[연구원칼럼] 플라스틱 재활용 기술의 미래, 화학적 재활용

 

1950년대부터 시작된 석유화학의 발달과 생활의 편리성 추구로 인해, 인류의 플라스틱 사용량은 꾸준히 급증해왔습니다. 그러나 우리의 일상을 함께하는 플라스틱은 제대로 분리수거와 재활용이 되지 못하고 있어 환경오염이라는 큰 문제의 중심에 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 최근에는 사용한 플라스틱을 다시 사용하는 여러 기술이 개발되고 있는데요. 오늘은 플라스틱을 재활용하는 방법 중, 플라스틱 재활용 기술의 미래라고 불리는 화학적 재활용에 관해 설명해드리겠습니다. 

 

 

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플라스틱 재활용의 필요성

   

 

플라스틱은 가볍고, 가공이 쉽고, 녹슬지 않으며 내구성이 좋다는 장점이 있습니다. 때문에 산업계와 일상 생활에서 널리 사용되어왔죠. 주로 사용되는 5대 범용 수지에는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리 염화비닐(PVC), 폴리스틸렌(PS), 아크릴로나이트릴 부타디엔 스타이렌(ABS)이 있습니다.

그러나 한편으로는 이러한 장점들 때문에 플라스틱을 남용하면서 쓰레기가 많이 만들어졌습니다. 따라서 플라스틱은 환경 친화적이지 못하다는 인식이 있고, 최근 글로벌적으로 ESG(Environmental, Social, Governance) 및 탄소중립이 중요한 화두로 떠오르면서 플라스틱 재활용에 대한 필요성이 제기되고 있는 상황입니다.
 
당장 유럽연합(EU)는 2030년까지 포장 폐기물의 70%를 재활용하는 것을 목표로 제시했고, 미국도 주 정부 차원에서 일회용 플라스틱 사용을 금지하는 정책을 시행하고 있습니다. 한국 또한 2030년까지 플라스틱 재생원료 사용 비율을 30%까지 단계적으로 확대할 예정입니다.

 

 

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플라스틱 재활용의 종류 

  

 

플라스틱 재활용은 크게 1차 재활용(Primary recycling), 2차 재활용(Secondary recycling), 3차 재활용(Tertiary recycling), 4차 재활용(Quaternary recycling)으로 나눌 수 있습니다. 1차와 2차 재활용은 물리적 재활용(Mechanical recycling, MR), 3차 재활용은 화학적 재활용(Chemical recycling, CR), 그리고 4차 재활용은 에너지 회수(Energy recovery)로 정의하죠.

화학적 재활용을 본격적으로 알아보기에 앞서 먼저 물리적 재활용(Mechanical Recycling, MR)에 관해 간단히 설명해 드리겠습니다. 물리적 재활용은 폐플라스틱을 수거하여 파쇄, 선별 및 분리, 가공 및 성형 과정을 통해 펠릿(Pellet)* 또는 플레이크(Flake)**의 재생 원료로 전환시키는 방법입니다. 공정이 단순하여 재활용 과정에서 탄소를 가장 적게 배출하고 비용도 저렴하다는 장점이 있기 때문에 현재까지 산업계에서 가장 많이 사용되는 방식이죠. 하지만, 재활용품의 품질이 기존 제품보다 떨어지고, 재활용할 수 있는 제품의 범위가 좁다는 단점이 있습니다. 

이 밖에 폐플라스틱 재활용의 다양한 기술이 궁금하시다면, 아래에 있는 콘텐츠를 통해 자세한 이야기를 확인해주세요!

*펠릿(Pellet): 플레이크를 작은 알갱이로 썰어 놓은 형태로 소재와 제형이 균일해 고품질의 재활용 제품 소재로 사용 

**플레이크(Flake): 재활용 공정에서 분리 배출된 플라스틱을 잘게 파쇄한 형태

 

쓰레기에서 자원으로! 폐플라스틱 재활용 기술

 

 

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화학적 재활용이란? 

   

 

앞서 알아본 물리적 재활용의 단점을 극복할 수 있는 방법으로 화학적 재활용(Chemical Recycling, CR)이 새롭게 떠오르고 있습니다. 화학적 재활용은 크게 열분해(Pyrolysis), 해중합(Depolymerization), 정제(Purification)로 구분됩니다. 자세히 알아볼까요?

열분해는 주로 올레핀의 중합으로 생기는 고분자화합물인 폴리올레핀(polyolefin) 계의 폐플라스틱을 무산소 상태에서 높은 열을 가해 기초 원료인 오일 및 나프타, 탄화수소 등으로 분해하는 기술입니다.

해중합은 Chemical Recycling to Monomer(CRM)이라고도 하며, 플라스틱을 그 원재료인 단위체로 바꾸는 과정을 의미합니다.

정제는 용매 기반 정제(Solvent-based purification)라고도 불립니다. 정제는 플라스틱을 적절한 용매에 용해한 후, 첨가제와 오염물질로부터 폴리머를 분리하기 위한 일련의 단계를 수행하는 공정이랍니다.  

 

 

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플라스틱 재활용 기술의 미래

   

 

열분해와 해중합 모두 플라스틱을 원재료로 되돌린 후 재생산하는 방식입니다. 따라서  물리적 재활용의 한계점인 품질 저하가 없고, 복합 소재 플라스틱이나 오염, 색감 제거 등 물리적 재활용이 불가능했던 소재들에 적용이 가능하다는 장점이 있죠. 그러나 현재 기술 수준이 미흡하고, LCA(Life Cycle Assessment, 환경전과정평가) 평가 결과 물리적 재활용 대비 환경에 부정적인 영향이 더 크다는 점에서, 아직까지는 개선이 필요합니다.

정제는 복합 재질의 플라스틱을 각각의 단일 재질 플라스틱으로 분리할 수 있고, 오염 물질 제거가 가능하여 버진 플라스틱(Virgin Plastic)*에 가까운 제품을 얻을 수 있지만, 정제 과정에서 적용되는 용매에 대한 처리 문제와 기술 수준의 개선이 필요합니다.

이러한 단점들이 존재함에도 불구하고 폐플라스틱의 약 70%는 오염, 소재 혼합, 염색 등의 이유로 물리적 재활용이 불가능하기 때문에, 재활용률을 높이기 위해서는 결국 화학적 재활용의 도입이 필수적인 상황입니다. 실제로 국내 석유화학·정유업계에서는 화학적 재활용의 상용화를 위한 연구개발을 진행 중에 있습니다.

* 버진 플라스틱(Virgin Plastic): 재활용된 물질 없이, 원유나 천연가스를 사용하여 직접 생산되는 플라스틱

오늘은 플라스틱 재활용 기술의 미래인 화학적 재활용에 관해 알아보았습니다. 거의 모든 종류의 폐플라스틱을 깨끗한 원자재(Virgin Material)로 되돌릴 수 있는 화학적 재활용은 매우 혁신적인 기술이자 현재 전도유망한 분야로 자리잡고 있다는 사실이 잘 전달되었나요? 이에 관련된 연구 종사자로서 앞으로도 많은 관심을 갖고 기술 발전을 위해 노력하겠습니다.
(글: 한화토탈에너지스 친환경솔루션연구팀 고재홍)

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