 그렇고 그런 것들은 탄소가 베이스로 돼 있는데 저희도 현대차와 같이하는데 의외로 재미난 결과가 많습니다. 폭발적으로 반응이 나는 경우가 있어서 연구하다가 다칠 뻔도 하고 그만큼 어떤 조건을 잘 잡아주면 굉장히 폭발적인 반응을 하는데 이 폭발이 몇백 톤이 되는 곳에서 폭발이 나면 어마어마한 사고가 나니까 그런 부분들 하나씩 잡아가는 게 저희 건식 공정에서 하는 연구개발이지 않을까? 라고.”

-부산물이라고 하면 예를 들어서 철을 만들거나 뭐를 만들 때 공정 과정에서 쓰다 버리는. 예를 들어서 뭘 자르면 자르는 거에 찌꺼기 입자들이 날아다닌다거나 그런 걸 또 갖고 와서 재활용할 수도 있다는.

“네. 그럼요. 그것도 다 자원이지 않습니까. 우리나라에서 수입해온 자원. 예를 들면 그런 겁니다. 좀 우스갯소리긴 한데 타이타늄인 곳에서 제품을 만들면 50%가 절반이 스크랩이 나온다. 가공하다 보면 그렇게 나옵니다.”

-반을 버려요?

“네. 걔네들을 어떻게 활용할 수 있을 것인가. 걔들이 기술력이 부족하면 밖으로 내보내는 경우도 있고 이것도 사실 티타늄도 지금 연구 과정 중에 있습니다.”

-배터리도 생산하다 보면 그 활물질 분말들도 여기저기 엄청나게 버려지는 것도 있다는 식으로 얘기가 좀 나오는 거 같은데 그런 것도 좀 재활용할 수 있겠네요.

“그럼요. 충분히 가능성 있죠. 가장 대표적으로는 예를 들어서 탄소. 음극재를 만들다 보면 탄소 자원이 나오니까 그런 남은 것들을 다 활용하거나 할 수 있죠.”

-교수님이 발표하시는 유용자원 재활용 동향 기술에 대해서 궁금하시면 저희 웨비나 페이지 밑에 링크 달아놓을 테니까 들어와서 한 번 살펴봐 주시길 바랍니다. 교수님 오늘 말씀 너무 고맙습니다.

“감사합니다.”

정리_장현민 PD

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