‘플라스틱의 생명 연장’ 화학적 재활용이란? [우리가 몰랐던 과학 이야기] (129)

‘20세기 신의 선물, 플라스틱!’

플라스틱은 가볍고 물성이 뛰어나며 가격도 저렴하여 현대인의 풍요로운 일상생활과 산업 발달에 크게 공헌하고 있습니다. 경제 성장에 따른 플라스틱의 수요 증가로 생산에 필요한 원료 케미칼(화학 물질)의 수요 역시 늘어나고 있는데요. 이러한 추세는 앞으로도 계속될 것으로 추정되지만, 이로 인해 발생하는 천연자원의 고갈은 버려진 플라스틱이 쉽게 분해되지 않아 발생하는 환경문제와 더불어 전 세계적인 환경 위협 요인으로 지목되고 있습니다.

따라서 환경에 미치는 악영향을 최소화화면서 한정된 자원을 효율적으로 그리고 지속 가능한 방법으로 사용하고자 하는 새로운 순환 경제형 재활용 기술 개발이 요구되고 있습니다. 한화솔루션은 이러한 시대적 요구에 따라 폐품을 화학적 방법으로 분해하여 원래의 원료인 모노머로 되돌려 다시 플라스틱을 생산할 수 있는 화학적 재활용(Chemical Recycling) 기술 개발에 집중하고 있는데요. 한정된 자원을 효율적이고 지속 가능한 방법으로 쓸 수 있는 화학적 재활용 기술에 대해 자세히 알아보도록 하겠습니다.

◆화학적 재활용(Chemical Recycling)이란?

우리가 일반적으로 알고 있는 플라스틱 재활용은 분쇄와 응용 등 물리적인 가공을 통해 진행됩니다. 다시 제품을 생산하는 물질 재활용(Mechanical Recycling)입니다. 이와 달리 화학적 재활용(Chmeical Recycling)은 폐플라스틱을 탄화수소 등의 성분으로 분해하는 방법을 적용합니다. 주로 재활용이 어려운 폐비닐이나 복합 재질의 플라스틱을 분해하여 석유제품 등의 원료를 추출하고 이를 통해 폐기물의 양을 줄이고 고갈되는 천연자원을 줄 일 수 있기 때문에 이를 위한 기술 개발은 이제 필수가 되었습니다.

◆플라스틱 열분해 기술이란?

폐플라스틱을 분해하는 열분해 기술 자체는 이미 오래전부터 알려져 있었습니다. 몇가지 화학 반응식만으로 설명하기 힘든 매우 복잡한 분해반응으로 이루어져 있습니다. 고분자 플라스틱의 긴 사슬이 불규칙적으로 분해되므로 그 생성물은 정규분포 형태와 유사한 분자량(탄소 수)을 갖게 되는데요. 일반적으로 나프타(탄소 수 5~12개의 탄화수소 혼합물)보다 무거운 탄화수소들이 주로 생성되므로 저급 디젤유나 보일러의 연료 등으로 이용됩니다. 따라서 나프타 등 원료 케미칼로 쓰이는 것은 제한적일 수밖에 없었습니다.

화학적 재활용 기술의 핵심은 단순히 열분해를 통한 저급의 연료유를 생산하는 것이 아닌, 원료 케미칼로 재사용할 수 있는 수준의 품질과 수율을 확보하는 것인데요. 더 나아가 열분해 1차 생성물들을 고부가 화학원료로 추가 업그레이드하는 것입니다.

◆세계의 플라스틱 화학적 재활용 기술 동향

1 독일의 폐플라스틱 유화 기술

독일의 ‘Oko-Energie Umweltfonds’사는 2014년 열분해 법을 이용한 폐플라스틱 유화 기술을 통해 난방용으로 사용 가능한 재생유 기술을 선보였습니다. 플라스틱 폐기물을 상대로 분류(Sorting)와 화합물화(Compounds), 재활용(Recycling), 전환(Conversion)의 4단계를 거쳐 불순물과 합성 물질이 제거하면 이용 가능한 난방유로 탄생하게 됩니다.

약 5000t의 플라스틱 폐기물 재활용을 통해 연간 425만ℓ의 난방유를 생산할 수 있습니다. 열분해 공장에서 대기 중으로 배출되는 가스는 탄화수소가 완전 연소돼 독성이 없는 이산화탄소입니다. 이와 더불어 물만 배출해 친환경적입니다.

현재는 보편화한 기술로 독일뿐만 아니라 다른 나라에서도 폐플라스틱을 열분해 해서 얻어진 탄화수소를 에너지원으로 쓰이고 있습니다. 폐플라스틱의 에너지화는 결국 연료로서 생을 마감하는 것이기 때문에 자원의 소멸을 의미하며 유럽과 미주에서는 재활용으로 인정받지 못하고 있는 한계가 있습니다.

2 유럽 중심의 ‘폐플라스틱 ⇔ 플라스틱’

출처=사빅(www.sabic.com)

지난해 유럽을 중심으로 바스프(BASF)와 사빅(Sabic) 등 대형 석유화학사들이 기존 열분해 업체와의 협업을 발표했습니다. 이는 폐플라스틱을 에너지로 활용하는 대신 원료 케미칼로 재활용하기 위함인데요. 기존 업체로부터 공급받은 열분해 오일의 추가 업그레이딩을 통해 유화업체의 분해설비에 원료로 투입하여 플라스틱을 생산하는 내용의 프로젝트를 진행하고 있습니다. 현재까지는 기존 열분해 기술의 나프타 수율이 낮으므로 이를 최대화하려는 노력이 계속되고 있습니다.

◆한화솔루션 화학적 재활용 기술

한화솔루션은 순환경제 측면의 화학적 재활용 기술을 확보하기 위해 축적된 석유화학 촉매 및 공정 기술 역량을 기반으로 매진하고 있습니다. 이를 통해 기존 열분해 기술에 석유화학 촉매 기술을 적용하려는 시도를 하고 있습니다. 나프타보다 무거운 탄화수소들을 촉매 작용에 의해 선택적으로 분해하여 나프타 범위의 탄화수소로 전환함으로써 나프타 수율을 크게 높이고 이를 통해 전환된 원료 케미칼을 새로운 플라스틱 제품으로 재활용하는 기술입니다.

환경에 미치는 악영향을 최소화하면서, 지구의 한정된 천연자원을 효율적이고 지속 가능한 방법으로 사용할 수 있는 솔루션을 제공하기 위해 창의적이고 과학적인 방법을 찾아 최선을 다하는 한화솔루션, 앞으로도 애정을 갖고 지켜봐 주갈 바랍니다.

한화솔루션 블로거

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