[과학]화학연, 합성섬유 폐기물 재활용 기술 개발...세계 최초 성과

국내 연구진이 폐합성섬유를 플라스틱 원료로 전환하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 이미 기술이전과 상용화도 착수했다. 국내 탄소중립 실현 기여, 생산품 세계 시장 진출도 기대된다.

한국화학연구원(원장 이미혜)은 조정모 박사팀이 폐의류 내 염료 화학성질을 이용해 재활용 원료를 분리하는 선별 기술, 선별 폐합성섬유를 합성 전 단량체 원료로 되돌리는 재활용 기술을 동시 개발했다고 18일 밝혔다.

이 기술로 의류 폐기물 문제를 다소 줄일 수 있을 전망이다. 의류 60% 이상에 합성섬유가 쓰인다.

문제는 합성섬유 폐기물이 별도 수거 방법 없이 혼합 폐기되고 있어 재질별 분류 작업이 필수라는 점이다. 비효율적이며 분류 후 이물질 포함 사례도 많다.

화학적인 폐 섬유 선별 기술 모식도. 다양한 폐섬유나 폐플라스틱의 색소를 제거해 폴리에스터(PET) 재질을 선택적으로 분리한다.

연구팀은 특정 소재에만 선택적으로 작용하는 저가 화합물을 활용해 혼합 폐섬유로부터 폴리에스터(PET) 소재만 골라내는 화학적 선별 기술을 구현했다. 폴리에스터에만 작용하는 추출제를 혼합 폐섬유에 접촉시켜 색 변화가 일어나는 섬유를 골라내는 식이다.

이 방식은 오차율이 매우 낮고, 기존에는 분리가 어려웠던 염료까지 제거한다. 고품질 폴리에스터 소재를 선별할 수 있다. 추출제는 회수 후 재사용도 가능하다.

연구진은 분류한 폴리에스터 섬유를 저온 분해해, 단량체 원료로 되돌리는 '저온 글라이콜리시스 반응 기술' 개발에도 성공했다. 200도 이상 고온 조건인 기존 폐 PET 분해 공정과 달리 150도 저온 반응에서도 2시간 내 섬유를 완전 분해한다.

저급 플라스틱 폐기물로부터 고품질 단량체를 제조하는 과정

이미 기술을 리뉴시스템에 이전해 상용화를 추진하고 있다. 2024년 말까지 PET 처리 기준 연간 1만톤 규모 실증 플랜트 구축을 추진 중이다. 2025년부터 본격적인 재생 단량체 양산 돌입, 세계 시장 진출 초석 마련에 힘쓰고 있다.

이미혜 원장은 “이번 성과는 재활용이 어려웠던 저급 유색 폐섬유까지 고품질 단량체 제조 원료로 적용할 수 있게 한다”며 “의류 폐기물 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있는 자원 순환형 재활용 기술이 될 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과는 미국화학회(ACS)에서 발간하는 'ACS 지속가능한 화학과 엔지니어링(Sustainable Chemistry & Engineering)' 저널에 발표했으며, 창간 10주년을 맞는 지난 12월호 표지 논문으로 선정됐다. 이번 연구는 화학연 기본사업과 산업통상자원부 소재부품기술개발사업 지원으로 이뤄졌다.

김영준기자 kyj85@etnews.com