쓰레기를 에너지로! 폐플라스틱 열분해 기술 [우리가 몰랐던 과학 이야기] (208)

출처=호주 모나쉬대(Monash University)

해마다 버려지는 플라스틱 쓰레기의 양은 점점 증가하고 있고, 이를 처리하기 위한 비용 또한 많아지고 있습니다. 재활용이 안 되는 플라스틱은 소각이나 매립을 하게 되는데, 이 과정에서 환경을 오염시킵니다.

환경 오염을 야기하는 소각이나 매립을 하지 않기 위해서는 버려지는 플라스틱 없이 100% 재활용을 할 수 있는 기술이 필요합니다. 화학적 재활용 방법인 열분해는 물질 재활용이 되지 않는 폐플라스틱을 새로운 화학제품으로 재탄생시키는 기술입니다. 오늘은 열분해 기술을 통해 폐플라스틱이 어떻게 ‘변신’을 하는지 살펴보겠습니다.

◆폐플라스틱 열분해 기술이란

출처=thred.com

열분해는 높은 온도로 가열할 때 화학물질에서 일어납니다. 플라스틱 폐기물을 무산소 또는 저산소 상태에서 고온으로 가열하면 분해되어 기체나 액체로 분해되는데, 이들 물질은 석유계 화합물과 거의 유사해 연료로 재사용할 수 있습니다.

열분해 기술을 이용해 기존에 제대로 재활용하지 못했던 폐플라스틱을 유용한 자원으로 재탄생시킬 수 있게 되었는데요. 이를 통해 폐플라스틱 쓰레기의 양을 획기적으로 줄일 수 있게 될 것으로 기대를 모으고 있습니다.

◆폐비닐 열분해 오일화 기술

2019년 환경부 자료에 따르면 폐비닐은 연간 200만t이 발생하고 있습니다. 재활용이 어려운 폐비닐은 소각이나 매립을 해야 하지만, 유해 가스 배출 문제가 뒤따릅니다. 최근 한국에너지기술연구원은 폐비닐을 친환경적으로 처리할 수 있는 기술을 개발해 주목받고 있는데요. 바로 폐비닐로부터 에너지로 쓸 수 있는 오일을 생산하는 기술입니다.

폐비닐로부터 오일을 생산하는 과정은 ‘원료 투입-열분해-생성물 정제, 잔사물 처리-최종제품’으로 구성되는데, 일정한 온도에서 최대의 수율과 질을 확보할 수 있도록 공정을 최적화한 덕분에 기존 기술보다 원료 처리량을 3배 이상 늘렸습니다.

◆폐타이어 친환경 열분해 처리

국내 자동차 보유 대수 증가에 따라 타이어 생산량도 늘어나고 있는데요, 이에 수명을 다한 폐타이어 발생량도 많아지고 있습니다. 이에 반해 적절하게 처리 또는 재활용할 수 있는 시설이 활성화되어 있지 않아 무단 방치 또는 단순 소각으로 처리되기 일쑤입니다.

폐타이어는 석탄이나 바이오매스보다 발열이 높고, 상대적으로 휘발물질 함유량이 많습니다. 또 회분 함량은 적어 연소와 열분해, 가스화 이용에 이상적인 물질입니다. 따라서 재활용 가치가 매우 높습니다. 열분해 기술을 통해 고무 대분자를 열적으로 분해하면 가스와 기름, 강선(철강선), 미세한 탄소 분말인 카본 블랙 등 4가지 생성물이 남게 됩니다.

폐타이어 열분해 공정은 소각보다 오염물질과 온실가스 배출량이 적어 친환경적이면서도 열분해유 및 카본 블랙 등 고부가가치 원료도 얻을 수 있습니다.

◆폐플라스틱 열분해 수소화 기술

출처=plasticgeneration.com

폐플라스틱 열분해유는 석유∙화학제품의 원료로 재활용될 수 있는 것은 물론이고, 이를 통해 수소를 생산할 수도 있다고 합니다. 수소는 원료로 물을 사용하기 때문에 오염물질을 발생시키지 않아 차세대 청정 에너지원으로 떠오르고 있습니다. 하지만 수소를 만드는 방식은 화석연료를 써야 하는 만큼 전적으로 친환경적이지 못하다는 문제를 지니고 있습니다.

최근 폐플라스틱 열분해 기술을 통해 생산한 가스를 수소로 개질하는 기술이 개발되고 있는데요. 최근 강원도는 내년까지 ‘폐합성수지를 활용한 플라스마 수소 생산 실증사업’을 추진하고, 플라스마 기술을 이용해 폐플라스틱과 폐비닐 등을 열분해해 수소 에너지를 만들겠다고 밝혔습니다.

◆폐플라스틱 열분해유 기반 나프타 생산기술

폐플라스틱을 고온에서 분해한 열분해유에서 불순물을 제거하고 분자구조를 변화시켜 나프타를 생산하는 기술을 PTC(Plastic to Chemicals)라고 합니다. 이 PTC 기술을 통해 생산된 나프타는 에틸렌과 프로필렌 등 플라스틱 기초 원료로 다시 사용할 수 있는데요. 이를 통해 플라스틱 쓰레기는 물론이고 환경 오염도 줄일 수 있습니다.

한화솔루션은 에너지기술연구원 등과 협력해 열분해유에서 불순물을 제거해 나프타 품질을 높일 수 있는 핵심 기술인 촉매와 공정 개발을 총괄하고 있는데요. 오는 2024년까지 하루 1t 규모의 파일럿 사업을 거쳐 폐플라스틱으로 연간 3만t의 나프타 생산을 목표로 하고 있습니다.

플라스틱 쓰레기 문제로 전세계가 몸살을 앓고 있는 요즘 열분해 기술로 환경 오염, 자원 고갈 등의 고민 없이 살 수 있는 날이 오기를 기대해봅니다.

한화솔루션 블로거

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