메탄올 기반 해중합 기술의 반응원료인 폐PET, 제조된 재생 단량체 및 이를 중간체로 제조된 테레프탈레이트 유도체 화합물.[한국화학연구원 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 폐플라스틱을 화학적으로 분해해 플라스틱 합성 이전 원료로 완벽하게 되돌릴 수 있는 핵심원천기술 개발에 성공했다.

한국화학연구원은 23일 저온에서 폐플라스틱을 완전분해할 수 있는 해중합 기술을 리뉴시스템에 이전했다.

화학연 조정모 박사 연구팀은 폐플라스틱 재활용 분야에서 해중합 기술 상용화에 최대 걸림돌이었던 에너지 사용량과 경제성 문제를 극복할 수 있는 저온 해중합 기술과 이를 연계해 적은 양의 에너지만으로 다양한 고수율·고순도·고부가 단량체를 제조 가능한 플랫폼 생산 기술 개발에 성공했다.

해중합 기술이란 수백개 이상의 단위체가 서로 결합한 고분자를 화학적으로 분해, 소재 합성 이전의 원료로 되돌릴 수 있는 기술을 말한다.

리뉴시스템은 이번 계약에 따라 석유화학 기반 플라스틱의 원료를 대체할 수 있는 재생 단량체 제조에 응용할 계획이며, 다양한 특수 플라스틱 합성을 위한 고부가 첨가제 원료 제조기술로 활용할 예정이다.

현재 폐PET 재활용 산업에서는 기존 플라스틱의 화학 구조를 유지한 채 오염된 플라스틱을 분류·파쇄·세척하는 과정을 거쳐 물리적으로 재가공하는 ‘비순환형 재활용 기술’이 주로 활용되고 있다. 하지만 이런 ‘기계적 재활용’ 기술은 기존 플라스틱 제품보다 품질이 떨어지고 재활용할 수 있는 횟수도 제한적인 단점이 있다.

때문에 기존 플라스틱 제품과 동등한 품질을 가지면서도, 소재 합성 이전의 원재료로 완전히 되돌려 무한 반복 재활용이 가능한 ‘화학적 재활용’ 기술이 대안으로 주목받고 있다. 다만, 고온·고압 반응조건에서 수행되는 해중합 반응 특성과 오염물질 제거를 위해 많은 에너지가 요구되는 공정의 특성상 채산성이 낮아 상용화가 더디게 이루어지고 있다.

연구팀은 폐플라스틱 중 일상생활에서 흔히 접할 수 있는 폐PET병이나 폐폴리에스터 섬유를 상온에서 매우 적은 양의 에너지만으로도 완전히 분해해 재원료화 함으로써 기존 석유 유래 제품을 완벽하게 대체할 수 있는 자원 재순환형 기술을 개발했다.

연구팀은 기존 해중합 기술이 고온·고압 조건에서 수행되기 때문에 에너지 소비가 심하고, 오염물질에 의한 단량체 제품의 수율이 낮아지는 문제 극복을 위해 상온에서 높은 반응성을 나타내는 저가 촉매를 반응에 적용하고 부반응을 제어할 수 있는 공정기술을 도입, 고부가 단량체인 디메틸테레프탈레이트(DMT)를 고수율·고순도로 제조할 수 있도록 했다.

이미혜(오른쪽) 한국화학연구원장과 이종용 리뉴시스템 대표이사가 기술이전 협약을 체결하고 있다.[한국화학연구원 제공]

이미혜 한국화학연구원장은 “이번 성과는 전 세계적으로 대두되고 있는 폐플라스틱의 환경오염 문제를 완화하고, 전량 수입에 의존하던 기존 석유화학제품 원료를 폐자원으로부터 얻을 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다”고 말했다.

화학연은 파일롯 규모의 연속 실증설비(PET 처리 기준, 연간 1만톤 규모) 구축을 진행하고 있다. 리뉴시스템은 내년 안정적인 생산설비의 개념 완성과 함께 본격적인 사업화를 준비할 계획이다.