Silicon Metal 공급업체로서 저는 제조업체, 재활용 업체 및 업계 전문가들과 현대 기술 및 산업 공정에 중요한 재료에 대한 루프를 닫는 방법에 대해 이야기하는 데 많은 시간을 보냅니다. 실리콘 금속(다양한 응용 분야에서 종종 금속 실리콘 또는 금속 실리콘 분말로 참조됨)은 태양광 패널과 반도체부터 알루미늄 합금 및 내화 재료에 이르기까지 모든 분야에서 없어서는 안 될 역할을 합니다. 수년 동안 순환 경제 관행에 대한 추진으로 인해 우리 분야의 많은 사람들이 다음과 같은 질문을 하게 되었습니다. 왜 Silicon Metal 재활용이 우리가 기대했던 것만큼 널리 퍼지거나 확장 가능하지 않습니까? 제가 그 목표를 공유하는 동안, 저의 일상 업무는 Silicon Metal 재활용이 단순한 "수거 문제"를 훨씬 넘어서는 심각하면서도 충분히 논의되지 않은 한계에 직면해 있음을 보여줍니다. 이러한 제한 사항이 무엇인지, 그리고 왜 가장 헌신적인 운영업체라도 이 귀중한 자료를 복구하고 재사용하는 데 어려움을 겪고 있는지 분석해 보겠습니다.
먼저, Silicon Metal이 실제로 무엇인지부터 살펴보겠습니다. 왜냐하면 그 구성이 가장 큰 강점이자 재활용에 대한 가장 큰 장벽이기 때문입니다. 알루미늄 합금 생산에 가장 일반적으로 사용되는 등급 중 하나인 Silicon Metal 441 또는 구조 산업 용도로 사용되는 Lump Silicon Metal과 같은 제품을 소싱하는 경우 철, 알루미늄, 칼슘, 티타늄과 같은 미량 불순물이 포함된 98.5%~99.5% 순수 실리콘 소재를 사용하게 됩니다. 이러한 순도가 실리콘을 매우 유용하게 만듭니다. 실리콘 금속이 강도, 내식성 및 주조성을 향상시키는 알루미늄 정제와 같은 응용 분야에서는 소량의 오염이라도 성능을 저하시킬 수 있습니다. 그러나 문제는 다음과 같습니다. 대부분의 실리콘 금속은 완제품의 일부로 폐기물 흐름에 들어가고 순도를 손상시키지 않고 해당 제품에서 분리하는 것이 극히 어렵습니다.
예를 들어 내화 재료를 생각해보십시오. 내화재료용 실리콘금속은 용광로, 가마, 제철소 등의 고내열 라이닝 제조에 사용됩니다. 이러한 라이닝의 수명이 끝나면 알루미나, 산화마그네슘, 탄소와 같은 다른 내화 성분과 혼합됩니다. Silicon Metal은 추출하기 쉬운 단일 형태로 농축되지 않고 매트릭스 전체에 분산되어 있습니다. 재활용 팀은 사용된 내화물을 파쇄하고, 비실리콘 성분을 용해하고, 남은 실리콘을 정화해야 합니다. 이 공정은 에너지 집약적이며 종종 회수하는 것보다 더 많은 폐기물을 생성합니다. 나는 중서부의 소규모 재활용 업체에서 내화성 실리콘 금속 재활용 물을 테스트하여 벽에 부딪힌 것을 직접 목격했습니다. 정화 비용이 회수된 금속의 가치를 훨씬 능가합니다.
또 다른 주요 제한 사항은 소비 후 폐기물에 포함된 실리콘 금속의 이질성입니다. 분류하기 쉽고 균일하고 식별 가능한 형태로 생산되는 경우가 많은 알루미늄이나 강철과 달리 Silicon Metal은 각각 특정 사용 사례에 맞게 수정된 수백 가지의 다양한 제품이 될 수 있습니다. 몇 년 전, 우리는 재활용을 위해 50톤의 실리콘 웨이퍼 조각과 깨진 모듈을 가져온 태양광 패널 제조업체와 협력했습니다. 얼핏 보면 깨끗하고 농축된 Silicon Metal 공급원처럼 보입니다. 결국 웨이퍼는 거의 순수한 실리콘입니다. 그러나 재활용 업체 파트너가 재료 처리를 시작했을 때 전면 접점에서 소량의 은, 후면 시트에서 구리, 심지어 모듈 프레임에서 플라스틱까지 발견했습니다. 실리콘을 새로운 웨이퍼에 사용할 수 있는 등급으로 만들려면 오염 물질의 모든 흔적을 제거해야 하며, 이를 위해서는 대량으로 확장할 수 없는 정밀 화학 처리가 필요합니다.
이러한 이질성은 다른 실리콘 금속 형태에서도 나타납니다. 실리콘 생산 및 배터리 음극에 사용되는 금속 실리콘 분말은 제조 과정에서 다른 분말과 혼합되는 경우가 많아 분류가 더욱 어렵습니다. 그리고 Lump Silicon Metal은 수집하기 쉬운 간단하고 부피가 큰 형태처럼 보일 수 있지만 많은 산업 사용자는 한 번에 소량을 사용하여 가공 장비에서 오일, 그리스 또는 금속 부스러기로 오염된 스크랩을 생성합니다. 스크랩이 재활용 업체에 도달할 때쯤에는 고급 응용 분야의 실제 재사용 지점을 넘어 품질이 저하되었으므로 전체 실리콘 금속 시장의 작은 부분인 철강 첨가제와 같은 저부가가치 용도에만 사용할 수 있습니다.
에너지 비용은 또 다른 거대하지만 종종 간과되는 제한 사항입니다. 순수 실리콘 금속을 생산하려면 매우 에너지 집약적인 공정이 필요합니다. 석영 모래를 전기 아크로에서 섭씨 1,900도 이상으로 가열하는 데에는 실리콘 1kg당 약 13kWh의 전기가 필요합니다. 재활용에도 에너지가 필요한 것은 사실이지만, 재활용된 금속 실리콘의 정제 단계는 특히 저등급 스크랩이나 혼합 재료를 다룰 때 에너지가 훨씬 더 많이 소모될 수 있습니다. 국제 에너지 기구(IEA)의 2022년 보고서에 따르면 평균 실리콘 금속 재활용 작업은 회수된 실리콘 1kg당 15~20kWh를 사용하며, 반도체 또는 태양열 응용 분야에서 순수 금속과 동일한 순도에 도달하려고 하면 그 숫자가 25kWh로 증가합니다. 맥락에 따르면 산업 사용자를 위한 글로벌 에너지 가격은 지난 10년 동안 변동성이 심했으며 많은 재활용업체는 가격을 인상하지 않고는 이러한 비용을 흡수할 수 없습니다. 이로 인해 재활용된 실리콘 금속은 새로운 재료에 비해 경쟁력이 떨어집니다. 대부분의 재활용 업체가 공장 잔재물과 같이 극도로 순수한 스크랩만 처리하고 낮은 등급의 폐기물을 테이블 위에 남겨두는 데에는 이유가 있습니다.
수명이 다한 제품으로 인한 오염은 이러한 에너지 문제에 또 다른 문제를 추가합니다. 실리콘메탈은 대규모로 분해가 어려운 제품에 많이 사용됩니다. 예를 들어 전기차(EV) 배터리에 사용되는 메탈릭실리콘을 이야기하면 흑연, 바인더, 동박 등이 섞여 있다. EV 배터리의 수명이 다하면 리튬 이온 배터리의 표준 재활용 프로세스는 모든 것을 함께 파쇄하여 혼합 금속 슬러리를 생성합니다. 슬러리에서 실리콘을 분리하려면 산을 이용한 침출, 필터링, 제련 등 여러 단계가 필요합니다. 각 단계를 수행하면 비용과 에너지가 추가되고 더 많은 불순물이 유입될 수 있습니다. AI 기반 광학 스캐너와 같은 고급 분류 기술을 사용하더라도 다른 배터리 재료가 혼합되어 있는 작은 실리콘 입자를 골라내는 것은 어렵습니다. 실리콘 회수를 위한 파일럿 프로그램을 테스트한 몇몇 EV 제조업체와 이야기를 나눴지만 지금까지 그 공정이 현재 원자재 가격으로는 수익성이 없기 때문에 상업적 수준으로 규모를 확장한 업체는 없습니다.
재활용 인프라의 표준화도 부족합니다. 대부분의 실리콘 금속 스크랩은 실리콘 금속을 사용하여 잉곳을 정제하는 알루미늄 제련소, 웨이퍼를 절단하는 태양광 공장, 실리콘을 생산하는 화학 공장 등 공장 수준에서 생성됩니다. 그러나 스크랩을 수집하고 등급별로 분류하고 효율적으로 처리할 수 있는 네트워크 인프라는 거의 없습니다. 많은 지역에는 Silicon Metal을 처리할 수 있는 재활용 업체가 소수에 불과하며, 스크랩을 생성하는 시설에서 멀리 떨어진 곳에 있는 경우가 많습니다. 이는 이미 희박한 재활용 마진을 잠식하는 운송 비용을 추가합니다. 고객과 협력하여 스크랩을 관리할 때 전문 재활용업체와 연결해야 하는 경우가 많지만, 그럼에도 불구하고 지연, 혼합 배치, 재활용업체의 사양을 충족하지 않아 거부되는 자재 등을 볼 수 있습니다.
충분히 논의되지 않은 또 다른 제한 사항은 새로운 애플리케이션에 대한 순도 요구 사항입니다. Silicon Metal은 모든 용도에 적용할 수 있는 단일 소재가 아니며, 용도에 따라 다양한 순도 등급이 요구됩니다. 예를 들어, Silicon Metal 441은 철, 알루미늄 및 칼슘에 대한 특정 제한이 있는 98.5%의 실리콘이 필요한 알루미늄 산업의 주력 제품입니다. 그러나 반도체나 태양광 웨이퍼에 실리콘 금속을 사용하려면 99.9999%(식스-나인) 순도가 필요하며 아주 작은 양의 불순물이라도 재료의 성능을 저하시킬 수 있습니다. Silicon Metal을 재활용하면 매우 값비싼 정제 기술에 투자하지 않는 한 거의 항상 원본보다 낮은 등급의 재료가 됩니다. 즉, 재활용 실리콘은 일부 응용 분야에만 사용될 수 있으며, 대부분 철강 생산이나 주조 알루미늄 부품과 같은 낮은 등급의 용도로만 사용될 수 있습니다. 고순도 재활용 금속 실리콘에 대한 수요가 거의 없어 시장 장벽이 형성됩니다. 재활용 업체는 비용을 감당할 수 있는 가격에 고급 제품을 판매할 수 없기 때문에 값비싼 정화 장비에 투자할 유인이 없습니다.
분명히 말하고 싶습니다. 이러한 제한 사항이 Silicon Metal 재활용을 추구할 가치가 없다는 의미는 아닙니다. 공급업체로서 우리는 지속 가능성에 많은 투자를 하고 있으며 재활용업체와 협력하여 고급 분류 알고리즘부터 에너지를 덜 사용하는 습식 야금 정제 공정에 이르기까지 항상 새로운 기술을 테스트합니다. 우리는 특히 내화물용 실리콘 금속이나 금속 실리콘 분말을 생산할 때 나오는 부산물과 같이 이미 상대적으로 순수한 공장에서 생성된 스크랩에 대한 유망한 파일럿 프로그램을 보았습니다. 그러나 이러한 노력을 확장하려면 업계를 가로막는 근본적인 한계를 해결해야 합니다.
덩어리 실리콘 금속 부스러기, 금속 실리콘 분말 폐기물 또는 생산 시 오염된 실리콘 금속 등 실리콘 금속 스크랩을 생성하는 제조업체인 경우 당사와 같은 신뢰할 수 있는 공급업체와 협력하면 이러한 과제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다. 우리는 검증된 재활용 업체 네트워크와 협력하여 모든 등급의 스크랩을 처리하며, 귀하가 재료의 가치를 극대화할 수 있도록 재료를 분류, 등급 지정 및 준비하는 데 도움을 드릴 수 있습니다. 더 많은 재활용 실리콘 금속을 생산 공정에 통합하려는 경우, 폐기물을 줄이는 지속 가능한 관행을 지원하는 동시에 성능 요구 사항을 충족하는 적절한 등급을 안내해 드릴 수도 있습니다.
다양한 산업용 등급을 포함하여 당사가 공급하는 실리콘 금속 제품에 대해 자세히 알아보려면 Silicon Metal 441 페이지, Lump Silicon Metal 재고 또는 내화 재료용 실리콘 금속, 금속 실리콘 분말 및 금속 실리콘 페이지에서 세부 정보를 찾을 수 있습니다.
참고자료:
국제에너지기구. (2022). 금속 실리콘 생산 및 재활용의 미래: 글로벌 분석. IEA 간행물, 파리.
중요 원자재의 순환 경제. (2021). 실리콘 금속: 수명이 다한 재활용의 장벽과 기회. 유럽위원회, 브뤼셀.
미국 에너지부. (2023). 실리콘 기반 재료를 위한 고급 재활용 기술: R&D 로드맵. DOE 에너지 효율 및 재생 가능 에너지 사무국, 워싱턴 DC
