[LAB을 찾아서]플라스틱 재활용, 새 원료보다 싸졌다

이화여대·서강대 공동 연구팀
회수 가능한 '구슬 촉매' 개발
수율 개선…PET 99% 분해

폐플라스틱을 화학적으로 분해해 새 플라스틱 원료로 되돌리는 과정에서 촉매를 쉽게 회수할 수 있는 기술이 개발됐다. 촉매를 작은 구슬 형태의 고체로 만들어 반응이 끝난 뒤 걸러낼 수 있도록 한 것이 핵심이다. 정제 공정을 줄여 재활용 비용과 온실가스 배출량을 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

폐플라스틱을 분해해 재활용 원료로 되돌리는 고체 구슬 촉매 기술을 개발한 연구진인 김용수 서강대 화공생명공학과 연구원(왼쪽부터), 나종걸 이화여대 화공신소재공학과 교수, 이영원 이화여대 화공신소재공학과 연구원, 김형준 서강대 화공생명공학과 교수가 기념촬영을 하고 있다. 이화여자대학교

나종걸 이화여대 화공신소재공학과 교수 연구팀과 김형준 서강대 화공생명공학과 교수 연구팀은 반복해서 사용할 수 있는 고체 구슬 촉매를 개발했다고 14일 밝혔다. 이번 연구 결과는 지난달 국제학술지 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다.

연구팀은 음료수병과 포장 용기, 폴리에스터 섬유 등에 쓰이는 페트(PET)에 주목했다. PET는 플라스틱 폐기물의 약 10~15%를 차지한다.

PET를 화학적으로 재활용하려면 이를 분해해 플라스틱 원료인 비스 테레프탈레이트(BHET)로 되돌려야 한다. 기존에는 금속 촉매가 반응물에 녹아 생성물과 섞이면서 촉매를 제거하기 위한 정제 작업을 여러 차례 거쳐야 했다. 이 과정에서 비용과 에너지가 추가로 들었다.

연구팀은 촉매를 고체 구슬로 만들고 내부에 기공을 연결해 반응물이 구슬 안쪽까지 들어갈 수 있도록 했다. 그 결과 PET를 99% 이상 분해할 수 있었고 BHET 수율은 최대 96.9%에 달했다. 반응이 끝난 뒤에는 촉매를 여과해 쉽게 회수할 수 있었다. 촉매는 30회 재사용한 뒤에도 평균 BHET 수율이 90.7%로 유지됐다.

촉매를 쉽게 회수할 수 있게 되면서 정제 공정도 단순해졌다. 기존의 반복적인 재결정 대신 2단 증발 방식을 적용해 증기 사용량을 크게 줄였다. 연구팀 분석 결과 재생 원료 BHET의 최소판매가격은 1㎏당 1.02달러로, 석유로 생산한 새 원료의 시장가격인 1.35달러보다 낮았다. 온실가스 배출량도 재생 PET 1㎏당 이산화탄소 1.90㎏로 분석됐다. 이는 새 PET를 생산한 뒤 소각하는 경우의 약 3분의 1 수준이다.

나 교수는 "이번 연구는 촉매를 잘 만드는 데서 그치지 않고 실제 공정에 적용해 경제성과 환경성까지 함께 검증했다는 점에서 의미가 있다"며 "폐플라스틱 순환 경제를 앞당길 현실적인 기술이 될 것으로 기대한다"고 말했다.

오지은 기자 joy@asiae.co.kr