단국대, 폐플라스틱 재활용 효율 높이는 열분해 원리 규명

이환규·이용걸 교수팀 연구
국제학술지 'Chemical Engineering Journal' 게재

[용인=뉴시스] 이준구 기자 = 단국대 화학공학과 이환규·이용걸 교수팀이 슈퍼컴퓨터를 활용, 폐플라스틱 재활용 효율을 높이는 최적의 매커니즘을 규명했다고 4일 밝혔다.

최근 탄소중립 정책과 고유가 문제로 인해 폐플라스틱을 활용, 석유화학 원료를 생산하는 화학적 재활용 기술이 시장의 주목을 받고 있다. 이 가운데 폐플라스틱을 열분해하는 방법은 모든 종류의 플라스틱에 적용할 수 있어 페플라스틱의 재활용 방안으로 가장 널리 활용되고 있다.

폐플라스틱의 재활용 효율은 열분해로 발생되는 중간생성물에 따라 결정된다. 기존에는 폐플라스틱을 산소가 없는 반응기에 넣고 밖에서 열을 가해 플라스틱을 분해하는 기술을 사용했다. 그러나 이 기술은 분자 단위까지 관측이 어려워 최적의 재활용 효율을 찾아내기 위한 구체적인 매커니즘을 밝히기 어려웠다.

연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용해 분자의 움직임과 원자 반응을 분석할 수 있는 ‘멀티스케일 분자모델링’ 기법을 도입했다. 이를 통해 폴리스타이렌(PS, 폴리스티렌)에서 분해된 벤젠 고리가 폴리에틸렌(PE)과 결합해 재활용 효율을 저해하는 가스 생성을 억제한다는 사실을 밝혀냈다. 특히 폴리스타이렌의 질량비가 10~15%일 때 재활용 효율이 가장 높고, 고부가가치 석유화학물질인 알파올레핀 생산을 촉진한다는 사실도 새롭게 밝혀냈다.

논문은 화학공학분야 국제학술지인 'Chemical Engineering Journal/IF : 15.1, JCR 상위 4%' 에 지난 8월 온라인 게재됐다. 논문명은 'Classical and Reactive Simulations of Plastic Co-Pyrolysis: Effects of Polystyrene and Its Fragments on Product Yields, Aggregation, and Reaction Mechanisms(플라스틱 혼합물 열분해 분자모델링: 폴리스타이렌 분해가 수율, 응집, 반응 메커니즘에 미치는 영향)'이다.

특히 학부생으로 연구에 참여한 백상훈 씨(화학공학과 4년)는 폐플라스틱 분해반응 중간생성물에 대한 핵심 메커니즘을 규명하여 논문의 제1저자로 등록되는 성과를 냈다.

이환규 교수는 “이번 연구는 폐플라스틱의 화학 공정 효율 개선에 크게 기여할 것으로 기대한다”며 “폐플라스틱으로 인한 환경문제 해결과 UN이 설정한 지속가능발전목표(SDGs) 이행 등에 도움이 되는 기술을 지속해서 연구해 나갈 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 2022년 과학기술분야 기초연구실 사업의 지원을 받아 수행됐다.

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