화학연구원, 세계 첫 '합성섬유 폐기물' 재활용기술 개발

기사내용 요약
혼합 폐섬유서 폴리에스터 소재만 화학적으로 선별
기술이전, 상용화 설비구축으로 내년까지 시장 개척

[대전=뉴시스] 폐섬유의 화학적 선별 기술 모식도. 다양한 재질로 구성된 폐섬유나 폐플라스틱으로부터 색소(염료·안료)를 제거해 폴리에스터(PET) 재질을 선택적으로 분리하는 과정. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = 국내 연구진이 환경오염 주범 중 하나인 폐합성섬유를 선별해 플라스틱 원료인 단량체로 전환하는 기술을 세계 최초로 개발하고 상용화에 나섰다.

한국화학연구원은 화학공정연구본부 조정모 박사구팀이 폐의류 염료의 화학적 성질을 이용해 재활용 원료를 분리할 수 있는 선별기술과 선별된 폐합성섬유를 합성 이전의 단량체 원료로 되돌리는 재활용기술을 개발했다고 18일 밝혔다.

이 기술은 버려지거나 소각됐던 폐의류를 재활용하는 자원순환형 기술로, 유색섬유나 혼방섬유를 합성 이전의 원료로 전환할 수 있어 의류 폐기물 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

현재 섬유 폐기물은 별도의 수거방법 없이 여러 재질이 혼합 폐기되고 있어 재활용을 위해서는 재질별로 분류하는 작업이 필수적이다. 이 작업은 대부분 수작업으로 이뤄지거나 원료 비중에 따라 물에 뜨고 가라앉는 것으로 구분하는 등 매비효율적이며 분류 후 여전히 각종 이물질이 포함된 경우가 많아 재활용에 한계가 있다.

이번에 조 박사팀은 특정 소재에만 선택적으로 작용하는 저가의 화합물을 활용해 혼합 폐섬유로부터 '폴리에스터(PET)' 소재만을 골라내는 '화학적 선별기술'과 분류된 폴리에스터 섬유를 저온 분해해 합성 이전의 단량체 원료로 되돌리는 '화학적 재활용기술'을 동시에 개발했다.

연구팀은 "단순한 화학적 원리를 이용해 섬유의 재질을 쉽고 정확하게 구분하는, 매우 경제적이고 획기적인 선별 기술을 개발했다"면서 "폴리에스터에만 작용하는 추출제를 혼합 폐섬유에 접촉해 색 변화가 일어나는 폴리에스터 섬유을 골라내는 방식"이라고 설명했다.

혼합 폐섬유로부터 먼저 색이 있는 섬유만 구분한 뒤 연구팀이 개발한 추출제를 적용해 탈색이 일어나는 섬유만을 폴리에스터로 판별, 분리하는 방식이다.

이 기술은 재질이 불균일한 섬유폐기물에 적용해 폴리에스터 섬유에 포함된 이물질만을 선택적으로 제거할 수 있으며 이후 이물질 제거 여부에 따라 원료를 선별, 폴리에스터 섬유를 농축시킬 수 있는 기술이다.

특히 오차율이 매우 낮고 기존에 분리가 어려웠던 염료까지 제거가 가능해 고품질 폴리에스터 소재만을 선별할 수 있으며 폐섬유 선별 및 탈염료화 과정에 생분해성 화합물이 사용되고 사용 후 염료가 포함된 추출제 또한 회수 후 재사용하는 등 경제적이고 자연 친화적인 선별기술이다.

이와 함께 연구팀은 유색 폐PET나 폐폴리에스터 섬유를 빠르게 분해해 고부가 단량체를 제조할 수 있는 저온 글라이콜리시스반응 기술 개발도 성공했다. 이 기술은 200℃ 이상 고온 조건의 폐PET 분해공정과 달리 150℃의 저온 반응에서도 원료의 구조나 형태에 상관없이 2시간 이내 완전히 분해할 수 있다.

이를 화학적 선별기술과 연계하면 반응 및 정제 부담을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 에너지 사용량도 획기적으로 낮출 수 있어 높은 경쟁력이 예상된다.

화학연은 관련 기술을 ㈜리뉴시스템에 이전해 해중합 설비 구축 및 상용화를 추진하고 있다. 2024년 말까지 PET 처리 기준 연간 1만t 규모의 실증 플랜트 구축을 추진하고 있으며 2025년부터 본격적인 재생 단량체 양산 돌입과 함께 세계시장 진출을 노리고 있다.

연구결과는 미국화학회(ACS)에서 발간하는 'ACS Sustainable Chemistry & Engineering' 저널에 발표됐고, 창간 10주년을 맞는 지난해 12월호 표지논문으로 선정됐다.(논문명:Low-Temperature Glycolysis of Polyethylene Terephthalate)

화학연 이미혜 원장은 "이 성과는 그동안 재활용이 어려웠던 저급 유색 폐섬유까지 고품질 단량체 제조를 위한 원료로 적용할 수 있다"며 "의류 폐기물 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있는 자원 순환형 재활용 기술이 될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

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