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새로운 책임, 태양광 폐모듈 리파워링

기사승인 2020.07.15  11:15:05

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- 태양광 폐모듈 발생량 통계자료 기반 소개

한국의 태양광발전설비는 2017년 6GW, 2030년 41GW, 2050년 135GW 수준으로 지속적인 성장이 예측되고 있다. 재생에너지 3020정책에 따르면 우리나라는 2030년까지 재생에너지 발전량 비중을 20%까지 확대할 예정이며 이 정책이 시행되면서 2018년도 상반기에만 무려 .34GW가 보급되었다. 또한 한국형 FIT제도가 시행됨에 따라 지속적으로 설치량이 증가할 것이다.

하지만 재생에너지 보급이 확대된다는 것은, 곧 태양광패널이나 풍력터빈등 재생에너지에서 나오는 폐기물이 늘어난다는 것이다. 태양광 패널에는 수명이 있기 때문에 시간이 지나면 폐기물이 될 수밖에 없다. 수명을 다하고 폐기물이 되는 태양광 패널들을 태양광 폐패널이라고 부른다.

태양광 폐패널은 단지 우리나라의 문제만이 아니다. 00년대부터 태양광 설치량이 급증했기 때문에 패널의 수명을 평균 30년으로 가정하면 30년대 초부터는 상당한 폐패널들이 나올 것
으로 예상된다. IEA_IRENA(International Energy Agency-International Renewable Energy Agency)에 따르면 전세계폐모듈의 발생량을 두가지 시나리오로 분석하였는데, 첫번째
는 Regular-loss로 조기 폐기 없이, 태양광 모듈의 수명을 30년이로 가정한 것이고 두번째는 Early-loss로 30년 수명이전에 폐기하는 것을 고려한 것이다.

[자료1. 전세계 태양광 폐모듈 예측 전망, 2016-2050]출처 : IEANA

한국에너지공단의 태양광발전 신규보급용량, 제 8차 전력수급기본계획, 에너지기술원(2015)의 태양광 패널 기대수명(15~30년)을 바탕으로 태양광 폐패널 발생량을 환경부에서 산출해 보았다. 태양광패널은 기대수명(15년~30년)에 기초하여 태양광 폐패널 예상 발생량을 산출하였다.
태양광패널의 중량은 연도에 따라 1kW당 100kg, 80kg,65kg, 50kg을 적용하였다. 태양광 보급 전망, 제조사별 보증기간 및 평균 수명에 따라 폐패널 발생 전망은 달라질 수 있다.

[자료2. 태양광 폐패널 배출량 전망]출처 : 환경부, 태양광 폐패널 발생 및 처리 동향 보고서 발췌

해외 태양광 폐모듈 재활용 제도&방법

[유럽 WEEE-태양광 패널 전기전자 분리수거]
유럽의 경우 2007년 PV CYCLE이라는 단체를 설립해서 자체적으로 폐모듈 회수 및 재활용을 하기 시작했다. 그 이후 유럽은 2012년 8월에 “Directive 2012/19/EC”를 통해 WEEE(Waste Electrical and Electronic Equipment, 전기전자폐기물처리짐)에 태양광폐패널도 추가시켰다. WEEE란 전기전자폐기물의 재활용을 의무화하는 것인데, 유럽내 많은개별국(독일 외 14개국)은 지침을 기반으로 태양광 폐패널 재활용 의무를 법제화하고 있다.

WEEE의지침에 따라 ‘16년부터는 과거 3년간 판매된 전기 전자제품 평균 중량의 45%가 수거되어야 하며, 19년 이후에는 과거 3년간 판매된 전기전자제품의 평균 중량의 65% 또는 발생된 폐전기전자제품의 85%를 수거”해야 한다. WEEE는 태양광 패널의 재활용 단위 비율은 kg당 10원으로 매우 저렴한 가격이다.

또한 태양광 모듈과 배터리, 인버터,케이블 등 시스템일체에 적용위를 지정하였다. WEEE는 분담금을 판매수량 및 중량, MS에 따라 결정하고 발생비용은 판매가격에 직간접적으로 반영하며 체계적인 폐패널 재활용 정책을 구축하였다.

[자료3. WEEE지침에 의한 연간 수거 및 재활용 목표(mass %)]출처 : IEA-IRENA

[미국의 태양광 패널 분리수거]

또다른 예시는 미국의 캘리포니아 주이다. 캘리포니아 주에서는 태양광 폐패널의 수집, 재활용, 재사용 시스템의 구축을 장려하기 위해서 “태양광 패널 수집 및 재활용에 관한 법안”을 2015년에 발의하였다. 이 법안에서는 태양광 폐패널은 일반폐기물로 분류되어 일반폐기물 관리규정을 적용하였는데, 이에 따라 여러 유관 단체가 태양광 패널을 재활용 및 패기프로그램을 개발할 수 있도록 허용했다.

폐패널의 관리를 위한 기금은 캘리포니아에 있는 태양광 패널 제조사가 부담하고, 수명이 긴 모듈을 설계하도록 권장하고 있다. 태양광 폐모듈 자원화 기술전 세계적으로 태양광 폐모듈 분리수거와 올바르게 폐기하는 것에 집중하고 있다. 최근 수거 에만 그치는 것이 아닌 폐모듈의 각 구성을 재활용하는 태양광 폐모듈 자원화 시스템이 발전하고 있다. 태양광 모듈은 유리, 알루미늄, 실리콘, 구리, 은 등으로 구성되어 있어 이 중 90% 이상이 재활용이 가능하다.

태양광 모듈에 사용되는 금속들은 희유금속으로 우리나라는 제작을 위해 금속 수입에 의존하고 있는 실태다. 자원화 기술이 성공적으로 개발된다면 수입에 의존하던 현재의 문제점도 해결 가능할 것으로 보고있다. 현재 우리나라는 한국전력공사와 ㈜원광 전력이 함께 태양광 ‘ 폐모듈 자원화 기술 개발 및 Biz 모델 실증’ 사업을 진행하고 있다. 전연수 원광 전력 대표이사는 20년 12월까지 모델 실증을 만드는 계획과 함께 “태양광 폐모듈 자원화 원천기술의 연내 개발 완료를 위해 막바지 시운전 중이며 내년에는 강화유리, 알루미늄, 실리콘 등의 주요 자원을 재활용하는 상업운전을 개시하고 지적재산권 확보에 더욱 매진하겠다” 라고 밝혔다. 현재 태양광 폐모듈 자원화 기술은 물리적 공정기술과 화학적 공정기술 두가지로 크게 분류할 수 있다.

[태양광 폐모듈 자원화 기술-물리적 공정기술]태양과 폐모듈 자원화 기술 중 물리적 공정 기술
은 가열된 커팅날을 이용하여 태양광 폐모듈에서 셀과 강화유리, 알루미늄 프레임을 정교하게 분리해내는 것이 목표이다. 프레임 분리 장치를 이용하여 태양광 모듈의 프레임을 분리하고 셀 분리 장치를 이용하여 셀과 강화유리를 분리시킨다. 그 중 셀 분리 장치를 하나의 예시로 들어보자 셀 분리장치는 셀과 강화유리를 분리시키는 커팅날(도면도 311번)을 포함하고 있다. 양 끝단 날카로운 부분을 이용하여 셀과 강화유리 사이 EVA를 절단하여 제거한다.

또한 커팅날 양단에 발열 수단(도면도 312a번)이 포함되어 있어 내부에서 열을 발생할 수 있도록 한다. 가열된 상태로 더욱 깔끔하게 절단이 가능하다. 또한 도면도의 314번 부분은 압력센서로 측정되는 압력에 따라서 발열 수단의 온도와 커팅날의 회전 수단(도면도 313b번)을 이용하여 회전 각도를 조절한다. 도면도의 35번을 포함한 351a부터 352는 본체부로 커팅날을 움직여 셀과 강화유리를 분리할 수 있도록 해준다. 위 기술을 통해 분리된 알루미늄 프레임과 강화유리는 보수 후 다시 재활용이 가능하다.

[태양광 폐모듈 자원화 기술-화학적 공정기술]

태양광 모듈 실리콘 셀에서 실리콘, 은, 구리 등 유기 금속을 분리 회수하는 것이 화학적 공정 기술이다. 기존에 이러한 금속들은 화학 추출법(chemical extraction), 바이오 추출법(bioleaching), 전기환원법(electroreclamation) 등을 통해 분리되고 제거될 수 있었다.

화학 추출법은 염산이나 질산 등의 산과 용매를 사용하여 금속 및 유기화합물을 추출하는
방법이다. 바이오 추출법은 살아있는 유기물인 미생물을 이용하여 pH 1.5-2.0 조건에서 광석 내 금속을 추출하는 방법으로 Cu, Zn, Pb, As, Sb, Ni, Mo, Ag, Au, 및 Co 등을 추출할 수 있다. 화학 추출법과 같이 추출 과정에서 산을 이용한다는 공통점이 있다.

전기환원법은 전기분해를 이용하여 추출하는 방법으로 양극과 음극 사이의 전위차를 통해 금속을 추출하는 방법이다. 3가지 방법 모두 각각의 단점을 가지고 있어 태양광 자원화 기술에서는 적합하지 않다는 의견이 있다. 따라서 최근 나온 기술로 초임계 유체를 이용하는 유체 추출법(supercritical fluid extraction)이 있다.

모듈에서 금속을 추출하기 위해 EVA와 필름을 녹이는 과정에 열처리 공정을 이용하였다. 이때 금속산 화물이 생기게 되는데 그때 만들어진 산화구리를 추출하고 제거할 때 특히 유체 추출법이 적합하다. 태양광 폐모듈 자원화 기술은 현재 여러 방향으로 활발히 연구 진행중이다. 정부의 태양광 폐모듈 수거 지침 강화로 더욱 활발한 기술 개발이 기대된다.

초임계유체란 물질에 고온, 고압력을 가했을 때 생성되는 유체이다. 유체와 기체의 특성을 모두 가진 것이 특성이다. 액체와 가까운 밀도와 용해도를 가지며 기체와 가까운 열전도도와 확산도, 점도를 갖는다. 유체 추출법을 사용 할 때 장점으로는 추출할 때 잔존 용매가 나타나지 않아 친환경적이며 산을 사용하지 않아 인체에 무해하다. 또한 초임계 유체의 특성 덕분에 추출 효율이 높다. 기존 태양광 폐모듈에서 금속을 추출하기 위해 EVA와 필름을 녹이는 과정에 열처리 공정을 이용하였다. 이때 금속산화물이 생기게 되는데 그때 만들어진 산화구리를 추
출하고 제거할 때 특히 유체 추출법이 적합하다.

태양광 폐모듈 자원화 기술은 현재 여러 방향으로 활발히 연구 진행중이다. 정부의 태양광 폐모듈 수거 지침 강화로 더욱 활발한 기술 개발이 기대된다.

 

태양광 리파워링

전 세계적인 에너지전환의 흐름에 편승해 태양광 발전소가 급속도로 늘어나고 있으나, 아직 사후처리를 비롯한 제도적 장치가 미흡하여 이에 대한 대책으로 태양광 리파워링이 대두되고 있다. 리파워링은 ‘재활용해서 다시 사용할수 있게끔 하는 것’을 의미하는데, 태양광패널의 소재를 보면 알루미늄 프레임과 실리콘 그리고 유리와 구리 등으로 제작되어 있다보니, 재활용할 수 있는 부분이 최고 90% 정도 된다.

뿐만아니라, 재활용 태양광패널의 경우 평균 정격출력이 80% 이상이 되도록 전기 생산이 가능할수 있다는 장점이 있어 태양광 폐패널을 잘 활용한다면 자원을 최대한 절약한다는 측면과 자연 환경을 최대한 보호할 수 있기에 리파워링 관련 정책과 사례에 대해 알아보고자 한다.

2018년 한국태양광산업협회(회장 이완근), 환경부(장관 조명래), 산업통상자원부(장관 성윤모)는 ‘태양광 패널 생산자책임재활용제도 도입을 위한 업무협약(MOU)’을 체결했다. 이 업무협약은 대략 2023년부터 본격적인 배출이 예상되는 태양광 폐패널을 생산자책임재활용제도 대상 품목으로 포함해 태양광 폐패널의 재사용·재활용을 확대하는 것을 목적으로 한다.

더불어 재사용 관련 기술개발 지원, 수거·회수 시스템 구축 지원과 같은 정부 차원의 지원과 정책적 환경 조성도 기대된다. 또한 생산 자책임재활용제도의 안정적 도입을 위해 협회, 환경부, 산업부가 협력사업을 추진하고 제도를 정비하는 방안 등을 담았는데, 태양광 패널의 향후 발생량 예측을 위한 조사를 추진 후, 재사용·재활용 기준 마련등 재활용 비용의 적정성을 검증하기 위한 실증사업을 추진한다는 계획이라고 밝혔다.

태양광 폐패널에 유해 물질이 포함돼 있어 환경오염 우려가 있는데, 이에 대한 재활용 및 폐기 규정이 없다 논란에 대해 환경부는 기존에 마련된 ‘폐기물 관리법’을 비롯해 태양광 폐패널 적정 수거·재활용 체계를 재정비하겠다고 하였고, 이후 환경부는 태양광 폐패널을 생산자책임재활용(EPR) 대상 품목에 포함시키고 재활용 방법·기준을 세분화하는 한편, 지자체·사업장 등을 대상으로 태양광 폐패널 수거·처리 매뉴얼을 배포하고 현장 교육을 실시하겠다는 계획을 밝혔다.

이에는 태양광 폐패널 등 23개 품목에 생산자책임재활용제도(EPR)를 확대 적용하고, 전기차 폐배터리·태양광 폐패널 재활용의 방법·기준 등을 마련하는 내용의 ‘전기·전자제품 및 자동차의 자원순환에 관한 법률(이하 전자제품등자원순환법)’ 및 ‘폐기물관리법’ 하위법령 개정안을 입법한다는 내용이 포함되어 있었다. EPR(Extended Producer Responsibility)은 포장재·제품 생산업체에 자사 제품에서 발생하는 폐기물을 회수·재활용할 의무를 부여하는 제도를 말하고, RoHS(Restriction of Hazardous Substance)는 전자제품 제조 시 유해물질 사용을 제한하고 덜 유해한 물질로 대체하도록의무화하는 제도다.

그간 EPR 및 RoHS가 적용되는 전자제품은 냉장고, 세탁기, 텔레비전, 컴퓨터 등 27개 품목이었으나 태양광 패널, 탈수기, 헤어드라이어, 영상게임기 등 23개 품목이 추가되면서 총 50개
품목으로 늘어났다. 환경부는 본디 2021년부터 2023년까지 단계적으로 EPR 대상 품목을 모든 전자제품으로 확대할계획이라고 밝혔지만 환경부가 발표한 태양광 패널의 EPR 부과 관련 행정입법안에 대해 업계의 현실을 파악하지 못한 개정안이라며 태양광산업협회를 주축으로 지난 11월 7일, 환경부와 간담회를 열었다.

간담회에서는 법률적 미비점을 보완 실시하기로 하고, 2018년 11월 14일까지 입법예고 기간
으로 설정했던 시행령의 개정안 작업은 2019년 3월까지 연기했다. 또한, 개정안 시행 시기는 현재 계획된 2021년에서 최소 2023년으로 연기할 것을 논의하고 연기가 결정되었다. 재활용 산업이 성숙된 EU와 달리 제도만 가져와 쓰는 것은 시기상조라는 문제제기에 환경부는 EU도 2012년 전기·전자제품 처리지침(WEEE)을 개정해 태양광 패널을 EPR 대상에 포함한 후 재활용 인프라를 구축했다며, 입법예고된 법령안에서 폐패널 회수체계, 전문 재활용업체 등의 준비 기간을 고려해 시행시기를 2021년까지 유예한 것이라고 설명했다. 그러나 앞서 언급한 바와 같이 시행시기는 최소 2023년까지 연기될 전망이다.

더불어 내년부터 공공 수거체계 구축, 회수·재활용 시범사업 등을 통해 인프라를 구축하는 등 제도적 기반을 마련할 계획이다. 또한, 태양광 폐패널의 EPR 도입으로 부담하게 되는 회수·재활용 비용이 패널 생산금액의 30~40%에 달해 부담된다는 내용에 대해서는 시행령 개정안의 ‘단위비용’은 업체가 직접 부담하는 금액이 아니라며, 생산업체는 자체 산정한 ‘분담금’을 공제조합에 납부해 재활용 의무를 달성하고, ‘단위비용’은 재활용 미이행시 부과되는 부과금
산정기준으로 활용한다고 전했다.

2019년도 정부가 친환경 재생에너지 보급 확대와 에너지효율 혁신을 강조하는 가운데 정부는 '태양광 패널 생산자책임재활용제도' 도입을 마련하고 있으며, 친환경 에너지시스템 안착을 위해 계획입지제도 도입, REC 제도 개편 등 다양한 정책을 에너지 계획에 담았다. 또한 2021년 6월 준공 계획을 가지고 충북 진천에 태양광 재활용센터를 건설 중이고, 태양광 폐패널의 재활용도를 높이기 위해서 기술개발 지원이나 수거, 회수를 위한 시스템 구축 등과 같은 정부차원의 지원 또한 마련할 계획이라고 전하였다.

2020년 국내 최대 규모의 태양광 발전소 효율화(리파워링) 사업 공동 추진이 성공적으로 체결되었다. 켑코에너지솔루션과 쏘울이노베이션은 지난 13일 태양광발전소 리파워링 사업을 공동으로 추진하는 내용의 상호협력 양해각서를 체결했다고 밝혔다.

이번 협약은 노후 태양광 발전소의 효율 개선이 필요한 경우에 신형 양면모듈을 적용해 발전량을 늘리고 동일한 부지에 더 많은 설비용량을 설치할 수 있도록 하기 위해 마련됐다. 양사는 양면모듈로 교체하면 기존과 비교해 발전량이 30~40% 이상 증가하기 때문에 설비용량이 늘어나 사업자의 수익성 확보에 도움이 될 것으로 분석했다.

켑코에너지솔루션은 협약에 따라 리파워링 사업에서 태양광 초기비용 선투자와 설계·조달·시
공(EPC)을 담당하기로 하였고, 쏘울이노베이션은 국내 3000개소의 태양광 발전소를 위탁관리운영(O&M)하는 경험을 바탕으로 이번 사업에서 O&M서비스 및 신규사업 발굴을 담당한다. 양사는 올해 100MW 태양광 발전소 리파워링 사업이 가능할 것으로 전망했다. 현재 태양광 발전소는 2025년까지 약 500MW의 FIT 계약이 종료될 예정이다.

이에 대부분 FIT 발전 사업주들은 계약만료 이후 급격한 수익하락과 발전소 노후화로 인한 발전량 감소라는 이중고로 발전소 유지 여부를 고심하고 있다. 양사는 이러한 발전사업주의 어려움을 해결하고자 기존 PV모듈을 400와트피크(Wp)이상의 양면모듈로 교체하는 리파워링 사업을 추진한다. 사업주에게 기존대비 약 30~40%의 발전량을 증대하는 것을 목표로 FIT 발전사업주들의 수익을 개선하고 모듈 단위 용량 증대에 따라 발생하는 잔여부지에 신규 태양광
설치 사업을 가능하게 함으로써 부지확보에 어려움을 겪고 있는 태양광 시장의 활성화에도 기여할 계획이다.

기존 부지를 활용하기 때문에 전체 공사비에서 상당한 비중을 차지하는 토목공사 비용을 이낄
수 있으며 효율화 향상 및 추가 태양광 설치 등의 발전량 증가에 따른 수익 증가가 예상된다. 안지영 쏘울이노베이션 공동대표는 “리파워링은 재생에너지 효율화 방안으로 재생에너지 보급과 에너지 효율화등 두 마리 토끼를 잡는 사업”이라며 “인센티브 지원은 리파워링 활성화를 위한 좋은 방법이 될 것”이라고 말했다. 그는 또 “본 사업은 정부 에너지효율화 사업의 일환이면서 사업자에게 수익창출의 기회를 주며 노후패널 및 기자재의 재활용을 위한 부가적 산업 분야와의 상생을 통해 일자리 창출 및 신재생에너지 분야의 지속가능한 방향도 제시한다”고 설명했다.

향후 양사는 리파워링 사업을 통해 발생하는 철거 모듈을 리사이클링해 자원 선순환에 기여하
고 개발도상국에 자가용 태양광발전소 설치 프로그램에 기부할 계획이다. 지금까지 소각이나 매립 방식으로 처리되던 태양광 폐패널이 리파워링을 통해서 재사용이 가능하게 된다는 것은 신재생에너지 태양광발전사업이 오히려 제2의 환경 재난이라는 우려섞인 비판을 잠재울수 있는 좋은 방안이다. 하지만 생산자책임재활용제도(EPR)에도 두가지 측몉이 있는데태양광 모듈 구입비용 상승을 우려하는 측에서는 “최근 REC 하락으로 수익률이 바닥을 치고 있는 상황에서 마냥 환영할 일은 아니다”는 입장인 반면, “태양광 패널이 EPR 대상 품목으로 포함되면 합법적인 태양광 폐패널의 회수 및 재활용 시장이 열릴 것으로 기대된다”는 의견을 내놨다.

물론 이러한 제도의 도입이 현행 폐기물부담금 제도에 비해 태양광 패널을 친환경적으로 관리할 수 있는 방안이기는 하지만 폐기물발생으로 인한 환경부하를 저감하고, 업계의 부담도 증가하지 않는 수준으로 분담금을 책정해 생산자 책임재활용제도와 폐기물부담금이 이중과세가 되지 않도록 하여 모두를 고려하는 신중한 도입이 필요하다고 여겨진다. 또한 태양광을 중심으로 에너지전환에 나서고 있는 국내에서도 다양한 협의와 구체적인 대책 마련이 필요할 것으로 보인다.

 

R.E.F 16기 김 미 림
alfla2221@gmail.com

R.E.F 17기 이 지 윤
98marylee@gmail.com

R.E.F 16기 전 예 지
yeezi1827@gmail.com

R.E.F 16기 김 미 림 alfla2221@gmail.com

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