우리 생활 주변에서는 매일 엄청난 양의 플라스틱 쓰레기들이 양산된다. 전세계적으로 해마다 1억5000만톤의 플라스틱이 생산되며, 이 가운데 대부분은 시간이 지나면서 결국 매립지나 바다 등에 버려진다. 미국에서는 생산되는 플라스틱의 9%만이 재활용되고 있고, 유럽에서는 재활용률이 30% 정도 되는 것으로 알려진다.

과학자들은 지구상의 모든 고체 플라스틱 쓰레기를 재활용한다면 1,760억 달러의 에너지 절감 효과를 거둘 수 있다고 추정한다. 미국 휴스턴대와 IBM 연구원들은 과학저널 ‘사이언스’(Science)에 새로운 접근법을 이용하면 플라스틱 폐기물의 재활용량을 크게 늘릴 수 있다고 보고했다.

여기에는 기존의 플라스틱을 더욱 효율적으로 재활용할 수 있는 방법을 찾는 것과 함께 쉽게 재활용할 수 있는 새로운 플라스틱 개발이 포함된다. 이런 접근방식은 다양한 종류의 플라스틱을 한가지 폐기물 공정에 적용함으로써 분류에 드는 비용과 시간을 절약하는 방법에서부터 플라스틱을 에너지 효율적으로 분해하는 방법까지 광범위하다.

재활용 방법 개선이 시급한 과제

논문 저자인 미국 휴스턴대 화학 및 생체분자 공학과 메건 로버트슨(Megan L. Robertson) 부교수와 IBM 알마든 연구센터 지네트 가르시아(Jeannette M. Garcia) 연구원은 “최근 연구는 에너지 소요가 적고 분류를 할 필요가 없는 혼합 플라스틱 쓰레기의 융화 그리고 전통적으로 재활용할 수 없었던 고분자에 대한 재활용 확대 기술 등을 포함한 화학적 재활용 방법을 제시한다”고 기술했다.

이 가운데 기존 플라스틱 소재의 재활용 방법을 개선하는 일이 무엇보다 중요하다. 로버트슨 교수는 “새로운 재료들은 시장에 늦게 도입되므로 가장 시급한 것은 현재 대량 생산되는 플라스틱을 효율적으로 재활용하는 방법을 개발하는 일”이라며, “연구 발전에 따라 앞으로는 재활용이 용이한 소재가 개발될 예정”이라고 설명했다.

한 가지 예가 열경화성 수지로 알려진 고분자 종류다. 이 플라스틱류는 용도 변경을 위해 녹일 수가 없어 전통적인 방법으로는 재활용이 불가능하다. 로버트슨 교수 연구실에서는 열경화성 수지의 생재활용(biorenewable) 구성요소를 개발해 탄화수소 기반의 고분자를 식물성 기름이나 다른 식물 기반 재료로 만든 고분자로 대체하려 하고 있다. 이런 노력은 분해가 어려웠던 소재들을 퇴비화하거나 화학적 재활용이 가능토록 함으로써 새로운 도약을 이룩할 것으로 보인다.

플라스틱 재활용률 높이기 위한 핵심 이슈들

이러한 전망은 고분자의 출처(석유 대 생물자원)와 재활용이 가능한 생분해성 고분자 개발 등을 포함해 ‘사이언스’ 지가 고분자의 환경적 영향에 관한 이슈를 탐구하기 위해 발간한 시리즈물의 일부다.

로버트슨 교수와 가르시아 박사는 핵심 이슈로 다음의 세 가지 사항을 지적했다.

• 플라스틱을 재활용을 위해서는 반드시 분류를 해야 하고 여기에는 노력과 비용이 추가된다. 플라스틱 혹은 고분자는 큰 분자로 구성돼 있기 때문에 물과 기름처럼 대부분이 혼합되지 않는다. 따라서 서로 다른 종류의 플라스틱을 함께 모아 재활용할 수 있도록 하는 융화재 기반물질 개발에 연구의 초점이 모아지고 있다.  로버트슨 교수는 모든 고분자에 적용할 수 있는 융화재를 찾는 것이 이상적이지만 현재 기술로는 각 플라스틱 혼합물에 대한 맞춤형 접근법이 필요하다고 말했다.
• 화학적 재활용에는 플라스틱류를 분자량이 적은 것으로 분해하기 위한 촉매 사용이 필요하다. 연구자들은 이 과정이 현재 고에너지 비용 때문에 장애가 된다고 말한다. 이를 극복하기 위해 더 효율적인 촉매를 개발하기 위한 연구가 진행 중이다.
• 현재 재활용되는 대부분의 플라스틱은 물병에 사용되는 성분인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)와, 플라스틱 제품에 가장 많이 사용되는 폴리에틸렌으로 구성돼 있다. 재활용 기술을 PET와 폴리에틸렌을 넘어 다른 플라스틱류에까지 확대하는 것이 현재 진행되는 연구 영역이다. 열경화성 수지와 탄성중합체(고무 재질) 같은, 고온에서 용융 처리할 수 없는 고분자를 재활용하는 방법 개발에도 도전적인 연구가 시도되고 있다.

성능 저하 없이 재활용 가능한 플라스틱도 과제

연구진은 소재의 성능에 영향을 미치지 않으면서 재활용이 용이하도록 하는 것이 중요하다고 말한다. 플라스틱을 성능 저하 없이 많은 용도에 쓰면서 재활용할 수 있도록 만드는 것은 이 분야 연구자들에게는 공개된 과제다.

연구팀은 “현재 수준을 넘어서서 플라스틱 재활용률을 향상시키는 것은 온실가스 배출 감소와 환경을 위한 폐기물 축적 방지, 언젠가 바닥 날 석유자원 의존 감소, 고형 플라스틱 폐기물의 경제적 가치 회복 등과 같은 많은 사회적 이점을 지닌다”고 밝혔다.

연구팀은 이러한 일들이 폴리스티렌 폐기물의 화학적 재활용 방법들을 확대 개발하고, 소재들에서 순수 원료를 분리하는 과정을 개발하는 신생기업들에서 시작되고 있다고 말한다.

연구진은 이런 여러 연구들을 통해 “머지 않아 플라스틱 재활용률이 오늘날보다 훨씬 높아질 것으로 기대된다”고 기술했다.