글로벌 디스플레이 산업을 선도하는 우리나라는
폐디스플레이 재활용 기술도 남다르다.
TV, 스마트폰, 컴퓨터 모니터 등 사용이 끝난
디스플레이는 어떤 과정을 거쳐 재활용될까.
폐디스플레이 재활용 기술이 필요한 이유
디스플레이 기술이 빠르게 발전하며, 차세대 고성능 신규 제품으로 바꾸는 사례가 늘고 있다. 기존 제품의 사용 연한이 감소하는 것은 물론이며, 디스플레이가
커지며 폐기되는 제품의 질량도 증가하는 추세다. 문제는 이렇게 폐기되는 폐디스플레이에 활용 가능한 유가 자원이 포함되어 있다는 것. 유가금속, 세라믹,
플라스틱 등 재사용할 수 있는 유가 자원의 잠재량은 연간 3300만 톤. 이를 경제적 효과로 환산해보면 70조 원 규모에 달한다. 이에 업계는 폐디스플레이의
모듈을 각각 해체하고 분리해 유가 소재를 회수하려는 여러 노력을 기울이고 있다.
우리나라의 폐디스플레이 재활용은 대부분 수작업을 통해 이루어진다. 인쇄회로기판PCB, 구리 전선, 비철계 부품 등 유가 자원 함량이 높은 고부가가치 부품을 작업자가 직접 해체하고 선별한 후, 이 부품들을 각 재활용 업체로 보내는 것이 일반적이다. 우리의 고민은 이 과정의 효율을 높이고 작업자의 피로도를 줄이는 것. 필자가 소속된 고등기술연구원 또한 폐디스플레이 재활용 기술의 자동화를 위해 연구를 지속하고 있다. 각 공정의 자동화와 함께 폐자원의 재활용 비율을 높이는 것이 목표다.
우리나라의 폐디스플레이 재활용은 대부분 수작업을 통해 이루어진다. 인쇄회로기판PCB, 구리 전선, 비철계 부품 등 유가 자원 함량이 높은 고부가가치 부품을 작업자가 직접 해체하고 선별한 후, 이 부품들을 각 재활용 업체로 보내는 것이 일반적이다. 우리의 고민은 이 과정의 효율을 높이고 작업자의 피로도를 줄이는 것. 필자가 소속된 고등기술연구원 또한 폐디스플레이 재활용 기술의 자동화를 위해 연구를 지속하고 있다. 각 공정의 자동화와 함께 폐자원의 재활용 비율을 높이는 것이 목표다.
폐제품 속에서 유가 자원을 추출하는 자동화 기술
최근 폐디스플레이 재활용 분야에서 주목하고 있는 제품군은 OLED, QLED 등의 차세대 디스플레이다. OLED 기술의 발달로 제품 가격이 인하되었고, 그에 따라 보급형 제품도
늘었다. 자연스럽게 OLED의 보급이나 교체 주기 또한 줄고 있다. 특히 OLED는 우리나라가 강점을 가지고 있는 분야로, 향후 이에 대한 기술개발이 증진될 것이다. 재활용 기술
또한 OLED에 집중해야 하는 이유다.
우리 업계는 차세대 디스플레이 폐제품의 제품별 구성 요소에 대한 데이터베이스DB를 구축하고 이를 바탕으로 맞춤형 해체·분리 및 선별 자동화에 대한 공정을 개발하고 있다. 최종 목표는 폐제품 1개를 15분 이내에, 95% 이상의 유가 자원을 회수하는 것이다. 이는 다음과 같은 순서로 이루어지게 된다.
우리 업계는 차세대 디스플레이 폐제품의 제품별 구성 요소에 대한 데이터베이스DB를 구축하고 이를 바탕으로 맞춤형 해체·분리 및 선별 자동화에 대한 공정을 개발하고 있다. 최종 목표는 폐제품 1개를 15분 이내에, 95% 이상의 유가 자원을 회수하는 것이다. 이는 다음과 같은 순서로 이루어지게 된다.
1 ︳폐제품 자동 로딩
전자제품 무상 수거 서비스 등을 통해 수집된 폐디스플레이는 종류나 크기가 분류되지 않은 상태로 입고 및 적재된다. 따라서 이를 공정 투입에 용이하도록 카트리지에 싣는
것이 첫 순서다. 이 과정은 수동으로 진행된다.
폐제품을 적재하는 카트리지는 그 자체로 이동이 가능한 무인운반차AGV, Automated Guided Vehicle. 공정 투입구까지 자동으로 이송하고, 이송된 장소에서는 자동 로딩 장치가 공정 흐름에 원활하도록 폐제품을 투입한다.
폐제품을 적재하는 카트리지는 그 자체로 이동이 가능한 무인운반차AGV, Automated Guided Vehicle. 공정 투입구까지 자동으로 이송하고, 이송된 장소에서는 자동 로딩 장치가 공정 흐름에 원활하도록 폐제품을 투입한다.
2 ︳폐제품 인식(비전 인식)
공정에 투입된 폐제품은 컨베이어벨트로 이동한다. 여기서 제품 인식을 하는 과정이 ‘비전 인식 공정’이다. 이 공정에 사용되는 카메라는 총 4대. 최대 85인치 크기의
폐제품까지 인식할 수 있도록 가로 2000mm, 세로 1200mm의 이미지를 스캔한다.
제품의 주요 정보가 표기되어 있는 후면부를 스캔해, 라벨에 표기된 바코드, QR코드, 제품명 등을 인식한다. 기존 DB에 포함되어 있지 않은 폐제품은 뒤 공정으로 넘어가지 않고, ‘미인식 폐제품’으로 배출된다. 이 폐제품은 수작업으로 해체와 분리가 진행되며, 이후 신규 정보를 DB에 입력해 이후 자동 해체·분리할 수 있도록 조치한다.
제품의 주요 정보가 표기되어 있는 후면부를 스캔해, 라벨에 표기된 바코드, QR코드, 제품명 등을 인식한다. 기존 DB에 포함되어 있지 않은 폐제품은 뒤 공정으로 넘어가지 않고, ‘미인식 폐제품’으로 배출된다. 이 폐제품은 수작업으로 해체와 분리가 진행되며, 이후 신규 정보를 DB에 입력해 이후 자동 해체·분리할 수 있도록 조치한다.
3 ︳폐제품 해체 및 분리
기존 DB에 포함된 폐제품은 자동 해체·분리 공정으로 옮겨진다. 6축 다관절 협동 로봇이 작업대에 고정된 폐제품을 자동으로 분리한다. 이 공정에는 자동 공구 교환
장치ATC, Auto Tool Changer가 포함되어 있다. 디스플레이 결합 방식에 따라 필요한 공구를 스스로 교체하는 시스템. 드라이버,
그리퍼, 그라인더 등을
로봇이 스스로 교체하고 분리해낸다.
4 ︳1차 부품 회수
모든 공정을 협동 로봇을 통해 진행할 수 있지만, 후면부 부품을 제거하는 과정은 수작업이 훨씬 효율적이다. 주로 PCB, 스피커, 브라켓 등의 분리가 수작업을
통한다.
5 ︳폐제품 절단 및 소각
OLED, QLED 등의 프레임과 패널을 분리하기 위해서 베젤Bezel 4면을 절단 톱으로 자른다. 1차 부품 회수가 끝난 폐제품에는 테이프나
스티커 등의 잔여
이물질이 남아 있는데, 이를 고출력 레이저를 통해 소각함으로써 이물질의 혼입을 최소화한다.
6 ︳2차 부품 회수
후면부 부품을 모두 회수한 상태에서는 차세대 디스플레이의 핵심 부품이라고 할 수 있는 패널과 백라이트, 컬러 시트 등의 출력 부품만 남는다. 이를 다시 자동 장치로
분리한다. 패널 또한 OLED, QLED 등으로 나눠 여러 물질이 혼입되지 않은 고순도 상태의 폐기물로 분리한다.
7 ︳배출
해체와 분리, 선별 등을 완료한 폐제품에는 금속 프레임만 남는다. 이는 고순도 상태의 금속 폐기물로 재활용 업체에 공급되며, 앞서 분리한 폐기물 또한 각각 전문
업체에 전달된다.
재활용 기술, 자원 빈국이 살아남는 길
산업기술이 발달하며 디스플레이의 중요성과 활용도 또한 날로 증가하고 있다. 이제 디스플레이 기기는 가정이나 학교, 공공기관 등에서 없어서는 안 되는 필수
가전제품으로 자리매김했다. 다행스러운 점은 이 기술을 선도하는 곳이 우리나라라는 것이고, 염려스러운 점은 자원이 부족하다는 사실이다.
필자를 포함해 우리 고등기술연구원 구성원들은 우리 산업계가 자원 부족이라는 한계를 헤쳐나갈 수 있도록, 폐디스플레이 재활용 기술을 연구하고 있다. 다 쓰고 버린 폐제품을 회수해 자원으로 만들어내 국내 금속 자원의 안정적인 공급에 기여하고, 환경오염을 줄이는 것은 물론 기후변화 대응에도 도움을 줄 수 있을 것이라 믿는다.
지금의 폐디스플레이 재활용 기술은 향후 다양한 전기·전자 제품으로 확대될 것이다. 우리의 가전이 세계 곳곳에서 사용되고 있다. 그만큼 우리의 역할 또한 중요하다고 생각하며 우리 산업이 더욱 성장하고 경쟁력을 높이도록, 최선을 다하겠다고 말하고 싶다.
필자를 포함해 우리 고등기술연구원 구성원들은 우리 산업계가 자원 부족이라는 한계를 헤쳐나갈 수 있도록, 폐디스플레이 재활용 기술을 연구하고 있다. 다 쓰고 버린 폐제품을 회수해 자원으로 만들어내 국내 금속 자원의 안정적인 공급에 기여하고, 환경오염을 줄이는 것은 물론 기후변화 대응에도 도움을 줄 수 있을 것이라 믿는다.
지금의 폐디스플레이 재활용 기술은 향후 다양한 전기·전자 제품으로 확대될 것이다. 우리의 가전이 세계 곳곳에서 사용되고 있다. 그만큼 우리의 역할 또한 중요하다고 생각하며 우리 산업이 더욱 성장하고 경쟁력을 높이도록, 최선을 다하겠다고 말하고 싶다.
이찬기 고등기술연구원 융합소재연구센터 센터장
금속 소재 기술, 융복합 소재 및 부품 기술을 주요 분야로 여러 연구를 진행하고 있다. 한국자원리싸이클링학회 당연직 이사, 한국분말야금학회 기술 이사, 고등기술연구원
연구위원 등을 역임하고 있다.
박종현 고등기술연구원 융합소재연구센터 선임연구원
2022년부터 환경부와 한국환경산업기술원이 지원하는 ‘차세대 폐디스플레이 전처리 시스템 및 소재화 기술 개발’ 과제를 수행하고 있다.