희토류 회수 및 재활용 기술 범위

[디지털비즈온 김맹근 기자] 희토류(Rare Earth Elements, REE)란 자연계에 드물게 존재하는 원소라는 의미로 독특한 성질로 인해 첨단산업에 필수적으로 사용되는 물질이다. 희토류는 원자번호 57번(La)부터 71번(Lu)까지 란타넘족 15종과 21번(Sc), 39번 (Y)를 포함한 17종의 원소를 총칭하는 것으로 무게에 따라 경(輕)희토류와 중(重)희토류로 구분한다. 희토류는 소량 첨가만으로도 물질을 화학적･전기적･자성적･발광적 특성을 갖게 만드는 특징을 갖고 있어, 제품의 고기능･고성능 발현을 위해 필수적으로 사용한다.

희토류는 친환경 자동차 및 신재생에너지 산업 분야의 핵심 소재로 최근 그 사용량이 크게 증가하고 있으며 가격 또한 급등 중이다. 희토류 생산량은 2017년 17만 톤에서 2021년 29만 톤으로 연평균 12% 증가했다.

국제에너지기구(IEA)는 2050 탄소중립 달성을 위한 전기 자동차(EV)와 풍력발전의 보급 확대에 따른 희토류의 글로벌 수요가 2040년까지 3~7배 증가할 것으로 전망한다. 특히 전기차와 풍력발전의 영구자석에 사용되는 네오디뮴과 디스프로슘은 최근 공급 한계에 도달하고 있어 가격이 급격한 상승 추세이다.

최근 전략물자로서의 희토류에 대한 관심이 급증, 중국 의존도 감소와 공급망 다변화를 위한 희토류 회수 및 재활용 기술개발의 중요성 대두되고 있다. 주요국의 중국 의존도 감소 정책으로 인해 중국의 희토류 생산 점유율은 92%에서 60%로 대폭 감소하였지만, 가공 점유율은 87%(’19)로 여전히 독점적 지위를 가지고 있다.

기술의 정의 및 범위

희토류 회수 및 재활용 기술은 희토류 공정 폐기물 등에서 원소를 회수하거나, 사용 후 제품의 재활용을 통해 희토류 산화물 또는 금속을 생산하는 기술이다. 희토류 회수 및 재활용 기술은 금속 폐기물을 가치 있는 원재료로 다시 활용하는 것으로, 폐기물의 형태에 따라 크게 세 가지로 구분 가능하다.

풍력발전, 전기자동차에서 발생하는 폐영구자석 등에 함유된 희토류의 회수수요가 증가하고 있음을 고려할 때, 최근 주목받는 희토류 회수 및 재활용 기술은 사용 후 제품･기타 폐기물로부터 희토류를 얻는 기술에 해당한다.

폐제품으로부터 순도 높은 희토류를 얻는 재활용 기술의 목적을 감안할 때, 공정을 거친 뒤 나오는 산출물에 따라 전처리-추출-원소 분리 기술로 구분 가능하다. 금속의 재활용은 일반적으로 해체-분류･분리-선별･농축-금속추출-분리정제의 프로세스로 구성되며, 파쇄, 용융, 침출 등 물리･화학적 분리 방법을 모두 활용한다.

희토류 재활용 기술은 전략물자의 공급망 다변화 및 자원순환 측면에서 주목받는 분야로 정부 지원을 중심으로 기술개발 중이다. 현재 희토류 재활용 시장은 초기 형성 단계로 민간기업보다는 정부의 지원에 따른 대학･ 연구소의 연구개발이 중심이다.

전반적인 공정은 일반적인 금속 정･제련과 유사하지만, 불순물이 섞여 있는 폐제품으로부터 희토류를 선별하고 고순도의 희토류를 고효율･친환경적으로 얻기 위한 맞춤형 설계가 기술개발 방향의 핵심이다.

따라서 희토류와 관련된 전후방 산업의 성장이 예상됨에 따라, 정부 주도의 희토류 산업 발전을 위한 지원 방안 마련 필요하다. 희토류의 중요성에도 불구하고 경제성 부족, 초기 투자 비용 등의 문제로 인해 산업계의 투자가 부족한 상황을 해결하기 위해 유망 기술에 대한 기술-경제적 평가(TEA)와 경제성 충족 방안 마련, 기술 집적 및 사업화 선도 기관 운영 필요하다.

희토류 재활용 세부 공정별 희토류 재활용 기업 육성을 위한 기존 금속 재활용 업체의 활성화와 정･제련 및 제조 기업의 인프라와 연계한 산업 육성 고려 필요하다.