폐플라스틱 화학적으로 분해해 원재료로 다시 쓴다

[이데일리 강민구 기자] 한국화학연구원 연구진이 상온에서 폐플라스틱을 화학적으로 분해해 플라스틱 합성 이전 원료로 되돌릴 핵심기술을 개발했다. 개발한 기술은 리뉴시스템에 이전돼 연간 1만톤 규모의 실증설비 구축이 진행되고 있다. 연내 공정을 최적화하고, 2023년에 생산설비 개념을 완성해 사업화를 할 계획이다.

조정모 한국화학연구원 박사.(사진=한국화학연구원)

한국화학연구원은 리뉴시스템과 23일 화학연에서 저온에서 폐PET를 완전분해할 수 있는 해중합 기술이전 협약식을 개최했다고 이날 밝혔다.

조정모 박사 연구팀은 폐플라스틱 재활용 분야에서 해중합 기술 상용화에 최대 걸림돌이었던 에너지 사용량과 경제성 문제를 극복할 저온 해중합 기술과 고수율·고순도·고부가 단량체를 만들 플랫폼 생산 기술을 개발했다.

해중합 기술은 수백개 이상의 단위체가 서로 합쳐져 이뤄진 고분자를 화학적으로 분해해 소재 합성 이전의 원료로 되돌릴 수 있는 기술이다. 폐PET 재활용 산업에서 기존 플라스틱의 화학 구조를 유지한 채 오염된 플라스틱을 분류·파쇄·세척하는 과정을 거쳐 물리적으로 재가공하는 ‘비순환형 재활용 기술’을 주로 활용하고 있다.이 방법으로 만든 플라스틱 제품은 기존 제품보다 품질이 떨어지고 재활용할 수 있는 횟수도 제한적이었다.

반면 화학적 재활용 기술인 해중합기술은 기존 플라스틱 제품과 동등한 품질을 가지면서도 소재 합성 이전의 원재료로 되돌려 무한 반복 재활용하도록 할 수 있다. 다만 온도나 압력이 높아야 하고, 공정 과정에서 오염물질을 없애기 위해 많은 에너지가 필요해 상용화하기 어려웠다.

연구팀은 폐PET병이나 폐폴리에스터 섬유를 상온에서 적은 양의 에너지만으로도 완전히 분해해 다시 원료로 만들었다. 기존 석유 유래 제품을 대체하기 위해 메탄올을 사용해 고분자 구조를 이루는 결합을 분해하는 ‘메탄올리시스 반응기술’도 개발했다.

기존 해중합 기술의 한계를 극복하기 위해 상온에서 반응성이 높은 값싼 촉매를 반응에 적용하고, 부반응을 제어할 공정기술을 도입해 고부가 단량체인 ‘디메틸테레프탈레이트(DMT)’를 고수율·고순도로 제조할 기술을 활용했다. DMT를 반응중간체로 사용해 100도 이하의 낮은 온도에서 다양한 고부가 재생 단량체를 만들 플랫폼 기술도 만들었다.

이미혜 화학연 원장은 “폐플라스틱의 환경오염 문제를 완화하고, 전량 수입에 의존하던 석유화학제품 원료를 폐자원으로부터 얻을 수 있다”며 “국내 플라스틱 화학산업의 지속 가능성을 확보하고, 세계시장 진출도 하는 기술이 될 것”이라고 말했다.

폐PET의 해중합 기술은 에너지를 거의 사용하지 않는다.(자료=한국화학연구원)