폐플라스틱에서 윤활유 원료 얻는다…하루 1톤 연속 처리

한국생산기술연구원

폐플라스틱을 열분해해 얻은 열분해유(왼쪽)와 여기에 합성유를 5대 5로 섞어 윤활유 원료로 만든 블렌딩유(오른쪽). 블렌딩유는 산업용 기어 윤활유 원료 규격을 충족했다. 생기원 제공

폐플라스틱을 쉬지 않고 분해해 산업용 윤활유 원료를 뽑아내는 기술이 나왔다.

한국생산기술연구원은 신명철 저탄소배출제어연구부문 수석연구원 연구팀이 하루 1톤(t) 규모의 폐플라스틱을 연속으로 처리하는 열분해 시스템을 개발했다고 5일 밝혔다. 생산된 열분해유는 산업용 기어 윤활유 원료로 쓸 수 있는 품질 기준을 충족했다.

열분해는 폐플라스틱을 산소 없이 고온으로 분해해 기름 성분을 뽑아내는 기술이다. 얻은 열분해유는 플라스틱을 비롯한 석유화학 제품의 원료로 다시 쓸 수 있어 폐플라스틱 재자원화 기술로 주목받고 있다.

기존 설비는 분해 과정에서 쌓이는 고체 찌꺼기를 치우려면 가동을 멈춰야 한다. 식었던 설비를 다시 가열하면 끈적한 왁스 성분이 늘어나 설비 내부에 달라붙거나 관을 막고 기름에 섞이는 왁스 양도 매번 달라져 열분해유의 품질이 일정하지 않았다.

연구팀은 원료 투입부터 반응, 생성물 회수까지 전 공정을 멈추지 않는 연속식 시스템을 구축해 문제를 해결했다. 장비 아래쪽에 나사 모양 이송 장치와 공기 차단 밸브를 결합해 바깥 공기가 들어오지 않으면서도 고체 찌꺼기를 자동으로 빼낼 수 있게 했다.

공정 중 나오는 기체 가운데 액체로 변하지 않는 가스를 버리지 않고 연료로 다시 넣어 장비 내부 온도를 일정하게 유지해 왁스가 굳어 붙는 현상도 방지했다. 분해 과정에서 나오는 증기를 단계적으로 냉각해 왁스를 먼저 걸러낸 뒤 고순도 열분해유만 선택적으로 채취하는 방식도 적용했다.

부산물 재활용도 설계에 반영했다. 기존에는 땅에 묻어 버리던 고체 찌꺼기를 자동으로 모은 뒤 추가 가공을 거쳐 활성탄이나 전기가 통하는 탄소 소재로 다시 쓸 수 있게 했다. 액체로 변하지 않는 가스를 연료로 되돌려 공정 전체의 에너지 사용량도 줄였다.

1톤일 급 연속식 열분해 시스템. 생기원 제공

열분해유가 실제 산업 현장에서 쓸 수 있는 수준인지 확인하기 위해 연구팀은 열분해유와 합성유를 5대 5로 섞은 기름을 만들어 산업용 기어 윤활유 원료 규격과 비교했다. 온도에 따른 점성 변화, 기름이 굳는 온도, 불이 붙는 온도를 측정한 결과 윤활유 원료에 필요한 기준을 모두 충족했다. 

신명철 수석연구원은 "연속 공정으로 폐플라스틱을 멈추지 않고 처리하면서 열분해유를 기어유용 베이스오일로 적용할 수 있음을 확인했다"며 "실증 및 후속 연구를 통해 상용화할 계획"이라고 말했다.

[임정우 기자 jjwl@donga.com]