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문제 정의
- 본 연구에서는 ICT 기기인 스마트폰과 노트북 PC의 대표 모델을 선정하여 이들의 자원화 가치를 분석하였다. 기기를 구성하는 각 파트별 금속 및 비금속의 함유량을 평가하고 각 파트가 갖는 경제적 가치를 계산하였다.
가설 설정
- 성분 분석을 수행하기 위해 선행 연구 조사를 통하여 각 부품별 분석 대상 성분을 선정하였다. 각 제품별 부품 구성 성분의 질량비는 차이가 있으나 종류는 크게 다르지 않다는 가정 하에 인쇄회로기판, 배터리, 디스플레이, 케이스, 전자부품에 포함된 금속의 종류를 조사하였다. 플라스틱의 경우 부품 내 기재사항 및 제조 업체가 제공한 정보 및 FT-IR을 통해서 조성을 조사하였다.
제안 방법
- 기기 내 파트별 금속의 성분 및 가치 비율을 분산형 그래프로 나타내었다. X축을 질량 분율, Y축을 가치 분율로 하였고 각 축을 log-log scale로 변환하여 미소분율에 대한 정보를 확대하여 표현하였다. 단일 성분의 가치가 0.
- com에서 제공되는 자료를 참고하였다11). 각 금속의 2017년 평균 가격을 산출하여 사용하였고 USD 등 외환으로 공시된 가격은 KEB 하나은행의 2017년 최종일 평균 매매기준율을 참고하여 원화로 환산하였다. 금속으로 거래되지 않아 공시 가격이 없고 제품에도 미량 포함되어 가치 분석에 영향을 끼치지 않는 Ca, Ba, Dy은 성분분석 결과에 포함되나 가치 산정 시에는 포함시키지않았다.
- 휴대폰과 노트북 PC 등 ICT 기기에 함유된 금속 및 비금속의 함유량을 평가하고 이로부터 기기의 자원화 가치를 분석하였다. 각 파트별 함유량 및 가치가 높은 물질을 분석하였고 최종적으로 각 기기 내 함유된 파트별 질량 및 가치 비율을 조사하였다. LG와 삼성의 스마트폰과 노트북 PC를 대상으로 진행된 본 연구에서 얻어진 결과를 요약하면 아래와 같다.
- 귀금속과 금속, 유리 성분의 경우 회취법, AAS, 그리고 ICP-MS 분석 방법을 이용하여 정량적으로 성분 분석을 수행하였다. 플라스틱의 경우 단일 재질이 아닌 복합 재질인 경우가 많고, 정량 분석을 할 수 있는 방법이 어려워 FT-IR 분석을 통하여 주요 플라스틱 성분을 파악하는 정성적인 방법을 사용하였다.
- 1% 이하인 물질들에 대해서는 질량, 가치를 모두 합산하여 Others로 나타내었다. 기기 내 파트별 금속의 성분 및 가치 비율을 계산한 후 최종적으로 기기 내 금속의 성분 및 가치 비율, 기기 내 파트의 성분 및 가치 비율을 산출하였다.
- 본 연구에서는 ICT 기기인 스마트폰과 노트북 PC의 대표 모델을 선정하여 이들의 자원화 가치를 분석하였다. 기기를 구성하는 각 파트별 금속 및 비금속의 함유량을 평가하고 각 파트가 갖는 경제적 가치를 계산하였다.
- 성분 분석은 다음과 같은 과정을 따라 진행되었다. 선정된 스마트폰, 노트북 PC를 구매 후 부품별로 해체하고, LG전자와 삼성전자에서 제공하는 부품별 성분 항목과 부품에 표기되어 있는 정보를 활용하여 성분을 확인할 수 있는 것은 따로 분석하지 않고 무게만을 측정하였다. 성분 분석이 필요한 부품일 경우 무게를 측정한 후, 복합 재질이면 부품 전체를 0.
- 플라스틱의 경우 단일 재질이 아닌 복합 재질인 경우가 많고, 정량 분석을 할 수 있는 방법이 어려워 FT-IR 분석을 통하여 주요 플라스틱 성분을 파악하는 정성적인 방법을 사용하였다. 성분 분석 결과 정리 시에 가장 성분 비율이 높은 5가지 플라스틱인 ABS(아크릴로나이트릴부타디엔스티렌), PC(폴리카보네이트), PMMA(폴리메타크릴산메틸), PET(폴리에틸렌테레프탈레이트), PS(폴리스티렌)과 그 복합물(ABS+PC, ABS+PMMA)을 주요 플라스틱으로, 그 이외의 플라스틱은 기타 플라스틱으로 항목을 구분하여 정리하였다.
- 성분 분석이 필요한 부품일 경우 무게를 측정한 후, 복합 재질이면 부품 전체를 0.5 cm × 0.5 cm 크기 이하로 절단한 후 마이크로밀을 이용하여 분쇄하여 분석 시료를 제조하였고, 단일 재질이면 일정 부분을 샘플링하여 마이크로밀로 분쇄하였다.
- 스마트폰과 노트북 PC를 인쇄회로기판, 배터리, 디스플레이, 케이스, 기타 부품 등 다섯 부분으로 분리하여 각 파트에 대한 성분 분석을 진행하였다. 인쇄회로기판(Printed Circuit Board Assemblies, PCBAs)은 플라스틱과 금속으로 이루어진 인쇄회로기판에 부품들이 실장된 형태이다10).
- 자원화 가치 계산 시 재활용 비용을 고려하지 않은 각 성분의 순수 가치만을 분석하였으며, 이는 각 성분의 무게(g)와 무게에 해당하는 가격(원/g)을 곱하여 산출하였다.
- . 철은 폐 금속류로 구분되는 철스크랩의 가격(2017년 전국 평균 가격)을 기준으로 산정하였고 플라스틱은 정량적인 성분 분석이 어렵다는 점을 고려하여 평균 폐 플라스틱 가격(플레이크 형태 ABS, PS, PP의 2017년 전국 평균 가격)을 사용하였다. 유리의 가격은 백색 폐 유리의 가격(2017년 전국 평균가격)을 기준으로 하였다.
- 각 제품별 부품 구성 성분의 질량비는 차이가 있으나 종류는 크게 다르지 않다는 가정 하에 인쇄회로기판, 배터리, 디스플레이, 케이스, 전자부품에 포함된 금속의 종류를 조사하였다. 플라스틱의 경우 부품 내 기재사항 및 제조 업체가 제공한 정보 및 FT-IR을 통해서 조성을 조사하였다. 각 파트별 분석 대상 성분을 정리하여 Table 2에 나타내었다.
- 휴대폰과 노트북 PC 등 ICT 기기에 함유된 금속 및 비금속의 함유량을 평가하고 이로부터 기기의 자원화 가치를 분석하였다. 각 파트별 함유량 및 가치가 높은 물질을 분석하였고 최종적으로 각 기기 내 함유된 파트별 질량 및 가치 비율을 조사하였다.
대상 데이터
- 가장 대표적인 ICT 기기인 스마트폰과 노트북 PC 중 국내 최대 가전제품 제조사인 LG전자와 삼성전자의 기기를 대상으로 하였다. 스마트폰의 경우 각 사의 대표 모델인 LG의 G4(모델명: F-500)와 삼성의 GalaxyS6(모델명: SM-G920)를, 노트북 PC의 경우 LG의 울트라 그램(모델명: 13ZD940-GX30K)과 삼성의 아티브(모델명: NT905S3G-K1WD)를 각각 분석 대상으로 선정하였다.
- 대부분 비철금속의 가격은 한국광물자원공사의 한국자원정보서비스(KOMIS)에 공시되는 자료를 참고하였고 희토류인 Nd의 가격은 mineralprices.com에서 제공되는 자료를 참고하였다11). 각 금속의 2017년 평균 가격을 산출하여 사용하였고 USD 등 외환으로 공시된 가격은 KEB 하나은행의 2017년 최종일 평균 매매기준율을 참고하여 원화로 환산하였다.
- 성분 분석을 수행하기 위해 선행 연구 조사를 통하여 각 부품별 분석 대상 성분을 선정하였다. 각 제품별 부품 구성 성분의 질량비는 차이가 있으나 종류는 크게 다르지 않다는 가정 하에 인쇄회로기판, 배터리, 디스플레이, 케이스, 전자부품에 포함된 금속의 종류를 조사하였다.
- 가장 대표적인 ICT 기기인 스마트폰과 노트북 PC 중 국내 최대 가전제품 제조사인 LG전자와 삼성전자의 기기를 대상으로 하였다. 스마트폰의 경우 각 사의 대표 모델인 LG의 G4(모델명: F-500)와 삼성의 GalaxyS6(모델명: SM-G920)를, 노트북 PC의 경우 LG의 울트라 그램(모델명: 13ZD940-GX30K)과 삼성의 아티브(모델명: NT905S3G-K1WD)를 각각 분석 대상으로 선정하였다.
- . 시기적으로 Mobile phone 1이 가장 오래된 휴대폰이고 Mobile phone 2가 그 이후에 출시된 휴대폰이며 본 연구의 대상이었던 휴대폰이 가장 최신의 스마트폰이다. Table 2에서 확인할 수 있듯 Mobile phone 1에서도 Au이 전체 가치 중 가장 높은 비율을 차지했지만, 귀금속 중 Pd의 가치도 상당히 높음을 알 수 있다.
- 철, 플라스틱, 유리의 가격은 한국환경공단 자원순환 정보시스템에서 제공하는 ‘재활용 가능자원 가격조사’자료를 참고하였다12).
성능/효과
- 양 사 기기에서 모두 PET, PMMA, PS의 성분이 40 wt.% 대로 높게 나타났으며 스마트폰 디스플레이와 마찬가지로 InGa, Al의 가치 비율이 높은 것을 확인할 수 있었다. 그 외 미량의 Sn이 발견되었으며 LG 기기와 삼성 기기의 구성 성분 차이가 크지 않은 것으로 나타났다.
- 7원, 101원으로 산출되었다. LG 사의 제품은 Cu (43.2%), Ag (15.3%), Sn (10.9%)의 순으로, 삼성 사의 제품은 Ag (24.9%), Nd (24.3%), Cu (24.2%)의 순으로 가치가 높은 것으로 확인되었다. 스마트폰과 마찬가지로 내부 프레임을 구성하는 Fe의 무게 비율이 매우 높은 것으로 나타났고 PE가 그 뒤를 이었다.
- 기기 전체에서 금속의 가치를 비교한 결과 Co의 가치가 전체 기기 가치의 50% 이상으로 가장 높게 나타났고 Au의 가치는 약 10 ~ 30% 범위를 갖는 것으로 나타났다. LG 스마트폰의 경우 Au의 가치가 전체 가치의 63.8%로 가장 높았고 Co의 가치가 27.1%로 분석되었다. Cu의 가치는 모든 기기에 걸쳐 1 ~ 10% 범위를 가졌고 그 외 성분은 기기별로 상이하였다.
- 1원인 것으로 나타났다. LG 제품의 경우 Mg이 60% 이상의 가치를 차지했으며 삼성 제품의 경우 Al, Cu가 각각 57.4%, 23.0%의 가치를 차지하였다. 무게 비율로는 LG 제품은 플라스틱(27.
- 23원인 것으로 확인되었다. LG와 삼성이 IPS와 OLED로 각각 다른 디스플레이 패널을 사용하기 때문에 무게와 가치 측면에서 차이가 있는 것으로 확인되었다. 특히 LG 기기의 경우 PET, PMMA, PE, EVA 등 플라스틱의 가치가 디스플레이 부품의 55% 이상 차지하는 것으로 나타났으며 무게 비율도 60 wt.
- 6 g이며 자원화 가치는 약 2,911원, 551원으로 나타났다. 가치 비율의 경우 Au이 다른 금속에 비해 압도적으로 높은 것으로 확인되었다(LG: 93.2%, 삼성: 75.9%). 뒤이어 LG 기기의 경우 Ag과 Cu, 삼성 기기의 경우 Cu와 Pt 순으로 가치가 높은 것으로 나타났다.
- 전체적으로 LG 기기에서 PET, PMMA, PE가 발견된 것을 제외하고 두 디스플레이 성분의 구성비가 매우 유사한 것으로 확인되었다. 각 사의 노트북 PC 디스플레이의 무게는 약 194.05 g, 222.64 g이고 자원화 가치는 약 121.04원, 166.62원인 것으로 확인되었다. 양 사 기기에서 모두 PET, PMMA, PS의 성분이 40 wt.
- 각 파트별 성분을 분석한 결과 인쇄회로기판은 Au의 가치가 모든 기기에 대해서 가장 높았으며 그 외 Cu의 가치가 높은 것으로 확인되었다. 노트북 PC의 경우 Ta의 가치가 스마트폰에서 보다 높은 것으로 분석되었다.
- 삼성 기기의 디스플레이에서는 EVA만이 약 11%의 무게 비율로 발견되었다. 그 외 디스플레이의 핵심 금속인 In과 Ga이 두 기기에서 각각 약 30%, 60%의 가치가 있는 것으로 분석되었다. 전체적으로 LG 기기에서 PET, PMMA, PE가 발견된 것을 제외하고 두 디스플레이 성분의 구성비가 매우 유사한 것으로 확인되었다.
- 4%, 배터리가 약 30%의 가치를 차지하였다. 그 외 파트는 스마트폰은 기타 부품, 케이스, 디스플레이 순으로, 노트북 PC는 케이스,디스플레이, 기타 부품 순으로 가치가 높았다.
- 1%). 그 외의 활물질에 쓰이는 Li과 배터리 내 전극에 사용되는 Cu, Al의 가치 비율이 높은 것으로 확인되었지만 LG 기기의 배터리 내 Li을 제외하고는 전체 배터리 가치의 5%를 넘지 못하는 것으로 나타났다. 양극재인 Ni의 경우는 LG 기기에서는 0.
- 기기 내 파트별 가치는 LG 스마트폰을 제외하고 배터리의 가치가 60% 내외로 가장 높게 나타났고 PCBA가 20 ~ 30% 범위의 가치를 갖는 것이 확인되었다. LG 스마트폰은 PCBA 가 65.
- 기기 전체에서 금속의 가치를 비교한 결과 Co의 가치가 전체 기기 가치의 50% 이상으로 가장 높게 나타났고 Au의 가치는 약 10 ~ 30% 범위를 갖는 것으로 나타났다. LG 스마트폰의 경우 Au의 가치가 전체 가치의 63.
- 케이스의 경우 기기별로 구성성분이 상이하였고 플라스틱의 가치가 상대적으로 높았다. 기타 부품의 경우 Au와 Cu의 가치가 높게 나타났고 스마트폰의 경우에 노트북 PC에 비해 Nd의 가치가 높은 것이 확인되었다.
- 노트북 PC의 성분 및 가치를 Table 2와 비교해 본 결과, 이전에는 Au이 가장 가치있는 금속 종류였지만, 휴대폰의 경우와 마찬가지로 배터리의 중요성이 증가함에 따라서 Co의 사용량이 상당히 증가했음을 확인할 수 있었다. Cu 성분은 비율상 큰 변화가 없음을 확인할 수 있었다.
- 0%의 가치를 차지하였다. 무게 비율로는 LG 제품은 플라스틱(27.4 wt.%, PC, PC+ABS 복합물, PA)과 SiO2(26.7 wt.%)가, 삼성 제품은 Al(29.4 wt.%)과 SiO2(34.3 wt.%)가 많은 양을 차지하는 것으로 분석되었다. 한편 각 사 노트북 PC 케이스의 무게는 474 g, 853 g이고 자원화 가치는 937원, 842원인 것으로 확인되었다.
- 인쇄회로기판과 배터리가 무게당 가치 비율이 다른 부품들에 비해 높게 나타났으며 디스플레이와 케이스의 경우 그 가치가 상대적으로 매우 낮게 나타났다. 배터리의 경우 휴대폰이나 노트북 PC 등 전자제품의 종류와 무관하게 일정한 가치를 갖는 것으로 확인되었다. 한편 휴대폰의 경우 기타 부품의 가치가 노트북 PC에 비해서 약 10배 가까이 높게 나타나는 것을 확인하였다.
- LG 제품은 스마트폰과 마찬가지로 Mg의 가치가 52%를 차지해 가장 높았고 Cu가 27%로 뒤를 이었다. 삼성 제품은 플라스틱이 35%를 차지해 가장 가치가 높은 것으로 나타났다.
- 6%를 각각 차지하였다. 스마트폰의 경우 기타 부품, 케이스, 디스플레이 순으로 가치가 높았으며 노트북 PC의 경우 케이스, 디스플레이, 기타 부품 순으로 가치가 높은 것으로 나타났다.
- 전체적인 금속의 조성 비율은 양 사 제품이 큰 차이를 보이지 않는 것으로 확인되었다. 스마트폰의 인쇄회로기판의 경우와 마찬가지로 Cu의 무게 비율이 가장 높고(LG: 36.9 wt.%, 삼성: 37.5 wt.%) Au의 가치 비율이 가장 높은 것으로 나타났다(LG: 42.7%, 삼성: 54.4%). 한편 Ta의 함유량 및 가치 비율은 휴대폰의 경우에 비해 높은 것으로 확인되었다.
- 그 외의 활물질에 쓰이는 Li과 배터리 내 전극에 사용되는 Cu, Al의 가치 비율이 높은 것으로 확인되었지만 LG 기기의 배터리 내 Li을 제외하고는 전체 배터리 가치의 5%를 넘지 못하는 것으로 나타났다. 양극재인 Ni의 경우는 LG 기기에서는 0.02%, 삼성 기기에서는 0.38%의 가치를 차지하는 것으로 나타났다. 각 사의 노트북 PC 배터리의무게는 약 151.
- 05 g이며 가치는 158원, 116원인 것으로 확인되었다. 양사 제품 모두 Au의 가치가 각각 80%, 71%를 차지하여 가장 높았다. 스마트폰의 진동자에 사용된 Nd은 10.
- 9에 나타내었다. 인쇄회로기판과 배터리가 무게당 가치 비율이 다른 부품들에 비해 높게 나타났으며 디스플레이와 케이스의 경우 그 가치가 상대적으로 매우 낮게 나타났다. 배터리의 경우 휴대폰이나 노트북 PC 등 전자제품의 종류와 무관하게 일정한 가치를 갖는 것으로 확인되었다.
- 케이스는 플라스틱이나 금속류가 사용되나 경량화 경향에 맞춰 복합 소재가 사용되는 경우도 있어 해체 및 성분 분석 시 주의하였다. 전자 부품은 스피커(Speaker), 카메라(Camera) 등의 부품을 포함하며 인쇄 회로기판과 함유 금속의 종류는 비슷하지만, 스피커, 진동자 등이 포함되어 있다는 점에서 자석 성분의 비율이 높고, 구성 플라스틱의 종류에 차이가 있을 것으로 예상되었다.
- 그 외 디스플레이의 핵심 금속인 In과 Ga이 두 기기에서 각각 약 30%, 60%의 가치가 있는 것으로 분석되었다. 전체적으로 LG 기기에서 PET, PMMA, PE가 발견된 것을 제외하고 두 디스플레이 성분의 구성비가 매우 유사한 것으로 확인되었다. 각 사의 노트북 PC 디스플레이의 무게는 약 194.
- 9 g으로 나타났으며 자원화 가치는 약 1,496원, 1,383원인 것으로 분석되었다. 전체적인 금속의 조성 비율은 양 사 제품이 큰 차이를 보이지 않는 것으로 확인되었다. 스마트폰의 인쇄회로기판의 경우와 마찬가지로 Cu의 무게 비율이 가장 높고(LG: 36.
- 한편 휴대폰의 경우 기타 부품의 가치가 노트북 PC에 비해서 약 10배 가까이 높게 나타나는 것을 확인하였다. 최종적으로 전자기기의 무게별 자원화 가치는 LG의 경우 스마트폰과 노트북 PC가 각각 28,506원/kg, 7,053원/kg, 삼성의 스마트폰과 노트북 PC는 각각 13,499원/kg, 4,831원/kg인 것으로 나타났다.
- 4 g이며 자원화 가치는 약 1,318원, 1,097원으로 나타났다. 특히 양극 활물질로써 필수적인 Co의 가치가 두 기기에서 모두 절대적으로 높게 분석되었다(LG: 91.4%, 삼성 92.1%). 그 외의 활물질에 쓰이는 Li과 배터리 내 전극에 사용되는 Cu, Al의 가치 비율이 높은 것으로 확인되었지만 LG 기기의 배터리 내 Li을 제외하고는 전체 배터리 가치의 5%를 넘지 못하는 것으로 나타났다.
- 4%). 한편 Ta의 함유량 및 가치 비율은 휴대폰의 경우에 비해 높은 것으로 확인되었다.
- Sn과 Ni이 뒤를 이었으며 삼성 기기의 경우 플라스틱 종류가 많이 관찰되었다. 한편 인쇄회로기판에서만 존재하는 희소금속인 Ta의 함유량 및 가치는 크게 높지 않은 것으로 나타났다. 각 사의 노트북 PC 인쇄회로기판의 무게는 약 111 g, 92.
- 배터리의 경우 휴대폰이나 노트북 PC 등 전자제품의 종류와 무관하게 일정한 가치를 갖는 것으로 확인되었다. 한편 휴대폰의 경우 기타 부품의 가치가 노트북 PC에 비해서 약 10배 가까이 높게 나타나는 것을 확인하였다. 최종적으로 전자기기의 무게별 자원화 가치는 LG의 경우 스마트폰과 노트북 PC가 각각 28,506원/kg, 7,053원/kg, 삼성의 스마트폰과 노트북 PC는 각각 13,499원/kg, 4,831원/kg인 것으로 나타났다.
후속연구
- 이러한 순환자원 구성 성분 및 경제적 가치에 대한 데이터의 확보는 리싸이클링 공정을 설계하고 도시광산업을 운영하기 위하여 반드시 필요하다. 더 나아가서 폐 ICT 기기의 자원화 가치 분석을 통하여 신뢰성 있는 데이터 및 통계 자료를 확보할 경우 이를 기반으로 하여 구체적이고 현실적인 자원순환 정책을 수립하고 추진할 수 있을 것이다.
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