[논문]태양광 폐모듈 실리콘을 재활용한 메커니컬 실 제조공정의 환경성평가

신병철; 신지원; 권우택; 최준철; 선주형; 장근용

doi:10.7464/ksct.2022.28.3.203

태양광 폐모듈 실리콘을 재활용한 메커니컬 실 제조공정의 환경성평가
Environmental Impact Evaluation of Mechanical Seal Manufacturing Process by Utilizing Recycled Silicon from End-of-Life PV Module 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.28 no.3, 2022년, pp.203 - 209

신병철 ((주)그린컨테크, 기술연구부) , 신지원 ((주)그린컨테크, 기술연구부) , 권우택 (한국세라믹기술연구원, 탄소중립소재센타) , 최준철 (드림마이닝(주) 기술연구소) , 선주형 ((주)플러스매니저, 기술연구소) , 장근용 ((주)플러스매니저, 기술연구소)

초록
AI-Helper

본 연구에서는 태양광 폐모듈 해체과정에서 회수한 실리콘을 재활용하여 기계구조용 메커니컬 실을 제조하는 공정에 대해 전과정평가 방법에 의한 환경성평가를 수행하였다. 재활용 실리콘은 고순도 정제 후 탄소와 반응시켜 β-SiC 입자로 합성하고 압축 성형, 소결 및 열처리를 거쳐 제품을 생산한다. 현장 데이터 수집 및 환경부 LCI DB를 활용하여 각 단계별로 자원고갈, 산성화, 부영양화, 지구온난화, 오존층파괴, 광화학산화물 등 6개 영역의 환경영향을 산정하였다. 영향범주 별 환경영향은 지구온난화 45 kg CO₂, 광화학산화물 2.23 kg C₂H₄으로 크게 나타났으며 가중화 분석결과 광화학산화물, 자원고갈 및 지구온난화에 의한 환경영향이 98.7%로 높은 기여도를 차지하였다. 원료 실리콘과 탄소를 미분쇄 혼합하는 습식공정과 β-SiC 과립화 공정이 주요한 환경영향 유발요인이므로 건식공정으로 전환 및 대기 배출되는 용매는 회수하여 재이용하는 시스템으로 개선이 필요하다. 폐모듈 실리콘의 재활용에 의해 자원고갈의 영향은 53.9%, 지구온난화는 60.7% 감소하며 가중화 결과 전체적인 환경영향이 27% 감소하는 것으로 분석되어 폐모듈 재활용은 자원절약과 탄소중립 실현의 주요 수단이 될 수 있음을 LCA 분석으로 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

An environmental evaluation was conducted by employing LCA methodology for a mechanical seal manufacturing process that uses recycled silicon recovered from end-of-cycle PV modules. The recycled silicon was purified and reacted with carbon to synthesize β-SiC particles. Then the particles underwent compression molding, calcination and heat treatment to produce a product. Field data were collected and the potential environmental impacts of each stage were calculated using the LCI DB of the Ministry of Environment. The assessment was based on 6 categories, which were abiotic resource depletion, acidification, eutrophication, global warming, ozone depletion and photochemical oxidant creation. The environmental impacts by category were 45 kg CO2 for global warming and 2.23 kg C2H4 for photochemical oxide creation, and the overall environmental impact by photochemical oxide creation, resource depletion and global warming had a high contribution of 98.7% based on weighted analysis. The wet process of fine grinding and mixing the raw silicon and carbon, and SiC granulation were major factors that caused the environmental impacts. These impacts need to be reduced by converting to a dry process and using a system to recover and reuse the solvent emitted to the atmosphere. It was analyzed that the environmental impacts of resource depletion and global warming decreased by 53.9% and 60.7%, respectively, by recycling silicon from end-of-cycle PV modules. Weighted analysis showed that the overall environmental impact decreased by 27%, and the LCA analysis confirmed that recycling waste modules could be a major means of resource saving and realizing carbon neutrality.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Scope definition
그림 Figure 1. Process flow diagram of Si recycling from end-of-life PV module in mechanical seal manufacturing process.
표 Table 2. Results of life cycle inventory analysis
표 Table 3. Results of characterization
그림 Figure 2. Characterization for abiotic resource depletion (ADP).
그림 Figure 3. Characterization for global warming potential (GWP).
그림 Figure 4. Impact contributions of input and greenhouse gas on global warming potential.
그림 Figure 5. Characterization for of eutrophication potential (EP).
그림 Figure 6. Characterization for photochemical oxidant creation potential(POCP).
그림 Figure 7. Comparison of environmental impact based on input and output materials.
그림 Figure 8. Improvement of environmental impact by Si recycling from end-of-life PV module in mechanical seal manufacturing process.

참고문헌 (18)

Lee, K., and Cha, J., "Management of Solar Photovoltaic Panels under the Extended Producer Responsibility Legislation," J. Korean Soc. Miner. Energy Resour. Eng., 56(4), 367-376 (2019).
Kim, T. G., and Kim, K. Y, "Utilization Technology of Solar Photovoltaic Waste Panels," KISTEP Tech. Brief, 2021-13 (2021).
Cho, J. Y., Park, A., Yun, H. M., Jun, Y. S., and Kim, J. S., "Current Status and Utilization Technology of End-of Life Photovoltaic Modules," J. of Korean Inst. of Resources and Recycling, 29(4), 15-30 (2020).
Latunussa, C. E. L., Ardente F., Blengini, G. A., and Mancini L., "Life Cycle Assessment of an Innovative Recycling Process for Crystalline Silicon Photovoltaic Panels," Solar Energy Mater. Solar Cells, 156, 101-111 (2016).
Kim, G. M., and Jang, H. K., "SiC Powder Manufacturing through Silicon Recovery from Waste Si Solar Cells," J. of The Korean Solar Energy Society, 41(4), 173-180 (2021).
Dietzel, W., and Vasko, J., "The Evaluation and Application of Mechanical Seal Face Materials," 44th Turbomachinery & 31st Pump Symposia, 1-16 (2015).
Bajagain, R., Panthi G., An, Y. J., and Jeong, S. W., "Current Practices on Solar Photovoltaic Waste Management: An Overview of the Potential Risk and Regulatory Approaches of the Photovoltaic Waste," J. Korean Soc. Environ Eng., 42(12), 690-708 (2020).

상세보기
Kim, H. J., Kwon, Y. S., Choi, Y. G., Chung, C. K., Baek, S. H., and Kim, Y. W., "Life Cycle Assessment on the Reuse of Glass Bottles," Clean Technol., 15(3), 224-230 (2009).
Zimmermann, A. W., Wunderlich, J., Langhorst, T., Wang, Y., Armstrong, K., Muller, L. J., and Buchner, G. A., "Techno-Economic Assessment & Life Cycle Assessment Guidelines for CO 2 Utilization," Global CO 2 Initiative (2020).
Choi, J. N., An, J. J., Park, P. J., Lee, J. J., Lee, G. W., and Chang, B. J., "Development of a Strategic Platform for Carbon Upcycling Technologies," KICET (2020).
Muteri, V., Cellura, M., Curto, D., Franzitta, V., Longo, S., Mistretta, M., and Parisi, M. L., "Review on Life Cycle Assessment of Solar Photovoltaic Panels," Energies, 13, 1-38 (2020).
Lunardi, M. M., Alvarez-Gaitan, J. P., Bilbao, J. I., and Corkish, R., "A Review of Recycling Processes for Photovoltaic Modules," Solar Panels and Photovoltaic Materials, Chapter 2, 9-27 (2018).
Lunardi, M. M., Alvarez-Gaitan, J. P., Bilbao J. I., and Corkish, R., "Comparative Life Cycle Assessment of End-of-Life Silicon Solar Photovoltaic Modules," Appl. Sci., 8, 1-15 (2018).
https://www.greenproduct.go.kr/epd/epd/total.do (accessed Jan. 2022).
https://www.kncpc.or.kr/resource/lci_pass.asp (accessed Jan. 2022).
https://ecoinvent.org/the-ecoinvent-database/login/ (accessed Jan. 2022).
Lorenz, D., and Morris D., "How Much Energy Does It Take to Make a Gallon of Ethanol?," Institute for Local Self-Reliance (1995).
Mendez, L., Fornies1, E., Garrain, D., Vazquez, A. P., Souto, A., and Vlasenko, T., "Upgraded metallurgical grade silicon and polysilicon for solar electricity production: A comparative life cycle assessment," Sci. Total Enviro., 789, 1-56 (2021).

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
저장형식	Text(ASCII format) Excel format RefWorks Direct Export RIS format (for Reference Manager, ProCite, EndNote), Scholar's Aids, Mendeley
메일정보	받는사람 (필수) @ 보내는사람 (선택) @ 제목 내용 KISTI 검색결과 이메일 서비스
안내	총 건의 자료가 검색되었습니다. 다운받으실 자료의 인덱스를 입력하세요. (1-10,000) 검색결과의 순서대로 최대 10,000건 까지 다운로드가 가능합니다. 데이타가 많을 경우 속도가 느려질 수 있습니다.(최대 2~3분 소요) 다운로드 파일은 UTF-8 형태로 저장됩니다. 파일의 내용이 제대로 보이지 않을실 때는 웹브라우저 상단의 보기 -> 인코딩 -> 자동선택 여부를 확인하십시오. ~ Text(ASCII format) Excel format

연합인증