“고품질 원료·수소 생산”…골칫거리 페트병, 재활용·에너지 다 잡는다

울산과학기술원, 다기능성 촉매 개발
고품질 원료와 수소·전기 함께 생산
기존 화학분해 대비 생산 비용 절감

연구팀의 페트병 재활용 기술을 묘사한 ‘그린 케미스트리 저널’ 표지 이미지. 울산과학기술원

일상에서 자주 쓰는 페트(PET)병은 재활용이 가장 잘되는 플라스틱으로 알려졌다. 그러나 다시 페트병 원료로 사용하는 비율은 20% 안팎이다. 이런 폐페트병을 고품질 원료로 되돌리면서 저비용으로 수소까지 생산할 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 류정기·오태훈 교수팀은 저온에서 페트(PET) 폐기물을 화학적으로 분해하고 청정 수소나 전기를 생산하는 다기능성 촉매 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

현재 페트 재활용은 잘게 부순 뒤 녹여 저급 섬유나 충전재로 쓰는 방식이 대부분이다. 이 방식으로는 투명 페트병 원료를 만들 수 없다. 고품질 원료로 되돌리는 화학분해 공정도 있지만 200℃ 이상 고온과 복잡한 과정이 필요해 생산된 원료가 기존 석유화학 원료보다 비싸다.

연구팀이 개발한 공정은 100℃에서 이뤄지며 분리정제도 간단하다. 분쇄한 페트병을 물과 용매(DMSO), 촉매와 섞어 가열하면 촉매가 페트를 테레프탈산과 에틸렌글리콜로 분해한다. 이후 여과 과정을 거치면 고품질 페트병 원료인 테레프탈산만 남는다. 유색 폐페트병을 써도 별도 정제 없이 백색의 고순도 테레프탈산을 회수할 수 있다.

이 공정은 고부가가치 물질인 포름산도 함께 생산한다. 또 사용된 촉매를 수소나 전력 생산에 재활용할 수도 있다. 에틸렌글리콜이 촉매와 반응해 포름산으로 바뀌는 과정에서 촉매가 전자를 추출·저장하는 건전지 역할을 하기 때문이다. 전자를 품은 촉매를 수소 생산장치에 연결하면 일반적인 물 전기분해보다 낮은 전압에서 수소를 만들어낼 수 있다. 

경제성 평가에서 이 공정으로 생산된 재생 테레프탈산의 최소 판매가격은 1㎏당 0.81달러로 추산됐다. 기존 화학분해 재활용 기술보다 최대 46% 저렴한 수준이다. 연구팀은 현재 사용 중인 용매를 바이오매스 기반 친환경 소재로 대체하는 후속 연구도 계획하고 있다.

류정기 교수는 “폐페트병에서 고품질 플라스틱 원료를 얻는 동시에 수소까지 생산하는 공정을 개발해 원유 기반 원료에 버금가는 가격 경쟁력을 확보했다”며 “플라스틱 순환경제 구축과 친환경 수소 생산비용 절감에 크게 기여할 것으로 기대한다”고 전했다.

이번 연구는 국제 학술지 ‘그린 케미스트리(Green Chemistry)’ 2026년 8호 후면 표지 논문으로 게재됐다.