폐디스플레이 재활용 자동화 공정개발 성공

▲ (왼쪽 네번째 부터)조봉규 글로벌 탑 환경기술개발사업단장, 김진균 고등기술연구원 원장과 (왼쪽 두번째)연구책임자 이찬기 박사 등 관계자들이 연구성과 발표회를 갖고 기념촬영을 하고 있다.

폐디스플레이의 소재를 재활용하고, 4차 산업혁명에 부합하는 데이터베이스 기반 스마트 운전관리 시스템과 해체시 수은 등의 유해물질을 안전하게 처리하는 폐디스플레이 재활용 자동화 공정이 개발돼 국내 디스플레이 및 자원 재활용 업계가 주목하고 있다.

고등기술연구원(원장 김진균)은 최근 환경부와 한국환경산업기술원의 지원 아래 ‘글로벌탑 환경기술개발사업’(사업단장 조봉규)을 추진하고 있는 고등기술연구원 이찬기 박사 팀이 사용 후 폐디스플레이로부터 유가자원을 회수하기 위한 부품 소재별 탈거/회수 체계 개선 및 해체 작업 시 배출되는 유해성 물질에 대한 안정적인 해체 기술 개발에 성공했다고 5일 밝혔다.

개발된 해체/선별 자동화 시스템은 국내 최대 규모로 국내 폐가전 재활용 센터 보급을 통해 연간 발생하는 4만5,000톤의 폐디스플레이를 모두 처리할 수 있는 혁신적인 재활용 기술이다.

■ 주요 기술 4차 산업혁명에 부합·처리 효율 극대화·작업자 안전까지 고려

고등기술연구원이 산·학·연 공동연구를 통해 개발한 ‘폐디스플레이 재활용 기술’은 크게 △스마트 비전인식 시스템 △해체/분리 시스템 I, II, III △CCFL 자동화 처리 공정으로 구분할 수 있다.

핵심기술인 ‘데이터베이스 기반 스마트 운전관리 시스템’은 단순 수작업에 의존하던 디스플레이 해체 작업의 효율 극대화 및 분리된 소재의 고부가가치화가 가능하다.

이 기술은 4차 산업혁명에 부합하는 데이터베이스 기반의 ‘스마트 비전 인식 시스템’을 도입해 작업자들에게 맞춤형 작업 정보를 제공해 주기 때문에 숙련도와 무관하게 향상된 처리 효율을 기대할 수 있다.

기존 폐디스플레이 처리는 다수의 제조사에서 다양한 모델을 생산하고 있기 때문에 구성 부품을 해체하는데 통일된 해체 작업 적용이 불가하고 부품도 다양해서 유용자원의 적절한 분류가 어려웠으나 고부가가치를 지닌 소재를 손쉽게 분리할 수 있도록 정보를 제공해 주기 때문에 판매 이익의 극대화가 가능하다.

두 번째로 공정 효율 극대화 및 처리량을 증대 시켰다.

각 공정별 작업시간을 고려해 공정별 작업대를 구성함으로써 작업시간 차이에 따른 병목 구간을 해소했으며, 공정라인을 병렬 구조로 개선함으로써 시스템의 공정 효율 극대화가 가능하다.

세 번째 핵심 기술은 CCFL 처리 공정 무인화다.

수은을 함유하고 있는 CCFL 처리 공정 단계는 ‘CCFL 자동화 처리 장치’를 통해 완전 자동 무인화 처리를 하기 때문에 작업자의 수은 접촉을 원천 봉쇄하고 고수은 함유 물질을 무해화 시킬 수 있다는 점에서 큰 강점을 갖는다.

CCFL 처리시 발생하는 실시간 기상수은을 포집하고 작업자의 수은 노출을 원천 봉쇄했으며 자력선별 및 진동 스크린을 통해 수은 함유 파쇄물을 분리함으로써 잔류 수은의 회수 및 포집이 가능하기 때문에 모든 폐기물에서 수은 배출 허용 기준치를 충족한다.

이번 기술 개발로 국내에서 발생하는 폐LCD TV를 모두 처리할 수 있을 것으로 보이며, 기존에 폐기 및 매립으로 처리하던 품목들의 유용한 활용방안을 제시함으로써 경제성 향상 및 환경 문제 해소에도 상당 부분 기여할 것으로 기대된다.

■ 폐디스플레이 재활용 공정 기술 절실

현재까지 국내 폐디스플레이 재활용 공정은 재활용 기술 체계 자체가 확립돼 있지 않아 작업자의 단순 수작업에만 의존하고 있어 재활용 수준이 매우 낮다.

현재 국내 발생 폐디스플레이 양이 지속적으로 증가하고 있으나 이와 관련된 해체/분리 기술 관련 플랜트 및 실증화 장비가 전무한 상황이다.

국내 폐가전 재활용 센터의 연간 폐디스플레이 처리량은 약 8,400톤으로, 연간 국내 폐디스플레이 발생량인 4만5,000톤 전량을 처리하는 것이 불가능하다.

특히 수작업에 의존하고 있는 기존 기술은 해체, 분리 과정 중 인체에 유해한 물질의 발생으로 인한 안정성 문제와 환경오염 위험성이 존재하고 있다.

디스플레이 부품 중 냉음극 형광램프(CCFL)에는 인체에 치명적인 수은이 최대 38㎎ 함유돼 있어 수작업시 작업자가 수은에 무방비로 노출되는 문제가 있다.

소재 재활용·작업자 안전·스마트 운전관리 1석3조
연간 140만대 재활용시 348억 경제적 효과 달성

■ 국내 4만5천톤 폐디스플레이 재활용시 약 145만톤 CO₂ 배출량 감소·348억 경제효과

현 기술을 이용하면 폐디스플레이 한 대 재활용 시 약 1만9,000원 가량의 매출을 기대할 수 있지만 처리 용량이 턱없이 부족해 만족할 만한 경제성을 확보하지 못하는 실정이다.

개발된 ‘폐디스플레이 재활용 기술’은 처리 속도와 처리 용량 모두 기본 대비 1.5∼5배 향상된 기술로, 국내 발생량 전부를 처리 가능해 경제성과 환경성을 크게 향상시킨 것으로 판단된다.

개발된 해체/선별 기술을 활용할 경우 연간 140만대(4만5,000톤 규모)의 폐디스플레이 처리가 가능하며, 이를 통해 약 145만톤의 CO₂ 배출량 감소 효과와 348억원의 경제적 효과가 발생할 것으로 전망된다.

또한 공정 도입 시 연간 처리 용량의 증대로 인해 작업자 1인당 발생하는 매출효과를 최대 3.3배 높일 수 있을 것으로 기대된다.

PCB와 플라스틱의 등급별 분류를 통해 부가가치를 높이고, 유리 및 CCFL의 위탁 처리 비용 절감을 통해 경제성 향상이 예상된다.

더불어 EU의 WEEE 규정 달성이 가능한 재활용 기술 확보할 수 있으며, 매립/폐기 되는 전자폐기물의 양을 극소화 해 토양 오염 감소와 더불어 매립에 이용되는 국토를 최소화 할 수 있다.

이와 함께 현재 특별한 기준 없이 수작업으로 진행되고 있던 폐디스플레이 재활용에 본 개발 기술 적용 가능하며, 가전제품 재활용 관련 분야에 연관된 기술 전파 및 재활용 분야의 기술 표준화를 선점할 수 있다.

폐디스플레이의 부품 소재별 해체/회수 체계 확립 및 재생 유리 소재화/상품화 기술개발로 재활용 부가가치의 상승효과도 기대된다.

또한 개발 공정의 경우 재질별, 유가자원 함량별 분류를 통해 판매 제품의 부가가치를 극대화시켰을 뿐만 아니라 CCFL의 친환경 처리를 통해 일반폐기물로 배출함으로써 경제성 향상에 기여한다.
판매 단가 및 처리 용량 향상을 통해, 개발된 기술은 기존 기술 대비 약 3.5배의 경제적 효과를 지닌 것으로 판단된다.

5,000톤/년 설비를 갖추는데 필요한 장비 도입비는 약 17억5,000만원으로, 이를 통한 손익분기점을 계산해 보면 약 1.84년으로 추정된다.

폐디스플레이 해체/선별 및 유리 재활용 플랜트 구축을 통해서 이와 관련된 새로운 일자리 창출이 가능하며 2차, 3차 재활용 제품 생산을 통해서 새로운 일자리 및 경제 활동 창출이 가능할 것으로 보인다.

더불어 재활용 제품의 고부가가치 소재화 사업을 통해 관련 산업의 활성화 및 파생되는 신산업 분야의 중소기업 육성 및 이에 따른 새로운 일자리 창출이 가능하다.

■ 고등기술연구원, 파일럿 설비 구축·적용범위 확대

전 세계적으로 폐디스플레이는 가정, 학교, 공공기관 등에서 필수적으로 사용되고 폐기물이 지속적으로 발생하는 것에 비해 아직까지 전문화된 해체/선별 기술 및 무해화 공정이 부재하다. 따라서 폐디스플레이 재활용 기술 개발은 파급 효과가 상당할 것으로 기대되며, 해외 현지 기술 설명회를 통해 확인된 많은 관심을 바탕으로 향후 해외 시장 진출에 대한 기대감도 크다.

고등기술연구원은 ‘폐디스플레이 재활용 기술’과 관련된 3건의 기술실시 계약, 8건의 특허 등록, 18건의 SCI급 논문 게재 등의 성과와 더불어 5,000톤 규모의 폐디스플레이 재활용 파일럿 플랜트 설비를 구축했다. 실증 완료된 플랜트 설비는 국내 리싸이클링센터와 협약을 통해 우선 보급을 하고 점차 적용 범위를 확대할 예정이다.

김진균 고등기술연구원 원장은 “폐디스플레이 재활용 기술은 작업자들에게는 안정적인 작업 환경과 작업 편의성을 제공하고, 관리자들에게는 플랜트 통합 운영 관리 시스템 제공 및 고부가가치화를 실현시킬 수 있는 기술”이라며 “이번 기술 개발을 통해 국내 디스플레이 산업 위상에 걸맞은 재활용 기술 역시 갖추게 될 것”이라고 밝혔다.

▲ 폐디스플레이 해체/선별 자동화 시스템

▲ 폐디스플레이 처리 공정 흐름도

▲ CCFL 자동화 처리장치(左) 및 수은증류장치(右)

▲ 스마트 비전 인식 시스템을 이용한 정보 제공 내역

▲ 표에서 명시된 구성품별 단가 및 중량 적용 후 연간 처리 대수 140만대 적용 시 연간 325억원의 경제적 효과가 발생한다.