희유금속의 한 종류인 네오디뮴(Neidymium, Nd)은 가장 강력한 영구자석의 원료로 사용되며, 마이크와 스피커, 컴퓨터 하드 디스크부터 하이브리드 또는 전기 자동차의 모터, 풍력 발전의 터빈 등의 신기술에 이르기 까지 가볍고 부피가 작으면서 강한 자기장을 요구하는 장치에 널리 사용된다. 하지만 국내 Nd의 수급은 전량 중국에서의 수입에 의존하고 있으며, 국내 생산의 경우는 이제 겨우 그 수요를 짐작하고 채굴 가능성을 파악해나가기 시작하는 단계이다. 전 세계 희유금속의 90% 이상을 공급하는 중국은 자국의 경제발전과 산업의 고도화에 따른 안정적인 희유금속 수급을 위하여, 활발한 자원외교 및 수·출입 통제 정책을 펼치고 있다. 이로 인한 희유금속 수급에 대한 우려를 벗어나 원활하고 안정적인 Nd의 수급을 위해서는 폐 자원으로부터 Nd을 얻어내는 재활용 공정에 대한 기술 개발이 필수적이다. 본 연구에서는 현재 개발 중인, 폐 Nd 영구자석의 재활용을 통해 Nd2O3를 얻어내는 공정을 대상으로 환경성과 경제성 측면을 분석하여 Eco-efficiency를 도출하는 과정을 통해, 대상 재활용 공정이 얼마나 지속가능한가에 대해 분석하고자 한다.
본 연구에서는 폐 Nd 영구자석 1kg을 재활용 하는 공정을 대상 시스템으로 정의하였으며, 이를 위한 에너지 및 물질사용, 폐기물 처리를 고려하였다. 환경성 및 경제성 측면의 효율성을 분석하기 위한 비교 대상 시스템으로는, 폐 Nd 영구자석 1kg이 재활용 되지 않고 고철로 처리되는 상황을 가정하여, 고철 1kg의 처리 및 대상 시스템의 공정 수율과 동일한 양의 Nd2O3 신재 생산을 고려하였다.
1kg의 폐 Nd 영구자석 재활용에 대해 환경성 평가를 수행한 결과, 4.64E-02 kg antimony eq.의 자원고갈 영향 및 6.69E+00 kg CO2 eq.의 지구온난화 영향을 미치는 것으로 나타났다. 환경영향의 70% 이상은 산화공정과 배소공정에서의 전기 사용량에서 기인하는 것으로 분석되었으며, 이는 국내 전기 생산의 55.7%가 화석연료의 연소에 근간하기 때문이다. 대상 시스템에 대하 경제성 분석을 수행한 결과, 황산침출물의 여과를 통한 고철처리에서 610원의 이득이 발생하며, 그 외 나머지 공정에서 2,721.9원의 지출이 발생하여, 1kg의 폐 Nd 영구자석의 재활용을 위해 총 2,111.9원의 비용이 필요한 것으로 분석되었다. 폐 Nd 영구자석 재활용의 환경 효율성을 분석한 결과, 비교 대상 시스템에 비해 자원고갈 측면에서 1.26배, 지구온난화 측면에서 1.20배의 효율성을 가지는 것으로 나타났다. 경제 효율성의 경우, 비교 대상 시스템의 비싼 Nd2O3 신재 구입가격으로 인해 6.79배의 효율성을 가지는 것으로 나타났다. 그 결과, 폐 Nd 영구자석 재활용은 자원고갈 측면에서 8.56의 Eco-efficiency를 가지며, 지구온난화 측면에서 8.14의 Eco-efficiency를 가진다. 도출된 Eco-efficiency는 Eco-efficiency portfolio상 제 1사분면에 위치하게 되어, 연구 대상 시스템이 ‘지속 가능형’이라고 분석할 수 있다.
또한 본 연구에서는 분석된 대상 시스템의 Eco-efficiency를 바탕으로, 공정 개선 및 경제성 변화에 따른 Eco-efficiency 변화 분석, Nd 신재를 재생재로 대체했을 경우, 전세계 및 국내의 미래 수요 전망의 대체 효과를 도출하였다. 이와 같은 결과를 통해 현재 개발중인 폐 Nd 영구자석 재활용 공정이 도입되었을 경우의 환경성, 경제성 측면의 이득을 분석하였다. 본 연구의 결과는 개발 중인 대상 재활용 공정이 국내에 도입될 경우, 환경성과 경제성 측면의 의사 결정을 위한 기초 자료로써 활용될 수 있을 것으로 사료된다.