한국세라믹기술원이 폐 태양광 모듈 자원순환 산업의 미래를 밝히는 획기적인 돌파구를 마련했다.

한국세라믹기술원 연구진이 개발한 폐모듈 재활용 공정 방식 전환 모식도. 한국세라믹기술원 제공

한국세라믹기술원은 연구팀( 김수민·최문희·신효순 박사 )이 폐 태양광 모듈의 재활용 과정에서 발생하는 실리콘 태양전지 폐기물을 친환경적이고 인체에 무해한 방식으로 재자원화하는 기술을 세계 최초로 개발했다고 8일 밝혔다.

연구팀은 실리콘 태양전지 폐기물을 이용해 수소가스를 생성하는 동시에 금속 자원을 추출하는 데 성공했다.또 폐 태양광 모듈을 적층형으로 분리하는 기술을 이용해 수소의 대량생산이 가능한 공정 기술도 개발했다.

실리콘 태양광 패널로 대표되는 태양전지는 풍력발전, 수소, 연료전지 등과 함께 신재생에너지 산업의 핵심적인 역할을 맡고 있다.

또 전력 생산 원 중 유일하게 빛을 전기로 변환하는 광기전력효과를 사용해 높은 에너지 전환 효율을 가지고 있다.

하지만 이러한 장점에도 불구하고 기존에 대량 보급됐던 태양광 패널의 수명이 종료되는 시기가 도래함에 따라, 폐기 처리해야 하는 태양광 패널 발생이 급격히 증가할 것으로 예상돼 해결책이 필요한 시점이다.

이에 세라믹기술원 연구팀은 폐기된 실리콘 태양전지 조각의 금속성 오염 문제로 인해 재자원화가 어려운 부분을 발상의 전환을 통해 해결하고자 했다.

기존에는 태양광 모듈 폐기 과정에서 실리콘을 덮고 있는 부품들을 단계별로 한 겹씩 제거하는 방식(프레임→정션박스→백시트→유리→EVA→금속)을 적용하고 있다.

하지만 최종단계의 처리 과정에서 여러 환경 오염 물질이 발생하는 문제점이 있었다.

이번 연구에서는 폐모듈을 샌드위치 구조 형태로 절삭해 실리콘 단면을 노출하고 염기성 용액을 이용해 실리콘을 액상으로 추출할 수 있는 방식을 개발했다.

이는 기존 폐기 과정에서 발생하는 매연과 폐수 등의 환경오염 요인은 현저히 줄이면서 고체상태의 봉지재와 유가금속을 추출할 수 있도록 했다.

또 “염기성 용액과 실리콘의 반응으로 수소 가스가 발생하는 과정을 확인했으며, 이 연구 결과를 토대로 차세대 신규 청정 수소 제작을 위한 핵심 기초 기술을 확보한 것으로 판단된다”고 연구팀은 말했다.

김수민 박사는 “폐 태양광 패널의 재활용 과정에서 단순 폐기 대상인 실리콘 태양전지를 통해 신규 청정 수소 생산을 위한 재자원화가 가능한 것은 큰 의미가 있다”며 “연료전지를 개발하는 다양한 국내 연구진과 공동연구를 통해 수소의 운송 및 보관의 영역까지 확대 적용할 수 있다면 수소연료전지 분야의 세계적인 기술 강국으로 거듭날 수 있을 것”이라고 말했다.

한편 이번 연구 성과는 기술성을 인정받아 ‘폐태양전지의 처리장치와 그 방법(2024년 10월)’에 대해 특허 출원을 완료했다.