광산폐기물에서 핵심위기광물 경제적 회수 전략

1. 요약

• 리포트의 목적은 글로벌 수요 증가와 공급의 불안정에 직면한 핵심위기광물을 광산폐기물에서 재처리하여 회수하는 전략을 분석하는 것이다. 미국, 유럽연합, 호주, 캐나다 등 주요 국가의 핵심위기광물 목록과 재활용 전략을 검토하며, 특히 경제적 가능성에 중점을 두고 다양한 사례를 통해 현황을 파악하고 문제점을 도출하였다. 스마트 그라운드 프로젝트와 같은 사례를 통해 유럽의 여러 국가에서 광산폐기물의 재처리 가능성을 실험하였으며, 피누타와 카세세의 사례는 이러한 노력이 실제 회수 가능성을 높일 수 있음을 보여줍니다.

2. 핵심위기광물의 정의와 중요성

• 2-1. 핵심위기광물의 개념

• 핵심위기광물은 산업 전반에 필수 불가결한 원자재로, 대체재가 없고 공급이 불안정하여 확보가 어려운 자원을 일컫습니다. 미국, 유럽연합, 캐나다 등 주요 국가들이 이들 광물을 규정하고 있으며, 이는 정치적·경제적 상황에 따라 공급의 불안정성이 커지고 있습니다. 또한, 희유금속의 수요는 급증하고 있으며, 타 금속에 비해 생산량이 작지만 수요는 비례하여 증가하고 있습니다. 예를 들어, 갈륨의 생산은 1973년부터 2015년까지 2,800% 증가하였고, 이는 컴퓨터 칩과 같은 현대 산업의 발전에 기인합니다.

• 2-2. 핵심위기광물의 수요 증가 배경

• 핵심위기광물의 수요 증가의 배경에는 산업의 변화가 있습니다. 2000년대 이후 금속의 수요가 폭발적으로 증가하였고, 중국의 경제성장과 중산층의 팽창이 중요한 요인으로 작용하였습니다. 1995년부터 2015년까지 생산된 구리 중 절반 이상이 20년 간의 생산량에 해당하며, 이는 구리의 수요 또한 계속 증가하고 있음을 보여줍니다. 특히 태양광 패널, 풍력 터빈, 전기 자동차 등 청정에너지 산업에서의 수요가 핵심위기광물의 공급 대책을 더욱 어렵게 하고 있습니다.

• 2-3. 공급 불안정성의 원인

• 공급 불안정성의 원인은 자원의 편재성과 정치적 요인에 기인합니다. 예를 들어, 중국은 전 세계 희토류의 40%를 매장하고 있으며, 핵심위기광물의 60% 이상을 생산하고 있어 국제적으로 공급망의 위기 요소로 작용하고 있습니다. 이러한 상황 속에서, 미국은 캐나다, 호주와 함께 CMMI(critical minerals mapping initiative)를 발족시켜 새로운 공급원을 찾고 있으며, 유럽연합은 관련 기술 개발 및 정책 수립을 통해 공급망의 위기성을 감소시키기 위한 노력을 기울이고 있습니다.

3. 주요 국가의 핵심위기광물 목록

• 3-1. 미국의 핵심위기광물 목록

• 미국은 자국의 생산이나 인접한 교역국으로부터 자원 수요를 충족하기 어려운 상황에 직면하고 있으며, 중국, 러시아, 콩고 등 정치적으로 불안정한 관계의 국가들에 의존하고 있습니다. 이에 따라 핵심위기광물 목록을 통해 자원 확보 전략을 모색하고 있습니다. 이를 위해 CMMI(critical minerals mapping initiative)를 발족시키고, 핵심위기광물이 주요 광물에 동반 되도록 하는 지질학적 현상을 밝혀 공급원을 찾는 노력을 강화하고 있습니다.

• 3-2. 유럽연합의 핵심위기광물 목록

• 유럽연합은 CRM 목록을 발표하고, 폐광 자원 및 전자폐기물에 대한 재활용 기술 개발을 통해 핵심위기광물을 확보하는 데 주력하고 있습니다. 유럽연합 차원에서 스마트 그라운드 프로젝트를 통해 광산폐기물의 재처리 관련 정보를 수집하고 있으며, 2차 공급원으로서의 가능성을 점검하고 있습니다. 이 프로젝트에는 이탈리아, 스페인, 핀란드, 헝가리, 영국 등 유럽 5개국이 포함되어 있으며, 광산폐기물의 재처리 가능성을 실험하고 있습니다.

• 3-3. 호주 및 캐나다의 핵심위기광물 목록

• 호주는 세계 최대의 광업 국가 중 하나로, 영국, 유럽연합, 미국, 일본, 한국 등 국제적인 산업에서 주요한 광물 및 금속을 우선적으로 선정하여 핵심위기광물 목록을 작성했습니다. 캐나다 또한 자국 상황에 맞춰 핵심위기광물을 정립하며, 이들을 통합적으로 확보하기 위한 다양한 전략을 마련하고 있습니다.

4. 광산폐기물에서의 핵심위기광물 회수 연구 동향

• 4-1. 광산폐기물의 정의 및 특성

• 광산폐기물은 금속 채굴 및 가공 과정에서 발생하는 부산물로, 보통 원금속과 함께 다수의 미량 금속이 포함되어 있습니다. 이러한 폐기물은 자원으로서 재활용될 가능성이 크지만, 그 품질과 성분의 다양성으로 인해 재처리 과정에서의 분석과 전략 수립이 필요합니다. 특히, 광산폐기물은 이미 선광 과정을 거친 경우가 많아 에너지 소모가 적고 최종 폐기물의 양을 줄일 수 있는 장점이 있습니다.

• 4-2. 광산폐기물 재처리 기술 개요

• 광산폐기물 재처리 기술은 선광, 제련, 그리고 새로운 초림 기술을 포함하여 다양한 방법이 존재합니다. 최근에는 선진 기술을 통해 낮은 품위의 광산폐기물에서도 희유금속을 경제적으로 회수할 수 있는 가능성이 증가하고 있습니다. 예를 들어, 2차 공급원으로서의 광산폐기물의 재처리는 청정에너지와 관련된 산업에서 중요한 자원으로 부각되고 있습니다. 그러나 현재의 재처리 공정에서 경제성을 확보하기 어려운 점이 여전히 존재합니다.

• 4-3. 광산폐기물에서의 핵심위기광물 회수 사례

• 유럽연합의 스마트 그라운드(SMART GROUND) 프로젝트와 같은 사례를 통해, 이탈리아, 스페인, 핀란드, 헝가리, 영국에서 광산폐기물 재처리 공정이 수행되었습니다. 예를 들어, 스페인의 피누타 광산에서는 폐광 폐기물에서 주석, 탄탈륨, 니오븀 등이 회수되었습니다. 또한, 우간다 카세세에서는 바이오 제련 공정을 통해 코발트를 회수하는 성공적인 사례가 보고되었습니다. 이러한 연구들은 광산폐기물 재처리가 핵심위기광물을 확보하는 데 중요한 역할을 할 수 있음을 보여줍니다.

5. 국제 사례 연구

• 5-1. 유럽에서의 광산폐기물 회수 프로젝트

• 유럽연합 차원에서는 스마트 그라운드(SMART GROUND) 프로젝트를 진행하였습니다. 이탈리아, 스페인, 핀란드, 헝가리, 영국 등 5개국에서 실시된 이 프로젝트는 광산폐기물을 포함한 추출공정폐기물의 재처리를 위한 파일럿 규모 연구에 집중하였습니다. 이 프로젝트는 정보수집, 관련 규정 검토 및 현장 연구를 통해 광산폐기물의 물리적, 화학적 및 광물학적 특성을 분석하고, 이에 기반하여 금속 회수 가능성을 평가하는 데 필요한 정보를 구축하였습니다.

• 5-2. 칠레의 광산폐기물 데이터베이스

• 칠레의 국립지질광업연구소(SERNAGEOMIN)는 광산폐기물에 대한 데이터베이스를 구축하여 제공하고 있습니다. 이 데이터베이스는 광산명, 위치, 소유자 및 가행여부와 같은 정보는 물론, 57개 금속의 농도 정보도 포함되어 있습니다. 특히, 이 중 22개의 금속이 유럽연합의 핵심위기광물(CRM) 목록에 포함되어 있어, 이러한 데이터를 활용한 희토류, 바나듐 등 핵심위기광물의 회수 가능성에 대한 경제성 분석 연구가 수행되었습니다.

• 5-3. 스마트 그라운드 프로젝트의 성과

• 스마트 그라운드 프로젝트는 다양한 국가에서 수행된 연구를 통해 광산폐기물 재처리의 경제적 가능성을 촉진하였습니다. 특히, 스페인의 피누타(Penouta) 광산은 탄탈륨 및 니오븐 회수 가능성을 입증하여 1985년 폐쇄된 후 2018년 재가동되었습니다. 또한, 우간다의 카세세(Kasese)에서는 바이오 제련 공정을 통해 코발트 회수의 경제성을 입증하였습니다. 이러한 사례들은 광산폐기물로부터 핵심위기광물을 회수하는 연구와 기술 개발이 유망한 방향으로 진행되고 있음을 보여주고 있습니다.

6. 광산폐기물 재처리의 경제적 가능성

• 6-1. 경제성 분석의 필요성

• 핵심위기광물의 확보는 지속 가능한 산업 발전을 위해 매우 중요합니다. 특히, 2차 세계대전 이후 금속 수요가 급증하였고, 2000년대에는 그 수요가 폭발적으로 증가하였습니다. 미국과 유럽연합, 일본 등 주요 국가들은 이러한 수요에 대응하기 위해의 금속 및 원자재의 위기성을 분석하고 있습니다. 그러나 핵심위기광물의 공급은 불안정한 상황이며, 이들 광물의 거래는 비공식적인 계약에 의해 이루어지기 때문에 정확한 통계 수치를 확보하기 어려운 실정입니다. 따라서 광산폐기물로부터 핵심위기광물을 회수하기 위한 경제성 분석이 필요합니다.

• 6-2. 자본적 지출(CAPEX)의 영향

• 광산폐기물의 재처리 경제성을 확보하기 위해서는 자본적 지출(CAPEX) 관리가 필수적입니다. 최근 연구에 따르면, 핵심위기광물 회수 공정의 경제성이 자본적 지출에 크게 의존하고 있으며, 이를 낮추는 노력이 필요합니다. 광산폐기물의 경우 이미 선광 공정을 거쳤기 때문에 에너지 소모가 적고 환경 부담이 적은 장점이 있습니다. 따라서 자본적 지출을 낮출 수 있는 효율적인 재처리 공정 개발이 중요합니다.

• 6-3. 재활용 기술 개발의 방향성

• 재활용 기술 개발은 핵심위기광물의 경제적 회수 가능성을 높이는 중요한 요소입니다. 유럽연합의 스마트 그라운드 프로젝트와 같이 핵심위기광물 회수 가능성을 검토하기 위한 다양한 기술 개발이 이루어지고 있습니다. 이러한 기술들은 광산폐기물의 물리적, 화학적 특성을 분석하고, 금속 회수 공정의 효율성을 높이기 위한 실험을 포함합니다. 이를 통해 핵심위기광물 회수의 잠재성을 극대화 할 수 있습니다.

7. 기타 자원 회수 방안

• 7-1. 도시광산의 가능성

• 도시광산은 주로 폐가전에서 발생하는 자원으로, 자원빈국인 한국과 같은 국가에 유용한 핵심위기광물의 공급원이 될 수 있습니다. 그러나 재활용을 통해 경제적으로 금속을 회수할 수 있으려면 대상 폐기물에 포함된 금속의 가치가 높고, 재활용 공정이 간단해야 하며, 폐기물의 수집과 해체가 효율적으로 이루어져야 한다는 점이 도전 과제가 되겠습니다.

• 7-2. 석탄재로부터의 금속 회수

• 석탄재는 석탄연소 과정에서 부산물로 생성되며, 이 과정에서 금속이 농집될 수 있는 가능성이 존재합니다. 그러나 석탄에 함유된 광물의 양이 적어 금속의 농도가 여전히 낮고, 각 석탄재마다 금속의 함량 차이가 큰 문제가 있습니다. 따라서 석탄재로부터 금속을 회수하는 것은 제한적일 수 있습니다.

• 7-3. 심해저광상의 개발 가능성

• 심해저광상은 일반적으로 200미터 이하의 깊은 바닷속에 형성된 광상으로, 희토류, 코발트, 구리, 아연, 금, 니켈 등의 금속이 포함될 수 있습니다. 심해저광상은 경우에 따라 금속의 농도가 높고, 선광 공정을 생략할 수 있는 장점이 있으나 해당 광상의 상업적인 개발 예는 아직 없어 해결해야 할 다양한 환경적 및 법적 문제가 존재합니다.

결론

• 핵심위기광물의 산업적 중요성과 공급의 불안정성은 광산폐기물의 재활용을 촉진하는 주요 요인이며, 스마트 그라운드 프로젝트 등의 성공 사례는 이를 실증합니다. 그러나 자본적 지출과 효율적인 재활용 기술 개발의 필요성은 여전히 과제로 남아 있습니다. 광산폐기물의 경제적 회수를 위해, 각국 정부와 산업계가 협력하여 지속적인 연구와 투자를 이어가야 합니다. 특히, CMMI와 같은 이니셔티브를 통해 국제 협력을 강화하고, 자원 확보의 새로운 기회를 창출하는 것이 중요합니다. 앞으로 효율적인 정책과 혁신 기술 개발을 통해, 광산폐기물이 지속 가능한 자원 공급원으로 발전할 수 있을 것입니다.

용어집

• 핵심위기광물 [전문용어]: 산업 전반에 걸쳐 필수 불가결한 원자재로, 대체재가 없어 공급이 불안정한 자원. 특히 청정에너지 산업에서 수요가 높은 금속으로, 태양광패널, 풍력터빈, 전기자동차의 원료로 사용된다.

• 스마트 그라운드 프로젝트 [프로젝트]: 유럽연합 차원에서 진행되는 프로젝트로, 광산폐기물의 재처리 공정을 연구하고 정보 구축을 통해 효율적인 자원 회수를 목표로 하고 있다.

• CMMI [이니셔티브]: 미국의 핵심위기광물 확보를 위한 지질학적 현상을 연구하는 이니셔티브로, 자원의 공급망을 확보하기 위한 다양한 연구 및 협력을 진행하고 있다.

출처 문서

• Strategies to Secure Critical Minerals by Reprocessing Mine Wasteshttps://www.jksmer.or.kr/articles/xml/Rajy/