December 10,2019

플라스틱, 100% 재활용 가능하다

기존 생산시설 활용한 공정 기술 개발

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플라스틱 폐기물은 모든 국가가 안고 있는 골칫거리로 과학자들은 다양한 재활용 기술을 활용해 플라스틱 폐기물을 처리하는 방법을 연구하고 있다.

‘지속가능한 재료 및 기술’ (Sustainable Materials and Technologies) 저널은 최근 스웨덴 차머스 공과대학(Chalmers University of Technology) 연구팀이 플라스틱 폐기물을 분자 수준으로 분해해서 재활용하는 효율적인 공정을 개발했다고 발표했다.

‘혹독한 공정’ 만족하는 기술 개발

차머스 대학 헨리크 툰만(Henrik Thunman) 교수 연구팀이 찾아낸 플라스틱 ‘수증기 분해’의 최적 조건은 매우 가혹하다. 재료에 따라 차이가 있지만 온도는 750~900°C 범위이고, 높은 열소비율, 짧은 체류 시간( 0.08~0.25초),  낮은 부분 압력(0.2~1.0kg증기/kg 탄화수소) 등이다. 이러한 조건의 조합은 보통 논문에서는 ‘혹독한 공정’이라고 한다.

연구팀은 이 같은 조건을 가진 대학 안의 실험 시설을 돌려 한 시간에 200kg의 플라스틱 폐기물을 유용한 가스 혼합물로 만드는 방법을 시연할 수 있었다. 이 가스 혼합물을 재활용하면, 막 새로 나온 것과 같은 품질의 플라스틱을 뽑아낼 수 있다.

현재의 플라스틱 재활용 모델은 ‘폐기물 계층’을 따르는 경향이 있다. 플라스틱을 재활용하는 과정에서 반복적으로 품질이 낮아진 다음에 마지막으로 에너지 회수를 위해 연소되는 것을 의미한다.

스웨덴 연구팀은 재활용할수록 품질이 낮아지지 않고, 수집한 플라스틱에서 탄소 원자를 포착하여 원래의 품질 수준을 갖는 새로운 플라스틱을 만드는 데 초점을 맞췄다. 폐기물 계층의 가장 위쪽 계단으로 돌아가는 진정한 순환성을 만든 것이다.

원래 플라스틱의 품질 떨어뜨리지 않아

오늘날, 새로운 플라스틱은 석유화학 공장에서 ‘크래커’라는 장치에 화석 기름과 가스를 혼합해서 만든다. 크래커 안에는 간단한 분자로 구성된 빌딩 블록이 생성된 다음, 빌딩 블록이 여러 가지 다른 원료와 결합하면서 엄청나게 다양한 플라스틱을 만들어낸다.

공정 개념도. ⓒ차머스 대학

공정 개념도. ⓒ차머스 대학

수집된 플라스틱에서 이 같은 공정을 재현하기 위해서는 새로운 공정 개발이 필요했다. 차머스 대학 연구팀이 개발한 공정기술은 이미 가동하고 있는 석유화학공장과 통합될 수 있도록 개발했다.

이 때문에 현재 사용 중인 석유화학공장을 미래의 재활용 플라스틱 정제소로 변화시키면, 화석연료 대신 재활용 플라스틱이 원료가 될 수 있다.

그러나 과연 이 같은 전환이 이산화탄소를 얼마나 절약하는 효과가 있는지, 사용전력의 손해는 없는지에 대한 확인이 필요하다고 연구팀은 밝혔다.

하루 처리 양을 몇 톤에서 수백 톤으로 확장하는 상업적인 공정개발 역시 남은 과제라고 연구팀은 말했다.

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