- 화학적/생물학적 융합 공정 개발로 온실가스 배출 없는 폐플라스틱 재활용 성공

- 열분해유를 미생물의 먹이로 정제, 고부가 플라스틱 원료인 ‘디카르복실산’ 전환

- 에너지환경분야 세계적 권위지 ‘저널 오브 클리너 프로덕션’ 4월호 게재

■ 한국에너지기술연구원(이하 ‘에너지연’) 바이오자원순환연구실 전상구 박사 연구팀과 한국생명공학연구원(이하 ‘생명연’) 바이오상용화지원센터 안정오 박사 공동 연구팀이 가정용 혼합 폐플라스틱을 재활용해 고부가 플라스틱의 원료인 ‘디카르복실산(α,ω-diacid)’을 생산하는 기술을 개발했다.

□ 플라스틱은 석유, 천연가스 등의 화석연료를 통해 생산되며 폐플라스틱은 분쇄하고 녹여 새 제품을 만드는 방법으로 재활용된다. 하지만 생산과 가공 과정에서 폐수와 유해물질이 방출돼 환경에 심각한 영향을 미치고 있다.

□ 이런 문제를 해결하고자 많은 국가와 기업이 플라스틱 순환 경제^*를 구축하기 위해 노력 하고 있다. 특히 최근에는 열분해^**와 같은 화학적 방법을 통해 친환경적으로 플라스틱을 재활용하는 기술이 주목받고 있다.

* 플라스틱 순환 경제: 사용한 플라스틱의 재활용 또는 분해를 통해 플라스틱을 재원료화 함으로써 폐기물을 최소화하고 자원의 지속 가능한 순환 경제를 구축하는 것.

** 열분해 (Pyrolysis) : 혼합된 폐플라스틱을 무산소의 고온 환경에서 가열해 기체, 액체(열분해유), 고체로 분해하는 과정

□ 그러나 열분해 방식도 완벽한 해결책은 아니다. 열분해 시 나오는 열분해유 중 30%의 나프타(Naphta) 성분만 플라스틱 원료로 재활용되고 대부분은 연소 과정에서 온실가스를 배출하는 저급 연료로 활용되기 때문이다.

■ 연구진은 기존의 화학적 재활용 방법의 한계를 극복하고자 화학적 공정과 생물학적 공정이 결합된 융합 공정을 제시했다. 개발된 공정은 열분해유를 저급 연료로 쓰는 대신 미생물 반응 공정의 원료인 ‘노르말 파라핀*’으로 정제하고 이를 미생물의 먹이로 활용해 플라스틱 원료를 생산하는 방식이다.

* 노르말 파라핀 (Normal Paraffin) : 직선 사슬 구조를 가진 탄화수소 화합물로 플라스틱을 만드는 재료 등으로 활용되며 미생물 공정 반응의 원료가 됨

□ 에너지연이 개발한 화학적 전처리 기술을 이용하면 열분해유에서 노르말 파라핀만을 선택적으로 정제할 수 있다. 열분해유를 수소로 가득 찬 400도(℃)의 고온 환경에서 촉매와 반응시키면 불순물과 독성이 제거돼 노르말 파라핀으로 전환된다.

□ 이후 정제된 노르말 파라핀을 미생물의 먹이로 활용하면 폴리에스터(PES), 폴리아미드(PA), 폴리우레탄(PU) 등 고부가 플라스틱 원료인 ‘디카르복실산’으로 최종 전환된다.

■ 연구진은 기술 활용을 통해 플라스틱 원료 생산 비용을 기존 석유화학 기반의 생산 기술 대비 최대 40%까지 절감할 수 있을 것으로 예측했다. 또 열분해유 중 저급 연료로 활용되는 양의 30%를 플라스틱 원료로 재활용할 수 있어 국가 온실가스 저감에도 유리하다.

■ 연구를 주도한 에너지연 전상구 박사는 “이번 기술은 기존 화학적 플라스틱 재활용 방법의 한계를 극복한 기술로 플라스틱 순환 경제 구축과 탄소중립 실현에 크게 기여할 수 있는 성과”라며, “최종 생산된 디카르복실산을 이용해 플라스틱을 합성하는 검증 절차를 진행하고 있으며 수요기업과의 교류를 통해 기술이전 및 사업화를 추진할 예정”이라고 밝혔다.

■ 한편 이번 연구는 산업통상자원부의 산업기술 알키미스트 프로젝트 사업으로 수행됐으며 연구성과는 에너지환경분야 세계적 권위지인 ‘저널 오브 클리너 프로덕션(Journal of Cleaner Production, IF 9.7)’에 게재됐다.