1. 서 론
납은 연성, 전성 및 내부식성이 뛰어나 축전지, 관, 케이블, 피복, 방사능 차단제 등 다양한 용도에 많이 쓰이는 중요한 자원이다1). 납은 다양한 용도를 지니고 있는데 특히 (납)축전지 등 배터리의 음극으로 많이 쓰인다. 가장 일반적인 납축전지 형태는 플라스틱 케이스 내 납 합금 그리드를 내장하고 있는 형태로 이루어져 있는데1), 그리드의 재질은 납 합금이며 합금에는 안티몬 등이 첨가되어 있다. 그리드 내 공간은 주로 Paste 물질로 채워지는 데 이것도 산화납으로 구성되어 있다1). 이와 같이 납축전지는 상당부분이 납으로 구성되어 있으며 본 연구에서는 중량기준 전체 납축전지(15-30 kg)의 60%가 납으로 이루어져 있다고 가정한다2,3). 납산 축전지는 SLI (Start-Lighting-Ignition) 축전지, 지게차용 축전지(Traction battery), 거치형 축전지로 대별된다1). SLI 축전지는 자동차나 트럭내 시동/발화/점화를 위한 것으로 납축전지의 가장 일반적인 형태이다1). 최근 전기차 축전지의 발달로 인해 납축전지 시장의 성장세는 많이 둔화되었지만, 향후에도 개발도상국의 경제성장에 따른 자동차 배터리 부문의 수요로 인해 일정 수준의 납 소비량 유지가 예상되며, 이에 우리나라의 축전지 등의 생산을 위한 납 소비량도 상당 규모를 유지할 것으로 생각된다1,4).
그럼에도 다른 유가 금속과 마찬가지로 납의 국내 자체 생산량이 소비량에 비해 부족하여 상당량 수입에 의존하는 실정이다. 그런데 최근 납 광상의 고갈과 광산환경문제 및 인건비 상승 등에 따라 1차 납 원료 수급이 여의치 않다1,4). 이에 폐배터리나 스크랩 등 주로 산업폐기물 내에서의 납 회수 즉 일종의 자원순환 과정을 통한 2차 생산을 통해 상당량의 납 원료를 공급하고 있다1,4). 이러한 폐자원회수를 통한 자원순환은 전술한 산업적/경제적 측면 외에도 환경보건적 측면에서 긍정적이다1,4). 사실, 금속 함유 폐기물이 재활용되지 않고 폐기되어 환경매질내 잔류시 환경오염문제가 되는 경우가 흔하다1). 특히 납은 장기간 동안 환경내 생태계나 인체내 지속적으로 잔류하면서 특유의 독성 및 화학적 특성으로 인해 인체 유입시 발암이나 중독증상 유발 등 여러 피해를 끼친다1). 물론 버려진 폐기물내 납 등의 유해 금속 성분은 직접적으로 인체내 유입되지 않더라도 배출 폐기물내 잔류된 물질이 생태요소내에 축적되면서 먹이 사슬을 통해 인체에 악영향을 미칠 수 있다5,6).
이러한 납 자원순환의 현황을 제대로 파악하려면 물질흐름 분석이 효과적일 수 있다. 이 경우 주요 폐자원관리 및 배출업체를 직접 방문하여 사업장내 유해성 유가금속 함유 폐수 및 폐기물 관리나 배출 실태를 상세히 파악해야 하며, 이를 위해서 주요 금속배출 업체/사업장/업종, 폐수/폐기물, 성분 등을 개략적이고 신속하게 스크리닝할 필요가 있다7). 문제는 국내 금속 배출업체가 전국에 산재되어 있고, 유가 금속 및 배출폐기물 종류도 다양하여 전술한 초기 현황 파악 절차가 번거로울 수 있다. 또한 기존 폐기물 분류 방식은 주로 가연성/ 불연성 등 전통적 처리법 혹은 유해성을 기준으로 분류한 경우가 많아 자원순환 목적 현황파악에는 적용이 불충분하다7,8). 초기 현황조사 이후 방문조사시에도 방문 대상 업체의 정보공개 범위 및 협력여부도 불확실하다7). 이러한 초기 현황조사의 효율성 및 간편성 제고를 위해, 본 연구에서는 인터넷 공공자료를 활용, 폐납산배터리를 위주로 한 납 함유 폐기물의 수출입과 국내 물질흐름과 관련 폐수/페기물의 현황을 파악하고자 한다.
2. 연구방법
우선 주요 납 함유 폐자원의 최근 수출입현황 파악을 위해 국제연합의 온라인 무역통계자료인 UN Comtrade 사이트의 자료를 활용하였다8). UN Comtrade에서는 주로 HS (Harmonized System) 분류 코드(최대 6자리)를 통해 각국의 수출입 현황을 검색할 수 있으며 무역당사자 국을 단/복수로 지정할 수 있다. 이 후 한국희소금속산업기술센터 주관 국가통합자원관리시스템에서 제공된 납의 생애주기(유입, 생산, 유통, 폐기, 회수/재자원화) 물질흐름을 파악한다9). 특히 여기서 폐납의 재자원화율에 중점을 둔다. 또한 화학물질 배출×이동량(PRTR: Pollutant Release and Transfer Register) 정보공개 사이트에서 납을 포함한 다양한 성분의 배출업체/업종이나 폐수/폐기물내 배출량 등을 파악할 수 있다10). 여기서 납 함유 대기/폐수 혹은 폐기물 배출량이 많은 업체를 적절한 기준에서 후보군을 스크리닝할 수 있고 이후 관련 업체정보(업체 홈페이지나 경영/환경 보고서)등을 통해 관련 폐수/폐기물의 성상과 이에 따른 회수현황 등을 개략적으로 추측할 수 있다. 조사대상연도은 국가통합자원관리시스템 및 화학배출이동량 사이트의 가장 최신 연도인 18년도로 하였다. 상기 사이트의 업데이트가 늦은 이유는 Value chain별 혹은 물질/업종/업체별 보고자료를 취합/정리하는데 시간이 필요한 데서 기인한다고 사료된다.
3. 결과 및 토의
3.1. 납의 전반적인 물질흐름
국내 납 원료 또는 기초소재의 경우 2018년도 수입/수출량이 각각 561 천톤 및 356 천톤이며 세부항목은 납광석, 납 함유 아연부산물과 납 금속 괴로 구분된다. 이 중 광석은 수입량이 납 금속 괴는 수출량이 압도적으로 많았다. 특이한 점은 납 금속 괴의 납 원료 상당부분이 폐축전지 등 재활용품에서 회수된 납이라는 점이다. 1차 가공제품 단계에서는 대부분 금속 1차제품(플레이크, 분말, 필름 등)에 약 594 천톤의 납이 사용되었고 그 외 약간의 납이 무기화합물 제조에 소비되었다. 다음 중간제품 단계에서는 1차 가공제품에 함유된 약 556 천톤의 납이 전지제조에 사용되었고 그 외 약 100 천톤 정도의 납이 다른 중간제품(주로 전기장치나 전자부품)제조에 사용되었다. 납 함유 중간제품의 상당부분은 수출되었고 나머지는 운송장비 등 최종단계 제품의 부품으로 사용되거나 소비자에게 공급되었다. 그리고 중간제품에서 발생한 약 10 천톤 정도의 공정부산물은 별도로 수집되었다. 수집된 납의 출처는 방금 언급한 약간의 공정부산물 외 주로 폐납배터리나 수입폐기물내 납이 대부분을 차지하였다. 사용 후 회수/처분 단계에서는 대부분의 납이 재활용을 통해 다시 원자재 단계로 공급되었고 약 1.1 천톤 정도가 최종 처분되어 실질 재자원화율이 100%에 가까운 것으로 보인다. 본 문단에서 거론한 납의 전반적 물질흐름을 Table 1에 도시하였다.
Table 1.
Overall lead material flow of Korea in 2018 (unit: 1000 tonnes)9)
3.2. 납 함유 물품의 수출입 흐름
UN Comtrade 사이트에 공개된 자료를 분석한 결과, 2018년 전세계에서 국내로 수입되는 납 관련 물품은 중량기준으로 납 광석 혹은 납 정광(HS 2607)이 약 64 만톤으로 가장 많고 그 다음이 폐전지 혹은 전지스크랩(HS 854810)으로 수입량은 약 47 만톤이었다. 다만 여기서 후자의 경우 수입 폐전지 중 대부분이 납축전지(중량기준 90% 가정)이고 또 납축전지내 상당부분이 납으로 구성 되어있다고 하면(중량기준 약 60% 가정) 상기 폐전지/전지스크랩 중 납 중량이 약 23 만톤으로 추정된다고 본다3,11). 이에 반해 전자의 경우 통상적으로 정광내 납이 일부(본 연구에서는 50%로 가정)라는 점을 감안하면 수입된 납 광석 혹은 정광내 납의 중량은 32 만톤 정도로 추정된다1). 이는 국가통합자원관리시스템에서 국내로 폐자원 수집단계로 수입되는 납폐기물(대부분 폐납전지 및 관련 스크랩)이 약 25 만톤 정도에 이른다고 보고되었던 점과 비교했을 때 상기 수출입 자료 기반의 추정치와 상당히 근사함을 알 수 있다(Table 2 참조). 폐납축전지 다음으로 많은 납 수입항목인 납 광석/정광의 경우에도 UN Comtrade가 약 32만톤(납함량 50%로 가정), 국가통합자원관리시스템이 약 36만톤으로 비슷한 수치를 보였다. 납 괴의 경우 UN comtrade에서는 금액으로만 표기되어 당시 평균 납 가격(톤당 $ 2534)을 적용한 결과 약 15 만톤이 수입된 것으로 추정된다1). 이는 Table 2에서 나타낸 바와 같이 국가통합자원관리시스템 상에 기술된 약 14 만톤과 비슷한 값이다.
다른 납 관련 수입물품도 있지만 이들 중량은 전술한 항목내 물품에 비하면 총 합에 기여하는 영향이 상대적으로 미미하다. 예를 들어 납 함유 슬래그/재/잔류물(HS 262029)의 경우 약 1.1 만톤인데 이 중 50%가 납이라고 가정해도 5.5 톤 정도에 불과하다, 납 산화물(화학약품으로 추정; HS 2824)의 경우 수입 중량은 약 285 톤에 불과하였다. 이외에 국내 수입된 (폐기물이나 스크랩 형태가 아닌) 납축전지(HS 850710)도 약 40 만개 정도 수입된 걸로 보고되었는데 이에 대한 중량은 UN Comtrade 사이트에 미포함되어 알기 힘들지만 축전지 1기의 중량이 대략 15 ~ 30 kg 정도라고 하고 이 중 60%가 납이라고 해도 납축전지 40 만개에 해당되는 총 납 중량은 2 만톤 미만으로 추정된다. 이는 상기 1-2 위 항목의 10% 정도에 불과하다. 따라서 국내 납 원자재 공급원은 대략 납 원광+정광+괴상 그리고 폐납축전지 및 관련 스크랩으로 대별된다고 볼 수 있다. 비록 납 흐름량의 절대치는 다르지만 국가통합자원관리시스템 상에서도 방금 언급된 추세가 동일하게 관측되는데 타금속 부산물(약 1 천톤), 혹은 수입 (중간 및 최종)가공제품내에 함유된 납의 중량(약 5.5 만톤)은 폐축전지나 광석(금속 괴 포함) 등에 포함된 납에 비해 매우 소량이었다.
Table 2.
|
UN Comtrade8) (tonnes) | PRTR10) (tonnes) | Lead Flow9) (tonnes) | Implications |
|
Waste lead batteries 232,606* Lead battery 17,315** |
Waste lead batteries 253,606 |
- Very high similitude between the imported lead amounts of (waste) lead batteries, assessed in UN Comtrade versus Korean National Material Flow Analysis8,9). - The difference between the amounts probably resulting from the slightly underestimated lead content in the batteries assumed in this study with the UN comtrade data. | |
|
Lead ore or concentrate 320,139*** Lead oxide, etc. 143*** Lead slag, sludge, ash, etc. 5,420*** |
Lead ore or concentrate 358,556 Zn byproducts 59,691 |
- High similitude between the imported lead amounts of lead ores, oxide, slag, etc. assessed in UN Comtrade versus Korean National Material Flow Analysis8,9). - The difference between the amounts probably resulting from (1) the underestimated lead content in the imported ores, oxide, slag, etc. batteries assumed in this study with the UN comtrade data; (2) different categorization in specification of lead goods between the two datasets. | |
|
Bulk lead 153,659**** | Bulk lead 143,614 |
- High similitude between the imported bulk lead amounts, assessed in UN Comtrade versus Korean National Material Flow Analysis8,9). - The difference between the amounts probably resulting from slightly overestimated lead price of the bulk lead, assumed in this study with the UN comtrade data. | |
|
Transfer to treatment facilities 13,504 |
Process byproducts 10,008 |
- Similitude between the collected waste lead amounts, assessed in Korean PRTR versus Korean National Material Flow Analysis9,10). - The difference between the amounts probably resulting from different categorization in specification of lead wastes between the two datasets. | |
|
Discharge to environment 19 |
Discharge (to environment?) 1,103 |
- Huge difference between the discharged waste lead amounts, assessed in Korean PRTR versus Korean National Material Flow Analysis9,10). - The difference between the amounts probably resulting from the limited inclusion of waste lead only from industrial sources by PRTR. |
3.3. 국내 사업장내 납의 배출 및 이동량
환경부 산하 화학물질 배출×이동량 정보공개 사이트에서 발췌한 국내 사업장 배출 폐납 및 관련 화합물 관련 정보를 취합하였다. 본 정보는 각 발생원별로 폐납의 배출 및 이동을 항목별로 분류하였다. 예를 들면 이동량은 폐수과 폐기물 이동량으로 구분되는데, 이들은 해당 사업장 폐수나 폐기물이 각각 별도의 폐수처리 혹은 폐기물업체로 위탁/이동된 경우 이동 폐수 혹은 폐기물내 함유된 납(화합물 포함)을 연간 배출량 형태로 표시한 것이다. 이는 업체내 제품 생산 및 운반, 저장 공정 혹은 시설에서 나오는 폐수나 폐기물이 포함된다. 물성 측면에서는 폐액, 케이크(Cake), 분진, 폐흡착제, 슬러지 및 폐고형물 등 다양한 성상으로 존재 가능하다8).
2018년 한 해 동안 국내에서 (대기. 수계 혹은 토양 환경으로 직접) 배출 또는 위탁업체로 이동된 납의 양은 각각 약 18.5 톤 및 약 13,504 톤 정도로 보고되었다. 배출된 납은 거의 대부분 대기로 배출된 반면, 수계로 배출된 납은 연간 1 톤 이하로 미미한 수준이었다. 토양으로 (직접) 배출되거나 자가 매립된 납은 사실상 없는 것으로 보고되었다. 한편 이동된 납은 거의 대부분 폐기물에 포함되어 위탁폐기물업체로 이동되었으며 극히 일부(5 톤 이하)는 폐수에 포함되어 위탁폐수처리시설로 이동되었다. 2009년부터 보고된 10 년간의 자료에도 2018년과 대체로 유사한 추세가 지속되었다. 즉 배출+폐기 납의 거의 대부분은 위탁폐기물업체로 이동되었다(Fig. 1 참조). 단, Fig. 1B에서 나타난 바와 같이 2009년부터 2017년까지 연간 약 200톤 이하의 납이 자가 매립되었으며 특히 2017년에는 2개 업체로 인해 그 해에만 자가 매립량이 약 1,200 톤에 달하였다.
Fig. 1
Domestic annual amounts of waste lead to be discharged into environments (A) and to be transferred into separate treatment facilities (B); the raw data were obtained from the domestic PRTR (Pollutant Release and Transfer Register) system10).
화학물질배출∙이동량 사이트에서 2018년 1년간 납 배출 및 이동량을 업종별로 보면 납 배출+이동량이 두드러지게 많은 업종은 전기장비제조업(산업분류코드 28)으로 보고되었다. 이 업종의 납 배출량은 약 2.7 톤으로 거의 전부가 대기로 배출되었으며, 납 이동량은 무려 1 만톤이 넘고 대부분 위탁폐기물업체로 이동되었다. 전기장비 제조분야에서 납 배출이 많은 이유는 납 사용 및 폐기량이 압도적인 납축전지 제조분야(산업분류코드 28202)가 전기장비 제조분야에 포함되어 있기 때문이다. 상기 업종외 다른 업종에서는 1차 금속제조업(산업분류코드 24; 2018년 총 배출량 및 이동량 각각 약 8톤 및 3094 톤), 화학제품제조업(분류코드 20; 총 배출량 및 이동량 각각 약 0.2 톤 및 39 톤), 금속가공제품제조(분류코드 25; 총 배출량 및 이동량 각각 약 7톤 및 16 톤) 및 운수업(분류코드 30; 총 배출량 및 이동량 각각 약 0.1 톤 및 22 톤) 등이다. 정리하면 납 이동량의 경우 납축전지 제조 분야가 포함된 전기장비 제조분야와 1차 금속제조업종이 대부분을 차지하며 납 배출량의 경우 1차 금속제조, 전기장비제조, 금속가공제품 순으로 많이 발생되고 거의 대기배출이며 다른 분야에서는 상대적으로 배출량이 미미한 것으로 나타났다. Fig. 2는 각각 업체별 2018년도 납 이동량 및 배출량을 나타낸 것으로, 당해년도 납 이동량+배출량 혹은 배출량이 높은 업체만을 별도로 선별하여 표기하였다. 그 결과 납의 이동량 및 배출+이동량 총합은 (납축)전지업체가 많았으며 1차 금속제조업체, (화학)산업 및 중공업 업체에서도 배출 혹은 이동량 존재를 관측하였다. 전반적으로 납의 배출량보다는 이동량이 압도적으로 많고 전지 혹은 금속 업종의 소수 업체에 배출 혹은 이동량이 집중되어 있음을 알 수 있다.
2018년 폐기된 납을 포함한 국내 전반적인 납의 흐름은 국가통합자원관리시스템을 통해서도 확인할 수 있다. 국내 Value chain에 한하여 수집된 폐납은 대부분 사용 혹은 축적(저장된 물품으로 추정) 후 폐기된 물품에 포함된 납으로 보인다. 여기서 물품은 거의 폐배터리(혹은 미사용 납배터리)이며 여기에 포함된 납은 16만톤에 가까운 것으로 산정되었다. 폐배터리 이외에는 폐가전제품에 포함된 납이 약 1,500톤 정도였다. 국내 제조공정 단계에서 발생한 폐납으로는 중간제품제조 단계에서 약 1 만톤이 전지공정부산물로 발생하였다(Table 2 참조). 그리고 국내발생 및 수입된 납함유 폐기물(거의 폐납축배터리 혹은 관련 스크랩) 약 42만톤을 재활용하고 남은 약 1100톤 정도의 납이 최종폐기된 것으로 나타났으며 나머지는 납원료로서 국내 Value chain의 Upstream에 유입된다.
UN Comtrade 사이트의 경우와 마찬가지로 2018년 국가통합자원관리시스템과 화학물질배출이동량 사이트의 정보의 상호 비교 및 검증도 흥미로울 것이다. 비교가 가능한 세부항목은 Table 2에서와 같이 폐기 혹은 재활용 단계로 유입되는 납의 흐름이 될 것이다. 화학물질배출이동량 사이트에서 보고된 폐납의 배출/이동량을 비교해 보면 전자의 중간제조단계에서 발생된 전지공정부산물내 함유된 납 약 1 만톤, 그리고 후자에서 산정된 납 배출량과 이동량의 총합이 약 13,500톤 정도가 어느 정도 유사하다는 점을 발견할 수 있다. 이는 후자의 폐납 배출+이동원이 대부분 (납축)전지제조공정이라고 본다면 이해할 수 있다. 이를 보다 상세히 확인하기 위하여 화학물질배출이동량 사이트내 배출/이동량 발생원(업체)의 업종을 일차전지 및 축전지 제조업(업종분류코드 282)로 한정시키면 폐납 배출량은 약 2.7톤 이동량은 약 10,254 톤으로 산정되었다. 이는 국가통합자원관리시스템상에 보고된 전지공정부산물내 납 약 10,000톤과 더욱 근사하였음을 알 수 있다. 반면, 2018년 최종폐기된 납의 경우 해당 양이 국가통합자원관리시스템에는 1,103 톤으로 표기되어 있는데 비해 화학물질배출이동량 사이트에서는 이와 유사한 관련한 정보를 찾기가 어렵다. 해당 사이트내 2018년에 위탁업체로의 이동량이 아닌 환경(대기 등)으로 배출된 납은 총 18.5 톤이며 여기에 폐기물수집/운반/처리/재생 업종(분류코드 38)에서 배출되거나 별도 위탁업체로 이동된 납의 양(약 8.4톤)을 모두 합해도 약 27톤에 불과하다. 이는 아마도 국가통합자원관리시스템에서 기술된 납의 최종폐기가 사업장 외의 시설에서 배출될 수도 있지만 정확한 내용은 추가 확인이 필요할 것으로 보인다.
4. 결 론
UN Comtrade 사이트의 정보를 통해 폐납축전지 등에 포함되어 있는 납의 국내 수입중량을 확인할 수 있었다. 그러나 일부 항목(납괴상 등)은 순수 납의 함량이 기입되어 있지 않거나 단위가 중량이 아닌 물품개수 혹은 가격으로 기입되어 해당 항목의 대표 납 함량 혹은 물품/가격당 대표중량을 문헌조사를 통해 가정하여 중량을 추정할 수 있었다. 화학물질배출∙이동량 사이트 정보의 경우 위탁처리시설로 이동되거나 대기 등 환경으로 배출되는 납의 중량을 공개하며 본 사이트의 장점은 이러한 배출∙이동량이 업종이나 업체별로 상세 분류가 가능하다는 점이다. 상기 두 사이트의 자료를 국가통합자원관리시스템 상의 납 물질흐름량과 비교/검증하였으며 UN Comtrade 자료와는 폐납배터리, 납 괴상 및 납 광석/정광 유입량이 대체로 일치한 것으로 보인다. 또한 화학물질배출∙이동량 사이트의 자료와는 해당 이동량과 물질흐름 자료의 공정부산물자료가 근사한 것으로 보였다. 그러나 정합성은 납 흐름의 특성상 납배터리 등 소수 항목이 물질흐름의 대부분을 차지한 데서 기인한 것으로도 보이며 향후 다른 금속의 흐름을 통해 추가 조사를 할 필요가 있다. 이를 통해 이들 사이트 간의 항목별 조정을 통한 일치나 항목별 비교표 등을 작성하여 정합성을 제고하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.
