버리는 `폐플라스틱 열분해유`서 플라스틱 원료 얻는다

화학연, 순환 유동층 반응기 기반 촉매 개발
나프타 대신 높은 수율로 경질 올레핀 생산

한국화학연구원이 폐플라스틱 열분해유를 이용해 플라스틱 원료를 효율적으로 생산할 수 있는 촉매와 반응기를 개발했다. 사진은 순환 유동층 반응기 기반 폐플라스틱 열분해유의 촉매 분해 기술 개념도. 화학연 제공

국내 연구진이 폐플라스틱 열분해유를 활용해 석유화학제품을 생산할 수 있는 촉매 기술을 개발했다.

한국화학연구원은 김도경·박용기 박사 연구팀은 폐플라스틱 열분해유로 플라스틱 원료인 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌 등 경질 올레핀을 순환 유동층 반응기에서 경제적으로 생산하는 촉매 기술을 개발했다고 9일 밝혔다.

폐플라스틱 열분해유는 플라스틱 폐기물을 고온에서 분해해 얻는 재생유이다. 폐플라스틱 재활용은 환경문제 해결과 탄소중립 달성에 필수적이기 때문에 정부는 폐플라스틱 재활용 확대를 위해 폐플라스틱 열분해유 사용 관련 제도를 정비했다.

폐플라스틱 열분해유는 나프타 분해 공정의 원료인 나프타 대신 투입해 경질 올레핀을 만들 수 있어 독일 바스프, 사우디아라비아 사빅 등 글로벌 기업과 국내 기업들이 상업화를 시도하고 있지만, 효율이 낮은 한계가 있다.

연구팀은 기존에 개발한 순환 유동층 반응기 기반 나프타 촉매 분해 기술을 발전시켜 폐플라스틱 열분해유 분해에 특화된 촉매를 개발했다. 이를 통해 폐플라스틱 열분해유를 추가 수소화 과정 없이 100% 그대로 사용하더라도 기존 나프타 대비 높은 경질 올레핀 수율을 얻었다. 또한 자체 개발한 순환 유동층 반응기가 반응 부위에서 촉매와 원료가 함께 반응하고, 재생 부위에서는 비활성화된 촉매가 연속적으로 재생되는 구조로 설계돼 촉매 표면에 찌꺼기가 쌓여 성능이 저하되는 문제를 해결했다.

연구팀은 파일럿 규모의 촉매와 반응기를 통해 기존 나프타 분해 공정보다 170도 낮은 680도에서 폐플라스틱 열분해유를 투입한 결과, 경질 올레핀 수율이 나프타를 사용할 때보다 27% 향상됐고, 폐플라스틱 열분해유를 시간당 1㎏씩 24시간 연속 투입해도 성능이 유지돼 산업적 활용 가능성을 확인했다.

김도경 화학연 박사는 "이번 연구는 개발과 상업화까지 성공한 순환 유동층 반응기 기반 나프타 촉매 분애 기술을 바탕으로 폐플라스틱 열분해유를 원료로 사용해 파일럿 규모의 반응기에서 연속 운전에 성공했다는 데 의미가 있다"며 "향후 실용화를 목표로 촉매 공정의 스케일업 연구와 경제성, 환경성에 대한 상세평가 등을 통해 2030년 실증 여부를 검토할 계획"이라고 말했다.

이 연구결과는 화학공정 분야 국제 학술지 '미국 화학회 지속가능한 화학 및 엔지니어링(8월호)' 표지 논문으로 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr