도시광산(Urban Mining)과 비철금속 회수 기술

도시 속 새로운 자원 보고

전통적인 자원 채굴은 광산을 개발하여 지하에서 금속을 캐내는 방식으로 진행되었습니다. 그러나 오늘날 세계는 자원의 고갈과 환경 파괴라는 심각한 문제에 직면하고 있습니다. 동시에 인류는 매일 엄청난 양의 전자제품, 자동차, 산업 기기, 배터리를 소비하고 버리고 있습니다. 이 과정에서 발생하는 폐기물은 단순한 쓰레기가 아니라 **도시 속의 새로운 광산, 즉 도시광산(Urban Mining)**으로 불리고 있습니다.

도시광산은 전자폐기물, 폐자동차, 폐배터리 등에서 금속을 회수하여 다시 사용하는 것을 의미합니다. 특히 구리, 알루미늄, 리튬, 코발트, 니켈, 희토류와 같은 비철금속은 도시광산에서 회수할 수 있는 핵심 자원입니다. 이러한 금속은 전기차, 2차전지, 스마트폰, 반도체, 신재생에너지 설비 등 첨단 산업에 필수적이기 때문에, 도시광산은 단순한 재활용을 넘어 미래 산업 경쟁력의 원천이 되고 있습니다.

 

 

도시광산이 주목받는 이유

1. 자원 고갈 문제
   기존 광산에서 구리, 니켈, 리튬 등의 채굴량은 점점 줄어들고 있으며, 고품위 광석은 이미 대부분 고갈되었습니다.
2. 환경적 부담
   새로운 광산을 개발하는 과정은 산림 파괴, 토양·수질 오염, 탄소 배출 등 심각한 문제를 유발합니다.
3. 전자폐기물의 폭발적 증가
   매년 전 세계에서 수천만 톤의 전자폐기물이 발생하며, 그 속에는 고가치 금속이 다량 포함되어 있습니다.
4. 지정학적 리스크
   특정 국가에 편중된 자원 공급 구조는 공급망 불안정을 초래합니다. 도시광산은 이러한 리스크를 줄여주는 대안이 될 수 있습니다.

 

비철금속 회수 기술의 핵심

도시광산에서 가장 중요한 것은 어떻게 효율적으로 금속을 회수하느냐입니다. 기술은 크게 물리적 분리, 화학적 추출, 생물학적 회수 세 가지로 나눌 수 있습니다.

1. 물리적 분리 기술

• 파쇄 및 선별: 전자제품을 분쇄한 뒤 구리, 알루미늄, 플라스틱을 자력선별, 전기선별, 밀도분리 방식으로 분리합니다.
• 기계적 제련: 폐전선에서 구리를 추출하거나, 폐알루미늄 캔을 재용해하는 방식이 대표적입니다.

2. 화학적 추출 기술

• 습식제련(Hydrometallurgy): 산이나 알칼리를 이용해 금속을 용출한 뒤, 전해정련으로 순도를 높입니다.
• 건식제련(Pyrometallurgy): 고온에서 금속을 녹여 회수하는 방식으로, 구리·니켈 추출에 많이 사용됩니다.
• 이온교환 및 용매추출: 리튬, 코발트, 희토류를 선택적으로 회수하는 첨단 기술입니다.

3. 생물학적 회수 기술

• 바이오리칭(Bioleaching): 특정 미생물이 금속을 용출하는 능력을 활용하는 기술로, 에너지 소모와 환경 부담이 낮습니다.
• 예: 세균 Acidithiobacillus ferrooxidans가 구리·니켈을 추출하는 사례.

 

금속별 도시광산 회수 전략

구리(Cu)

• 전선, 모터, 전자제품에서 가장 많이 회수됩니다.
• 도시광산의 구리 품위는 천연광석보다 높은 경우가 많습니다.
• 구리 회수는 제련소 직송이 가능해 재활용 경제성이 뛰어납니다.

알루미늄(Al)

• 음료수 캔, 자동차, 창호, 가전제품에서 회수됩니다.
• 알루미늄은 재활용 시 에너지 소모가 원광석 제련 대비 5% 수준에 불과합니다.
• 따라서 도시광산에서 가장 친환경적이고 경제적인 자원입니다.

리튬(Li)

• 폐배터리에서 회수되는 핵심 금속입니다.
• 습식제련을 통해 리튬을 추출하여 배터리급 탄산리튬으로 재생산할 수 있습니다.
• 전기차 확산으로 리튬 회수 기술의 중요성이 급부상하고 있습니다.

코발트(Co)

• 배터리 음극재에서 회수되며, 전 세계 생산량의 70% 이상이 콩고민주공화국에 편중되어 있습니다.
• 도시광산을 통해 코발트의 공급망 불안을 완화할 수 있습니다.

니켈(Ni)

• 배터리, 합금강, 촉매에서 활용됩니다.
• 폐배터리에서 니켈 회수율을 높이기 위한 습식제련 연구가 활발히 진행 중입니다.

희토류(REEs)

• 네오디뮴, 디스프로슘 등은 모터와 풍력터빈 자석에 쓰입니다.
• 도시광산에서 희토류 회수는 기술적 난이도가 높지만, 성공 시 전략적 가치는 막대합니다.

 

도시광산의 경제적 가치

도시광산의 금속 함량은 전통 광산보다 높게 나타나는 경우가 많습니다.

• 전자폐기물 1톤에는 금 300~400g, 구리 100kg 이상이 포함되어 있습니다.
• 폐배터리 1톤에서는 리튬 30kg, 코발트 20kg 이상을 회수할 수 있습니다.

따라서 도시광산은 경제성뿐 아니라 에너지 절감 효과와 환경적 편익을 동시에 제공합니다.

 

글로벌 도시광산 트렌드

• 일본: 도쿄올림픽 메달을 100% 도시광산에서 회수한 금속으로 제작하여 세계적 주목을 받았습니다.
• 유럽: EU는 WEEE(폐전기전자제품 지침)을 통해 전자폐기물 회수를 의무화하고 있습니다.
• 중국: 대규모 전자폐기물 처리 산업단지를 조성하여 금속 재활용률을 높이고 있습니다.
• 한국: 이차전지 재활용 산업을 국가 전략 산업으로 육성하고 있으며, 포스코·LG화학·에코프로 등 기업이 선도하고 있습니다.

 

환경적 의미

도시광산은 탄소중립 목표 달성에도 중요한 역할을 합니다.

• 원광석 채굴 대비 에너지 사용량과 온실가스 배출량을 80~90% 줄일 수 있습니다.
• 불법 채굴과 아동 노동 문제를 줄이고, 윤리적 공급망을 형성할 수 있습니다.

 

미래 기술 전망

1. AI·빅데이터 기반 스마트 분리 기술 – 전자폐기물을 자동으로 선별하여 효율을 극대화.
2. 저에너지 습식제련 – 화학적 용출 공정에서 친환경 용매와 저온 기술 적용.
3. 폐배터리 직재생 기술 – 금속을 분리하지 않고 배터리 소재 자체를 복원.
4. 도시광산 클러스터 – 지역 단위의 자원순환 생태계 구축.
5. 메타버스·디지털 트래킹 – 금속 자원의 생산·소비·재활용 과정을 블록체인으로 관리.

 

종합적 의미

도시광산은 단순한 재활용 산업이 아닙니다. 그것은 미래 산업의 생존 전략이자, 지정학적 자원 경쟁 속에서 국가 안보를 지키는 수단입니다. 또한 친환경적 가치와 경제성을 동시에 충족시키는 새로운 자원 패러다임입니다.

비철금속은 도시광산을 통해 다시 태어나고, 인류는 이를 통해 지속가능한 에너지와 첨단 산업을 이끌어갈 수 있습니다. 구리, 리튬, 코발트, 니켈, 희토류 같은 자원은 이제 더 이상 땅속에서만 나오지 않습니다. 도시 자체가 새로운 광산이 되고, 우리의 소비가 곧 자원의 순환을 만들어가야 할 것입니다.