빛·열 이용해 '폐페트병→화학원료'…"재활용 기술 개발"

[울산=뉴시스] 구미현 기자 = 빛과 열을 이용해 폐페트병을 화학 원료로 전환하는 새로운 재활용 기술이 개발됐다. 주요 생산물이 고체와 기체 형태로 각각 생성돼 원료를 분리하고 회수하는 과정도 한층 간소화할 수 있을 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST)은 에너지화학공학과 류정기 교수팀이 포항공과대학교(POSTECH·포스텍) 박수진 교수팀과 공동으로 폐페트(PET)를 고체 상태의 테레프탈산과 기체 상태의 에틸렌으로 전환하는 화학적 재활용 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

이번 기술은 폐페트 분말에 촉매를 넣고 빛과 열을 가해 두 가지 화학 원료를 생산하는 방식이다.

테레프탈산은 페트병을 다시 만드는 데 사용되는 핵심 원료다. 에틸렌은 다양한 화학제품의 기초 원료로 쓰인다. 특히 테레프탈산은 고체로 생성돼 여과 방식으로 회수할 수 있고 에틸렌은 기체로 발생해 별도로 모을 수 있다는 점이 특징이다.

연구팀은 폐페트 분말과 촉매를 묽은 황산 용액에 넣은 뒤 햇빛과 유사한 인공 빛을 비추면서 50도로 가열했다. 촉매로는 코발트를 포함한 탄소 나노소재를 입힌 다공성 실리콘 입자를 사용했다.

실험 결과 24시간 뒤 투입한 페트 분말의 73.2%가 분해·전환됐다. 테레프탈산과 에틸렌의 수율은 각각 69.4%와 39.1%로 나타났다.

실제 폐플라스틱에도 적용한 결과 투명 페트병과 검은색 식품 용기에서 테레프탈산 수율이 각각 91.4%와 90.8%를 기록했다.

기존 폐페트 화학적 재활용 공정은 고온·고압 조건이나 유기용매를 사용하는 경우가 많아 에너지와 처리 비용 부담이 컸다. 분해 과정에서 생성된 여러 물질이 용액에 함께 섞이면 원료별 분리와 정제에도 추가 비용이 발생했다.

반면 이번 기술은 50도의 비교적 낮은 온도에서 별도의 화학적 전처리 없이 폐페트를 분해할 수 있다. 주요 생성물이 고체와 기체로 나뉘어 나오는 만큼 원료 회수 공정을 단순화할 수 있다는 설명이다.

다만 테레프탈산에 섞인 미반응 페트 등을 제거하는 정제 과정은 필요하다. 에틸렌 역시 함께 발생하는 수소 기체와 분리해야 한다.

연구팀은 기존 공정에서 주로 생성되는 에틸렌글리콜 대신 에틸렌이 만들어지는 원리도 규명했다. 반응 과정에서 발생한 수소가 페트의 추가 분해를 돕고 촉매와 빛·열이 복합적으로 작용하면서 기존과 다른 분해 경로가 형성된다는 것이다.

류 교수는 "페트는 재활용이 잘되는 플라스틱이지만 이를 분해해 화학 원료로 만드는 화학적 재활용은 공정 비용이 커 상업화가 더딘 상황"이라며 "이번 기술은 원료 생산과 회수 과정을 간소화해 비용을 낮추는 데 도움이 될 것"이라고 말했다.

이어 "상용화를 위해서는 처리 규모를 확대해 생산성을 검증하고 추가 정제 비용까지 고려한 전체 공정의 경제성을 확보해야 한다"고 설명했다.

이번 연구에는 UNIST 에너지화학공학과 이인희·최유리 연구원이 공동 제1저자로 참여했다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단 및 지역혁신선도연구센터(RLRC) 사업 등의 지원을 받아 진행됐다.

연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)'에 지난 9월30일 게재됐다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]