플라스틱 라벨 '분리배출' 불편 해소할 기술 나왔다

송영훈 한국기계연구원 단장(오른쪽)이 실증설비를 살펴보고 있다.

플라스틱을 재질별로 나누고 라벨을 제거해야 하는 과정 없이, 화학적으로 모두 재활용할 수 있게 하는 기술이 국내에서 세계 최초로 개발됐다.

한국기계연구원(원장 류석현)은 한국화학연구원, 한국생산기술연구원, 한국과학기술연구원(KIST) 및 다수 대학이 참여한 '플라즈마 활용 폐유기물 고부가가치 기초원료화 사업단(단장 송영훈)'을 통해 다양한 종류의 폐플라스틱을 선별 과정 없이 플라스틱 원료로 되돌리는 혁신적인 플라즈마 전환 공정을 개발했다고 3일 밝혔다. 기존 재활용 방식 기술적 한계를 넘고 국내 화학산업·친환경 정책에 이정표를 세웠다.

개발한 기술은 혼합 폐플라스틱을 플라즈마를 이용해 에틸렌과 벤젠으로 전환하는 새로운 개념의 공정이다.

기계연 연구팀은 세계 최초로 100% 수소를 사용하는 고온 플라즈마 토치를 개발해 혼합 폐플라스틱을 1000~2000도 초고온에서 0.01초 이내에 분해하는 데 성공했다. 반응온도와 시간 제어를 통해 생성되는 물질은 플라스틱 제조 핵심 원료인 에틸렌과 벤젠이며 선택도는 70~90%, 에틸렌 수율은 70% 이상도 가능한 것으로 나타났다. 정제 과정 후에는 99% 이상 고순도 원료를 확보할 수 있다.

기존의 폐플라스틱은 소각, 소각 후 열회수, 물리적 재활용, 화학적 재활용 형태로 처리돼 왔다. 이중 화학적 재활용률은 경제성 문제로 1% 미만으로 낮았다. 화학적 재활용을 위한 혼합 플라스틱은 반드시 엄격한 선별 과정을 거쳐야 하고 그렇지 않으면 재활용 공정 적용이 어려웠다. 또 일반적인 플라스틱 열분해는 약 450~600도에서 진행되는데 이 경우 백여 종 이상 화학물질이 혼합된 물질이 생성되며 실제 활용 가능한 화학물질은 전체 20~30%에 불과했다.

기술이 상용화되면 현재 약 1% 미만인 국내 폐플라스틱 화학적 재활용률을 획기적으로 높일 수 있다. 소각 대신 재활용이 가능해 탄소배출 저감효과가 크고, 신재생에너지를 활용하면 이산화탄소 배출이 사실상 없는 시스템도 가능하다. 파일럿 운전에서는 경제성도 입증됐으며 생산된 에틸렌의 단가는 기존 에틸렌 원료 가격과 동일한 수준으로 분석됐다. 연구팀은 2026년부터 국내 실증 사이트에서 장기 운전 검증을 진행해 상용화를 가속화할 계획이다.

송영훈 단장은 “세계 최초로 혼합 폐플라스틱을 원료로 전환하며 경제성을 갖춘 공정을 확보했다”며 “실증과 사업화를 통해 폐기물과 탄소 문제를 동시에 해결할 것”이라고 밝혔다.

한편 기계연은 2022년 4월부터 지난 6월까지 플라즈마 활용 폐유기물 고부가가치 기초원료화 사업단을 운영해 왔다. 사업단 연구성과를 설명하는 최종보고회가 5일 오전 10시부터 기계연 본관동 대회의실에서 개최될 예정이다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com