폐태양광에 레이저 쐈더니…실리콘 99.998% 순도로 회수

최근, 폐태양광 모듈의 재활용을 위한 혁신적인 기술이 개발되어 주목받고 있습니다. 네덜란드 응용과학연구기구(TNO)의 연구진은 나노초 레이저를 활용하여 폐모듈에서 고순도의 실리콘과 은을 회수하는 방법을 선보였습니다. 이 기술은 기존의 파쇄 방식에서 발생하는 소재 손실 문제를 해결할 수 있는 가능성을 열어줍니다.

레이저를 통한 고순도 실리콘 회수

TNO의 연구팀이 개발한 'LARS(Laser Assisted Recycling of Solar Modules)' 기술은 폐태양광 모듈의 다양한 층을 레이저를 이용해 정교하게 분리하는 방식입니다. 기존의 재활용 방식에서는 모듈을 물리적으로 파쇄하여 유리와 알루미늄 같은 비중이 큰 소재를 회수하지만, 이 과정에서 실리콘 셀과 은 전극과 같은 고부가가치 자원은 쉽게 오염되거나 섞여버려 회수율이 낮아지는 문제가 있었습니다.

LARS 기술은 532나노미터(nm) 녹색 레이저와 1064nm 근적외선 레이저를 사용하여 실리콘 셀 표면에 집중된 에너지를 통해 각 층을 분리합니다. 이 과정에서 발생하는 국부적인 열이 접착제를 녹여 실리콘 셀과 봉지재를 깨끗하게 분리할 수 있도록 돕습니다. 연구 결과에 따르면, 실리콘은 최대 99.998%의 순도로, 은은 99.7%의 순도로 회수되었으며, 회수율은 모두 97%에 달했습니다.

공정의 에너지 효율성과 경제성

TNO의 연구진은 이 기술이 에너지 효율성 측면에서도 장점을 가지고 있다고 강조했습니다. 레이저 모듈 분리 과정에서는 패널 1장당 1킬로와트시(kWh) 미만의 전력이 소비된 반면, 전통적인 고온 열분해 방식은 패널당 약 25kWh를 소비한 것으로 나타났습니다. 이러한 에너지 절약 효과는 재활용 공정의 경제성을 높이는 데 기여할 수 있습니다.

또한, 이번 기술은 다양한 태양광 모듈 구조에 적용될 수 있는 가능성을 보여주고 있습니다. PERC, TOPCon, 알루미늄 후면전계형(Al-BSF), 후면전극형(IBC) 등 여러 상용 태양광 기술에서 테스트가 진행되었으며, 레이저 방식은 반사방지막 제거에 필요한 화학 처리 과정을 줄일 수 있는 점에서 추가적인 이점이 있습니다.

향후 전망과 기술 상용화

TNO 연구진은 향후 이 기술을 산업 재활용 공정에 통합하기 위한 대규모 시험을 진행할 계획입니다. 현재는 실험실 단계를 넘어 실제 크기의 모듈을 사용한 시험이 진행 중이며, 전체 태양광 재활용 공정에 레이저 기술을 통합하여 실제 환경에서 성능을 검증하려고 합니다.

이번 연구 결과는 폐태양광 모듈에서 실리콘과 은을 고순도로 회수할 수 있는 가능성을 제시했습니다. 그러나 여전히 산업 규모에서의 처리 속도와 비용에 대한 검증이 필요합니다. 대량의 폐모듈을 연속 처리할 때 회수율이 유지될 수 있는지, 그리고 레이저 장비의 초기 투자비용이 기존 방식보다 경제적인지 여부는 향후 상용화의 주요 변수가 될 것입니다.

이러한 발전은 태양광 재활용 시장에서의 지속 가능성을 높이는 데 기여할 것이며, 환경 보호와 자원 효율성을 동시에 추구하는 방향으로 나아갈 수 있는 기회를 제공할 것으로 기대됩니다.