버려지는 폐의류 플라스틱 원료로 재활용

한국화학연구원

폐합성섬유의 화학적 선별 기술 모식도. 화학연 제공

심각한 환경오염을 일으키는 주범 중 하나인 폐합성섬유를 화학적으로 선별해 플라스틱 원료로 전환하는 기술이 개발됐다. 자연에 버려지거나 소각되던 폐의류를 화학적으로 재활용할 수 있을 것으로 기대된다.

한국화학연구원은 조정모 화학공정연구본부 책임연구원팀이 폐합성섬유 내 염료의 화학적 성질을 이용해 재활용 원료를 분리할 수 있는 선별 기술을 개발했다고 18일 밝혔다. 선별한 폐합성섬유는 화학적 재활용 기술로 합성 이전의 단량체 원료로 되돌릴 수 있다.

의류산업에서 배출되는 온실가스는 지구 전체 배출량의 10%를 차지한다. 전 세계적으로 의류 생산량은 매년 증가하고 있고 대부분 소각되거나 자연에 버려져 환경을 위협한다. 특히 저렴하고 내구성이 좋아 옷을 만드는 데 주로 활용되는 합성섬유는 플라스틱처럼 잘 썩지 않아 심각한 환경오염을 일으킨다.

조 책임연구원팀은 특정 소재에만 선택적으로 작용하는 저가의 화합물을 활용해 혼합 폐합성섬유로부터 폴리에스터(PET) 소재만 골라내는 화학적 선별 기술을 개발했다. 또 분류된 폴리에스터 섬유를 저온분해해 합성 이전의 단량체 원료로 되돌리는 화학적 재활용 기술을 개발했다. 단량체는 화학 결합으로 고분자가 될 수 있는 단분자물질로 플라스틱 제조 원료로 사용된다.

조 책임연구원팀은 화학적 원리를 이용해 혼합 폐합성섬유에 생분해성 화합물로 만든 추출제를 처리한 뒤 탈색이 일어나는 섬유만을 분리해 무색 섬유만을 골라냈다. 그 결과 염료가 제거된 고품질 폴리에스터 소재만 선별할 수 있었다. 추출제는 회수 후 재사용도 가능했다.

이후 저온 해중합 기술로 저온 반응에서 폐섬유에서 고부가 단량체인 비스 테레프탈레이트(BHET)를 제조했다. 해중합 기술은 에틸렌글리콜을 반응물로 첨가해 고분자의 결합을 분해하는 기술이다. 기존의 분해공정은 200도 이상의 고온 조건에서 이뤄지지만 연구팀이 개발한 기술은 150도로 비교적 낮은 온도에서도 반응이 일어났다.

이미혜 화학연 원장은 "이번 성과는 그동안 재활용이 어려웠던 저급 유색 폐섬유를 고품질 단량체 제조를 위한 원료로 적용할 수 있어 의류 폐기물 발생량을 획기적으로 줄일 수 있을 것으로 기대된다"고 말했다.

화학연은 이 기술을 '리뉴시스템'에 이전해 해중합 설비 구축 및 상용화도 추진하고 있다. 2024년 말까지 연간 1만t(톤) 규모의 폴리에스터를 처리할 수 있는 실증 플랜트 구축을 추진하고 있다. 연구 결과는 지난해 12월 국제학술지 '미국화학회(ACS) 지속가능 화학 및 엔지니어링'에 발표됐다.

화학적 선별기술을 통한 폐합성섬유의 농축 과정. 왼쪽부터 혼합 폐합성섬유, 선택적 탈염료화가 진행된 폐합성섬유, 그리고 화학적 선별에 의해 농축된 폴리에스터다. 화학연 제공

[이영애 기자 yalee@donga.com]