전자 폐기물은 활용되지 않은 금광이며, 활용을 기다리고 있다

폐기물을 문자 그대로 금으로 바꿀 수 있다면 어떨까요? 실제로 코넬 대학 연구팀이 그 방법을 찾아냈습니다. 

2024년 말 며칠 동안 게재된 최신 연구는 전자 폐기물에서 귀금속을 추출하는 기술을 제시했습니다. 회수된 금은 이후 CO2를 유기 물질로 전환하는 촉매로 사용되었습니다.

새롭게 개발된 이 방법은 전자 폐기물을 친환경적이고 실용적인 방식으로 활용함으로써 전자 폐기물의 판도를 바꿀 큰 잠재력을 보여줍니다. 하지만 연구자들이 전자 폐기물을 금으로 전환하는 방법을 살펴보기 전에, 전자 폐기물 상황과 그 양이 얼마나 되는지 살펴보겠습니다. 

급격히 증가하는 독성 전자 폐기물

전자 폐기물(e-waste)은 작동하지 않거나, ‘유용한 수명’이 끝나가거나, 단순히 원하지 않는 전자 제품을 말합니다. 기본적으로 버려진 전자 제품을 의미합니다. 

흥미롭게도, 고장이 난 전자 제품만이 전자 폐기물에 해당하는 것이 아닙니다. 재사용, 재판매, 재정비 또는 재활용을 위해 사용된 전자 기기도 전자 폐기물로 간주됩니다.

미국 환경보호청(EPA)은 전자 폐기물을 대형 가전, 소형 가전, IT 장비, 소비자 전자제품, 조명 및 램프, 장난감, 도구, 의료기기, 모니터링 기기, 자동 디스펜서 등 10가지 범주로 분류합니다.

오늘날 기술 발전으로 더 정교하고 혁신적인 제품이 등장함에 따라 전자 폐기물의 정의는 계속 확대될 가능성이 높습니다.

현재는 스마트폰, 컴퓨터, 난방기, 선풍기부터 프린터, 마사지 체어, 리모컨, 트레드밀, 스마트 워치, 심박 모니터, 케이블 및 전원 공급 장치까지 모두 전자 폐기물에 해당합니다.

이 모든 전자 폐기물은 UN의 글로벌 전자 폐기물 모니터(GEM)에 따르면 재활용되는 속도보다 5배 빠르게 증가하고 있습니다.

2022년에 전 세계에서 6,200만 톤의 전자 폐기물이 발생했으며, 그 중 1/4도 적절히 수집·재활용된 것으로 기록되지 않았습니다. 6,200만 톤은 세계에서 가장 크고 무거운 여객기 107,000대의 무게와 같습니다.

카테고리별로는 전자담배, 장난감, 전자레인지, 진공청소기와 같은 소형 기기가 전자 폐기물의 33%를 차지하며, 이 중 재활용 비율은 12%에 불과합니다. 휴대폰, 노트북, 라우터, GPS 장치 등을 포함한 소형 IT 및 통신 장비 카테고리는 460만 톤의 전자 폐기물을 차지하고, 재활용 비율은 22%에 불과합니다.

수집 및 재사용 비율은 모니터와 열 교환 장비와 같은 대형 장비 카테고리에서 가장 높습니다.

보고서에 따르면 2022년 전자 폐기물에 포함된 금속의 추정 무게는 3,100만 톤이며, 플라스틱은 1,700만 톤, 유리 및 광물 등 기타 재료는 1,400만 톤에 달합니다.

전자 폐기물에 포함된 금속의 총 가치는 910억 달러이며, 여기에는 구리 190억 달러, 금 150억 달러, 철 160억 달러가 포함됩니다.

전 세계 전자 폐기물 연간 발생량은 현재 매년 260만 톤씩 증가하고 있어, 이번 십년 말까지 8,200만 톤에 이를 것으로 예상됩니다. 은퇴한 태양광 패널의 예상 무게는 2030년까지 4배 증가할 것으로 예상됩니다.

보고서는 전자 폐기물 증가가 크게 예상되는 반면, 2030년까지 재활용 비율이 2022년 기록된 22.3%에서 20%로 감소할 것으로 전망합니다.

이 감소는 전 세계 전자 폐기물 발생 급증에 비해 재활용 노력이 뒤처지고 있기 때문이라고 예상됩니다. 보고서는 소비 증가, 사회의 전자화 확대, 기술 진보, 설계 결함, 제한된 수리 옵션, 그리고 전자 폐기물 관리 인프라 부족 등을 강조했습니다.

하지만 국가들이 향후 5년간 전자 폐기물 수집 및 재활용 비율을 60%까지 높일 수 있다면, 그 혜택은 비용을 380억 달러 이상 초과할 것입니다.

그러나 이러한 수치는 전자 폐기물 관련 법규 시행이 ‘전 세계적으로 실질적인 도전 과제로 남아 있다’는 점을 고려하면 현실적이지 않을 수 있습니다. 보고서에 따르면, 재활용 비율 목표를 가진 국가는 46개에 불과하며, 재활용 비율 목표를 가진 국가는 그보다 더 적습니다.

또한 2023년에 81개 국가가 전자 폐기물 관련 법규를 가지고 있었지만, 이는 4년 전(78개)과 큰 차이가 없습니다. 

전자 폐기물은 증가하고 있을 뿐만 아니라 매우 독성이 강합니다. 매립지에 버려지는 독성 폐기물의 약 70%가 실제로 전자 폐기물입니다.

이는 대부분의 전자 제품에 수은, 납, 카드뮴, 베릴륨 등 유해 물질이 포함되어 있기 때문이며, 이러한 물질은 환경에 심각한 위험을 초래합니다. 

다른 폐기물과 마찬가지로 전자 폐기물은 매립지에 버려지면 미세한 흔적으로 용해되어 스며들고, 결국 독성 물질이 지하수에 나타나게 됩니다. 이후 주변 지역의 민물에도 계속 유입됩니다.

따라서 적절히 재활용되지 않으면 전자 폐기물은 환경과 인류 건강 모두에 위협이 될 수 있습니다. 매립이나 수역에 무단 투기, 공개 소각, 일반 폐기물과 함께 매립, 수동 분해 등 부실한 재활용 활동은 독성 화학 물질을 방출하며, 특히 어린이와 임산부가 취약합니다.

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전자 폐기물을 금으로 전환하고 지속 가능성 달성

이처럼 쌓여가는 전자 폐기물에는 많은 금이 포함되어 있음을 알았으니, 연구자들은 일석이조를 시도하고 있습니다. 

금(Au)은 여러 가지 특성으로 인해 매우 가치가 높은 귀금속입니다. 이 노란 금속은 매우 연성이 뛰어나고 내구성이 강합니다. 금은 자연에서 비교적 순수한 형태로 존재하며, 기술 분야를 포함한 다양한 용도로 사용됩니다. 금은 부식되지 않고 전기 전도성이 가장 뛰어나 스마트폰, 컴퓨터, 의료 장비 등에 사용됩니다. 

의료 분야에서는 금 나노입자가 진단을 개선하고 표적 치료를 제공하며, 생체 적합성 덕분에 외과 도구와 임플란트에 적합한 요소로 활용됩니다. 또한 항공우주와 보석 같은 장식 제품에도 사용되며, 부를 보호하는 인기 있는 수단이기도 합니다. 

수세기 동안 투자자들은 위기, 경제 불확실성, 정치 불안 시기에 안전 자산으로 금에 의존해 왔으며, 중앙은행도 통화 안정을 위해 금을 보유합니다.

작성 시점 기준 금 가격은 $2,664 온스당이며, 2024년 10월 말 최고가 $2,790와 4.5% 차이입니다.

하지만 이 귀중한 천연 자원은 느리고 복잡하며 비용이 많이 드는 과정으로 추출되며, 시간과 에너지 소모가 크고 환경적 희생을 요구합니다. 환경 영향을 최소화하기 위해 금 재활용이 지속 가능한 대안으로 부상했으며, 현재 전 세계 금의 약 25%가 재활용되고 있습니다.

이러한 지속 가능한 접근이 확대되는 가운데, 연구는 결함이 있는 전자 제품이 “금 회수에 귀중한 저장소”라고 지적합니다.

금의 다양한 활용 사례와 수요 증가, 그리고 소비자들의 친환경 의식이 높아짐에 따라 전자 폐기물에서 귀금속을 회수하는 혁신적인 방법이 필요합니다.

금 재활용은 화학 공정을 통해 금을 다른 물질과 분리하는 고급 기술을 활용합니다. 이는 재활용 금의 순도를 달성하는 데 도움이 됩니다.

전통적으로 전자 폐기물에서 금을 회수하기 위해 시안화물 등 고독성 화학 물질을 사용해 왔으며, 이는 광석 1톤당 추출 가능한 금보다 약 10배 많은 금이 전자 폐기물에 포함되어 있다고 추정됩니다.

코넬 대학 연구원들이 독일 연구진과 협력해 개발한 이 방법은 유해 화학 물질을 사용하지 않고 화학 흡착을 통해 전자 폐기물에서 금을 회수합니다. 

연구진은 폐기된 전자 기기의 회로 기판에서 금 이온과 입자를 추출하기 위해 두 가지 가볍고 제조가 쉬운 테트라진 기반 비닐 결합 공유 유기 프레임워크(VCOF)를 합성했습니다. 금 입자를 흡착할 뿐만 아니라, 높은 광전류 응답과 낮은 밴드갭을 가진 이 VCOF는 말단 알킨의 카복실화를 촉매합니다. 

공유 유기 프레임워크(COF)는 다공성 결정성 물질로 에너지 저장 및 화학 센싱 등 다양한 잠재적 용도가 있습니다. 연구팀은 테트라페닐에틸렌(TPE)과 테트라싸이풀발렌(TTF)을 기반으로 두 개의 VCOF를 제작했습니다.

연구에 따르면 TTF-COF의 수용성 Au(III) 흡착 용량은 2440 mg g⁻¹이며, TPE-COF의 Au(III) 흡착 용량은 1639 mg g⁻¹입니다. 

그 결과, VCOF 중 하나는 장치에서 금을 99.9%까지 선택적으로 포획했으며, 니켈(Ni)과 구리(Cu)와 같은 다른 금속은 각각 5%와 2%에 불과했습니다.

테트라싸이풀발렌(TTF)-COF가 뛰어난 금 흡착성을 보이는 이유는 황이 풍부하기 때문이며, 황은 금 침전 형성에 핵심 역할을 합니다. 

따라서 유기 황 화합물이 높은 흡착 용량을 보이는 것은 당연합니다. 하지만 그것이 전부는 아닙니다. TTF-COF는 최대 16회 세척 및 재사용이 가능하며, 흡착 효율이 거의 감소하지 않습니다.

방법의 선택성에 대해 Abbaspourrad는 다른 금 회수 방법은 선택성이 낮아 불순물을 초래한다고 언급했습니다. 전자 기기에 사용되는 귀금속이 많기 때문에, “원하는 금속, 즉 금을 선택적으로 포획할 수 있는 것이 매우 중요합니다.”라고 강조했습니다.

하지만 이것이 새롭게 만든 방법이 달성할 수 있는 전부는 아닙니다. 목표가 부여된 COF는 전자 폐기물을 “유용한 친환경 유기 변환을 위한 가치 있는 촉매”로 전환하는 데 활용될 수 있습니다.

이산화탄소를 유기 물질로 전환하는 과정은 122°F(50°C) 상온 CO₂ 압력 하에서 카복실화를 통해 달성되었습니다.

“CO₂를 부가가치 물질로 전환함으로써 폐기물 처리 요구를 줄일 뿐만 아니라 환경 및 실용적 이점을 제공한다. 이는 환경을 위한 윈-윈 상황이다.”

– 공동 저자 Alireza Abbaspourrad 교수의 연구실에서 박사후 연구원으로 활동 중인 주요 저자 Amin Zadehnazari

전자 폐기물 관리에 참여하는 기업들

이제 전자 폐기물 관리 및 재활용에 기여하고 있는 주목할 만한 기업들을 살펴보겠습니다.

1. LKQ Corporation

이 기업은 자동차 및 기타 차량 수리를 위한 대체 및 특수 부품을 제공하는 선도 기업이며, 자동차 부품 및 재료 재활용에도 참여하여 전자 폐기물 관리에 기여하고 있습니다. 현재 LKQ는 북미에서 사후 충돌 부품 유통 분야의 지배적인 업체입니다.

시가총액 94억 8천만 달러인 LKQ Corp.의 주가는 현재 주당 36.49달러이며, 연초 대비 0.71% 하락했습니다. EPS(TTM)는 2.70, P/E(TTM)는 13.52입니다. 배당 수익률은 3.29%로, 강력한 수동 소득을 원하는 투자자에게 매력적입니다.

2024년 3분기 LKQ Corp.는 매출 36억 달러를 기록했으며, 이는 0.5% 증가한 수치이며, 조정 순이익은 2억 3천만 달러였습니다. 분기 말 자유 현금 흐름은 6억 6천1백만 달러였으며, 현금 배당금 7천9백만 달러와 주식 재매입 1억 2천5백만 달러를 통해 주주에게 2억 달러를 반환했습니다.

이 기간 동안 이사회는 주식 재매입 프로그램을 10억 달러 확대하여 총 45억 달러로 늘렸으며, 이는 회사가 더 많은 가치를 반환할 수 있게 합니다.

2. Republic Services

이 환경 서비스 제공업체는 비위험성 고형 폐기물 수집, 재활용 및 처분 서비스를 제공하며, 전자 제품, 전구, 배터리 재활용을 위해 별도 우편 회수 키트를 제공하고, 장비를 폐기하기 전 데이터를 “일곱 번” 삭제하여 책임감 있게 처리합니다.

시가총액 645억 달러인 Republic Services (RSG ) 의 주가는 현재 주당 205달러이며, 연초 대비 2.1% 상승했습니다. EPS(TTM)는 6.25, P/E(TTM)는 32.48이며, 배당 수익률은 1.13%입니다.

2024년 3분기 Republic Services는 매출이 6.5% 증가했으며, 순이익은 5억 6,570만 달러였습니다. 연초 대비 영업 현금 흐름은 29억 달러였으며, 이 기간 동안 주주에게 반환된 현금은 8억 3,430만 달러로, 그 중 3억 2,950만 달러는 주식 재매입, 5억 48만 달러는 배당금으로 지급되었습니다.

“우리의 3분기 강력한 실적은 전략적 우선순위 실행의 직접적인 결과입니다.”

– CEO Jon Vander Ark

3. Waste Connections

이 고형 폐기물 서비스 기업은 폐기물 수집, 운송, 처리 및 재활용 서비스를 제공하며, 공식 웹사이트에 따르면 텔레비전 및 컴퓨터 모니터와 같은 전자 폐기물을 수락합니다. 이 기업은 매립지에서 잠재적으로 위험한 물질을 차단함으로써 더 깨끗하고 친환경적인 미래에 중점을 두고 있습니다.

시가총액 450억 달러인 Waste Connections (WCN ) 의 주가는 현재 주당 174.38달러이며, 연초 대비 1.37% 상승했습니다. EPS(TTM)는 3.64, P/E(TTM)는 47.42이며, 배당 수익률은 0.73%입니다.

2024년 3분기 Waste Connections는 “예상보다 좋은” 실적을 기록했으며, 매출은 23억 3,800만 달러로 전년 대비 13.3% 증가했습니다. 순이익은 3억 8만 달러(308백만)로 전년 대비 17.3% 상승했으며, 정기 분기 배당금은 10.5% 인상되었습니다. 연초 대비 영업 현금 순유입은 16억 6,000만 달러이며, 조정 자유 현금 흐름은 10억 4,400만 달러였습니다.

결론

디지털화가 증가하고 전자 제품 소비가 늘어남에 따라 전자 폐기물이 급격히 증가하고 있습니다. 새로운 모델의 빈번한 출시, 낮은 재활용률, 짧은 혁신 주기, 전자 제품 평균 수명 감소 등이 이 문제의 원인입니다. 

하지만 코넬 대학의 최신 연구는 전자 폐기물을 대규모 기회로 전환하는 혁신적이고 손쉽게 제조 가능한 방법을 제시하고 있습니다. 전자 폐기물을 지속 가능한 자원으로 전환함으로써 이 연구는 두 가지 이점을 제공합니다: 고가의 자산인 금을 회수하고, 전자 폐기물 및 금 채굴의 환경 위험을 완화합니다. 

이러한 연구는 오늘날 소비주의와 기술 발전이 전례 없는 속도로 상승하는 시대에 매우 중요하며, 폐기물이 문제가 아니라 단순히 활용을 기다리는 자원인 미래로 나아가는 길을 제시합니다!

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