후쿠시마, 태양광 패널 유리 재활용 선도…과제와 혁신, 향후 과제

후쿠시마의 태양광 패널 유리 재활용 사업: 재생에너지 지속가능성의 새 장

한때 원전 사고의 대명사였던 후쿠시마현이 이제 새로운 환경 과제 해결의 선두에 나섰다. 폐기되는 태양광 패널의 강화유리를 재활용하는 일이다. 일본의 태양광 발전 확대가 성숙기에 접어들면서, 2030년대 중반부터 매년 수십만 톤의 태양광 패널 폐기물이 발생할 것으로 예상된다. 이 유리를 주택용 단열재로 재활용하려는 후쿠시마의 선도적 노력은 일본 전역과 그 너머에 본보기가 될 수 있다.

일본에서 태양광 패널 폐기가 위기로 떠오르는 이유는?

일본의 태양광 에너지 도입은 2011년 후쿠시마 원전 사고 이후 본격화했다. 재생에너지에 고정 가격을 보장하는 고정가격매입제도(FIT)가 2012년 도입되면서 전국적으로 태양광 설비 설치 붐이 일었다. 그 결과 일본의 태양광 누적 설비용량은 2022년 8,500만킬로와트에 달해 세계 3위에 올랐다.

하지만 태양광 패널의 일반적인 수명은 20~30년이다. 2010년대 초 설치된 패널이 이제 수명을 다해가고 있다. 환경성은 2030년대 후반부터 매년 50만~80만 톤의 태양광 패널을 폐기해야 할 것으로 추산한다. 이는 기존 산업폐기물 처리 시설과 매립지가 감당하기 어려운 규모다.

현재 대부분의 태양광 패널은 매립 처리되지만, 이런 방식은 지속가능하지 않다. 패널에는 납과 경우에 따라 카드뮴 같은 유해 물질이 포함돼 있어 적절히 관리하지 않으면 환경으로 유출될 수 있다. 폐기물 규모가 크고 매립지가 제한적인 만큼 지속가능한 처리·재활용 방안을 찾는 일이 시급해졌다.

태양광 패널 유리는 어떻게 재활용되나?

태양광 패널은 여러 층으로 구성된 복합 장치다. 햇빛을 받는 최상층은 고순도 강화유리로 만들어진다. 그 아래에는 에틸렌비닐아세테이트(EVA) 수지층, 태양전지(대개 실리콘 기반), 또 다른 EVA층, 후면 시트가 차례로 놓인다. 유리는 EVA를 이용해 태양전지에 접합돼 있어 분리하기가 쉽지 않다.

후쿠시마에서는 다카라요(주), 도시마 글라스, 파라마운트 글라스 제조(주) 등 세 기업이 이 문제를 해결하기 위해 힘을 모았다. 재활용 과정은 다음과 같다.

• 사용한 태양광 패널에서 보호 유리를 떼어내 작은 조각으로 분쇄한다.
• 분쇄한 유리를 병 등에서 나온 폐유리와 섞는다.
• 혼합물을 용광로에서 녹인다.
• 녹은 유리를 섬유 형태로 뽑아 주택용 단열재로 활용한다.

이 방식은 유리의 매립을 줄일 뿐 아니라 건설업계에 유용한 제품도 만든다. 시험 결과 태양광 패널 유리 1톤을 단열재 100톤에 섞어도 최종 제품의 품질에는 문제가 없는 것으로 나타났다.

주요 과제는 무엇인가?

가능성에도 불구하고 태양광 패널 유리 재활용에는 상당한 걸림돌이 있다.

• 수익성: 유리를 단순 폐기하는 것보다 재활용 비용이 더 많이 든다. 태양광 패널 유리에는 일반 병유리와 다른 물질이 포함돼 있어 혼합 비율을 조정하는 데 시간이 많이 걸린다.
• 규모: 파라마운트 글라스는 본격적인 상용화를 위해 보호 유리가 최소 월 100톤 필요하다고 추산한다. 현재 시험 생산에 쓰이는 양은 월 1톤에 불과하다.
• 운송 비용: 태양광 발전소에서 재활용 시설까지 무거운 유리를 운반하면 비용이 늘어난다. 후쿠시마현은 사업 지원을 위해 운송비 보조를 시작했다.
• 기술적 복잡성: 유리를 다른 패널 구성 요소, 특히 EVA 수지와 내장 금속에서 분리하려면 전문 장비와 공정이 필요하다.

혁신과 업계 전반의 노력

후쿠시마의 사업은 효과적인 태양광 패널 재활용 기술을 개발하려는 일본 전역의 움직임 가운데 하나다. 여러 기업과 연구기관이 혁신적인 해법을 모색하고 있다.

• 다케이(주)는 후쿠시마현 소마시에 ‘PV 리사이클링 해머’를 이용해 패널을 분쇄하고 유리를 분리하는 시설을 가동했다. 이 시설은 하루 약 9톤의 패널을 처리할 수 있으며, 처리 능력을 확대할 계획이다. 검사에 합격한 패널은 재판매하고, 나머지는 해체해 알루미늄과 유리 등을 회수한 뒤 재활용하거나 적절히 폐기한다.
• AGC(주)는 태양광 패널의 커버 유리를 건축용 고부가가치 제품인 판유리로 재활용하는 데 성공했다. 재활용 유리는 천연 원료보다 가공에 필요한 에너지가 적어 이 공정은 원료를 절약하고 온실가스 배출을 줄인다.
• 미쓰비시케미컬그룹은 고온으로 태양광 패널의 봉지재를 기체로 바꿔 유리, 은, 구리, 알루미늄을 쉽게 회수하는 기술을 개발했다. 이 방식은 재활용 비용을 20~30% 줄이고 패널 소재의 약 99%를 재사용할 수 있게 한다.
• NPC와 도시바 환경솔루션은 ‘핫 나이프’ 기술과 강철 브러시 연마 등 태양전지 셀에서 유리를 분리하는 기계적 방식을 개발했다. 이들 기술은 재활용 작업의 효율성과 수익성을 높이는 데 목적이 있다.

회수 유리의 가치가 낮다는 점에서 이런 혁신은 중요하다. 폐유리 가격은 킬로그램당 0.5~1엔에 불과하다. 재활용을 사업성 있는 방식으로 만들기 위해 기업들은 고부가가치 제품을 만들거나 처리 비용을 낮출 방안을 찾고 있다.

정부 정책: 태양광 패널 재활용 의무화 추진

일본 정부는 다가오는 폐기물 문제의 규모를 인식하고 태양광 패널 재활용을 의무화하는 방안을 추진하고 있다. 경제산업성과 환경성은 기업에 태양광 패널 재활용을 의무화하고 미이행 시 벌칙을 부과하는 법안을 마련할 계획이다. 구체적인 재활용 방식과 재정 지원을 포함한 지원책을 마련하기 위해 전문가 회의도 구성하고 있다.

현재 재활용은 의무가 아니며, 대부분의 패널은 매립된다. 새 정책은 자원 활용을 최적화하고 환경 영향을 최소화하며 일본의 제도를 국제 기준에 맞추는 것을 목표로 한다. 유럽연합(EU)은 2012년부터 태양광 패널 재활용을 의무화했으며, 미국 일부 지역에서도 유사한 규정을 도입하고 있고 중국에서도 검토 중이다.

정부는 더 가볍고 활용도가 높지만 수명이 짧은 페로브스카이트 태양전지(PSC) 같은 신기술 개발도 지원하고 있다. 차세대 패널의 재활용 비용을 보전하기 위한 보조금도 검토되고 있다.

환경·경제적 영향

태양광 패널 재활용은 여러 환경적 이점을 제공한다.

• 매립 폐기물 감소: 제한된 매립지로 향하는 유리와 기타 소재의 양을 줄인다.
• 오염 방지: 적절한 재활용으로 납과 카드뮴 같은 유해 물질이 토양과 물로 유출되는 것을 막는다.
• 자원 절약: 회수한 유리, 알루미늄, 실리콘을 재사용해 신규 원자재 수요와 에너지 소비를 줄인다.
• 온실가스 배출 감축: 유리 생산에 재활용 소재를 사용하면 천연 원료를 사용할 때보다 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다.

경제적으로는 재활용의 수익성을 확보하는 것이 과제다. 회수 소재의 낮은 가치와 높은 처리 비용이 장벽이다. 정부 보조금, 기술 혁신, 고부가가치 재활용 제품 개발이 모두 해결책의 일부다.

국가적 모델로서 후쿠시마의 역할

후쿠시마가 태양광 패널 재활용을 선도하는 데에는 여러 의미가 있다. 후쿠시마현은 일본에서 연간 태양광 발전량이 가장 많고, 2011년 원전 사고 이후 재생에너지 확대에 힘써왔다. 재활용 기반을 구축하고 업계 협력을 이끌며 정부 지원을 확보한 경험은 비슷한 과제에 직면한 다른 지역의 본보기가 될 수 있다.

후쿠시마의 노력은 일본 재생에너지 부문에서 순환경제로 전환하려는 더 큰 흐름의 일부이기도 하다. ‘소마 순환공원’과 태양광 패널 재사용·재활용을 위한 웹 플랫폼의 출범 같은 사업은 지속가능성과 자원 효율성에 대한 관심이 높아지고 있음을 보여준다.

일본의 태양광 패널 재활용, 다음 단계는?

폐기되는 태양광 패널이 늘어나는 가운데 일본은 재생에너지 폐기물을 지속가능하게 관리할 능력을 시험받고 있다. 앞으로 추진해야 할 주요 과제는 다음과 같다.

• 매년 수십만 톤의 패널을 처리할 수 있도록 재활용 사업을 확대한다.
• 비용 효율적이고 효과적인 재활용 기술을 개발한다.
• 재활용 의무 규제를 시행하고 준수 여부를 관리한다.
• 수익성을 높일 수 있도록 고부가가치 재활용 제품 개발을 장려한다.
• 가능한 경우 패널 재사용을 촉진한다. 특히 성능 기준이 덜 엄격한 지역에서 이를 추진한다.

성과를 내려면 정부와 업계, 연구기관의 지속적인 협력은 물론 지속가능한 에너지 활용에 대한 대중의 지지가 필요하다.

요약

• 일본에서는 2030년대 후반까지 태양광 패널 폐기물이 연간 최대 80만 톤에 이를 것으로 예상돼 위기가 다가오고 있다.
• 후쿠시마현은 태양광 패널 유리를 단열재로 재활용하는 사업을 선도하며 전국의 본보기가 될 가능성을 보이고 있다.
• 높은 비용과 기술적 복잡성, 대규모 처리 능력 확보가 재활용의 걸림돌이다.
• 혁신 기술과 정부 보조금이 재활용의 사업성을 높이는 데 기여하고 있다.
• 환경과 자원 문제에 대응하기 위한 재활용 의무 규제가 마련되고 있다.
• 후쿠시마의 선도적 역할은 일본 재생에너지 부문에서 순환경제로 전환하려는 더 큰 흐름을 반영한다.
• 일본의 청정에너지 전환을 장기적으로 지속가능하게 하려면 태양광 패널을 효과적으로 재활용하는 일이 필수적이다.