팬데믹에 급증한 일회용마스크, 이차전지 소재로 '새활용'

UNIST 연구진

학술지 '그린 케미스트리' 9월호. UNIST 제공

신종 코로나바이러스 감염증(COVID-19 ·코로나19) 대유행(팬데믹)으로 급증한 마스크 폐기물을 가공해 차전지에 사용할 수 있는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST)은 안광진 에너지화학공학과 교수 연구팀이 마스크 폐기물로부터 탄소나노튜브를 생산해 리튬이온배터리의 양극 도전재로 활용하는 공정을 개발, 국제 학술지 '그린 케미스트리'에 지난 9월 11일 게재했다고 18일 밝혔다. 논문은 학술지의 표지에 소개됐다.

탄소나노튜브(CNT)는 열·전기 전도성과 기계적 강도가 높아 리튬이온배터리의 양극 도전재로 각광받는다. 도전재는 리튬산화물의 전도성을 높이는 물질이다. 배터리의 용량을 높이는 데 중요한 역할을 한다. CNT를 도전재로 활용할 경우 기존 카본블랙 등의 소재에 비해 배터리의 용량과 수명을 향상시킬 수 있다. 

연구팀은 대표적인 화학적 재활용 방식인 '열분해'와 탄화수소를 분해하는 '화학기상증착' 기술을 이용했다. 마스크 폐기물에서 필터와 귀 끈을 선별해 펠릿으로 제작한 뒤 고온의 유동층 반응기에 주입하는 방법으로 열분해 가스를 생산하는 것이다. 이 과정에서 생성된 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등 탄화수소가스는 CNT 합성을 위한 원료가 된다. 

연구팀이 개발한 공정은 폴리프로필렌이 주성분인 마스크 폐기물뿐만 아니라 폐타이어, 종이, 기타 폐플라스틱에도 적용해 CNT를 생산할 수 있는 것으로 확인됐다.

논문의 제1저자인 남언우 연구원은 "마스크 폐기물로부터 CNT를 생산하고 배터리 성능을 연구한 것은 플라스틱 업사이클링의 좋은 개발 사례"라고 말했다. 연구를 이끈 안 교수는 "해당 공정에 대한 스케일 확장 및 산업적 구현 가능성을 파악하기 위해 경제성 및 환경성 평가를 수행할 계획이다"라고 후속 연구 계획을 밝혔다.

안광진 교수, 남언우 연구원(왼쪽부터). UNIST 제공

[박건희 기자 wissen@donga.com]