폐플라스틱을 원유로! 도시의 유전 기술, 열분해유

한때는 인류의 가장 위대한 발명품으로 각광받았다가 오늘날 폐기와 처리문제로 골칫거리 취급을 받는 플라스틱. 이러한 플라스틱이 최근 재활용 기술과 함께 경제를 돌리는 성장동력으로 다시 주목받고 있습니다! 

잘 알려진 바와 같이 플라스틱의 재활용 기술에는 현재 활용되고 있는 물리적 재활용 방법과 미래에 더욱 확대될 화학적 재활용 방법이 있는데요. 근본적으로 순환경제로 전환하기 위해서는 화학적 재활용 기술 활용이 필수입니다. 여기서 순환경제란 제품의 생산→사용→폐기의 선형적 구조에서 탈피해 사용한 제품을 재활용·새활용하여 순환형의 구조를 만드는 것을 말합니다. 

이 순환경제 체제를 다지기 위해 석유화학 산업에서 가장 주목하고 있는 “열분해유”는 현재 가장 핫한 키워드라고 해도 과언이 아닌데요. 화학적 재활용 기술의 핵심인 열분해유에 대해 함께 알아보겠습니다! 

 

🔎플라스틱 재활용 기술의 현재와 미래에 대해 자세히 알아볼까요?

 

플라스틱 재활용 기술의 현재, 물리적 재활용

플라스틱 재활용 기술의 현재, 물리적 재활용

 

플라스틱 재활용 기술의 미래, 화학적 재활용

[연구원칼럼] 플라스틱 재활용 기술의 미래, 화학적 재활용

 

 

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필必플라스틱 사회에 탈플라스틱을 위한 재활용 기술

   

2022년 기준으로 국내의 폐플라스틱은 연간 약 1,000만톤에 육박합니다. 1인당 소비량으로 환산하면 약 145kg에 달하는 양으로 플라스틱 주요 소비국 1위에 해당하는 수준입니다. 이처럼 엄청난 플라스틱 폐기물은 어떻게 처리되고 있을까요? 폐기물 발생량 중 약 20% 정도만이 물리적으로 재활용되고, 나머지 70% 이상은 대부분 소각되고 있는 실정입니다. 

전세계는 지금, Net-zero, 그린뉴딜, 2050 탄소중립 선언 등 온실가스를 줄이고 탈플라스틱 사회로 전환하기 위한 움직임에 박차를 가하고 있는데요. 플라스틱 제조의 큰 축을 담당하는 석유화학 기업 역시 이러한 추세에 발맞춰 플라스틱 재활용 기술 개발과 투자에 적극적으로 나서는 추세입니다.

플라스틱을 재활용하는 기술로는 크게 물리적 재활용(MR, Mechanical Recycle), 열적 재활용(TR, Thermal Recycle), 화학적 재활용(CR, Chemical Recycle)의 세 가지가 있습니다.

물리적 재활용은 폐플라스틱을 잘게 부수고 녹이고 가공해 다시 플라스틱 제품을 생산하는 방식입니다. 가장 쉽고 안전해 재활용 시장의 90% 이상을 차지하지만, 선별·세척 비용이 많이 들고 품질이 저하되어 활용분야가 제한적입니다. 폐플라스틱을 소각해 에너지원으로 사용하는 열적 재활용(또는 에너지 회수 기술)은 100년 이상 상용화된 기술이지만 환경적으로 소각과 크게 다르지 않아 완전한 재활용이라 보기 어렵습니다.

이러한 한계를 극복할 수 있는 기술로서 주목받고 있는 것이 화학적 재활용인데요. 화학 공정을 통해 폐플라스틱을 분해하여 원재료로 되돌린 후 재생산하는 방식이라 품질 저하나 소재 제한이 없습니다. 

 

 

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플라스틱 선순환 구축의 게임체인저, 열분해유란?

  

화학적 재활용 기술에는 가스화 기술, 해중합 기술, 그리고 열분해유가 있습니다. 이 중 ‘열분해유(pyrolysis 기술)’란 수거된 폐비닐, 폐플라스틱을 고온에 분해하여 액체상태로 회수한 오일을 말합니다. 폐플라스틱을 순수한 원료 상태로 만들기 때문에 이를 통해 재생산된 플라스틱의 품질이나 기능에 영향을 주지 않습니다. 이러한 이유로 인해 다양한 분야에서 지속적으로 활용이 가능하므로 플라스틱의 선순환 구조를 형성하는데 핵심적인 기술로 손꼽히고 있습니다. 

열분해유는 주로 가정에서 발생하는 폐비닐을 주원료로 생산합니다. 폐플라스틱은 물리적 재활용 방식에서 더 큰 수익을 발생시키기 때문에 화학적 재활용 방식에는 폐비닐이 더 많이 활용되고 있습니다. 

국내에서 발생하는 폐비닐은 연간 약 200만톤 가량에 달하는데 비해, 재활용되고 있는 비닐의 양은 44만톤 정도이고 그 중 실제로 열분해유에 사용되고 있는 물량은 9~10만톤 수준입니다. 이때문에 정부는 열분해유 제조업 사업자를 대상으로 폐비닐 처리에 대해 국가 보조금을 지급하며 폐비닐 재활용을 장려하고 있습니다.

사실 열분해유 제조 기술은 처음 상용화된 지 상당히 오래된 기술이지만 공정 기술적인 한계로 수익성 확보가 어려워 국내 열분해 시설 업체 20여개 가운데 4곳만이 연간 1천톤 이상의 폐비닐을 처리하며 주도적으로 운영하고 있습니다. 그동안 이 업체들은 저품질의 연료유를 생산해 시멘트, 제지 공장에 납품해왔는데요. 과거와는 달리, 친환경 플라스틱 재활용에 대한 관심이 높아진 최근에는 석유화학 공정에 투입해 합성수지 등 석유화학제품 생산에 활용 가능한 “원료용 열분해유”를 주로 생산하고 있습니다.

 

 

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저품질 연료유 위주에서 친환경 원료용 열분해유 위주로

   

열분해유는 어떻게 생산될까요? 선별장을 거쳐 압축된 폐비닐은 무산소 조건에서 직간접 가열(300~500℃)을 통해 플라스틱의 기초원료인 오일 및 가스, 나프타 등으로 분해됩니다. 일종의 원유 형태로 되돌려 다시 플라스틱으로 재생산할 수 있는 것이죠. 이 공정의 장점은 열분해유와 함께 발생한 가스가 시스템 가동에 사용되어, 초기 가동 시 외에는 석유 원료를 사용하지 않는다는 것입니다. 

일반적으로 열분해유 제조 공정의 수율은 오일 기준 약35~65% 정도로, 원료의 퀄리티에 따라 달라집니다. 열분해유 생산 공정에서는 다양한 소재와 음식물 등 불순물이 섞인 폐플라스틱 압축물을 그대로 장비에 투입하게 되는데, 가장 적합한 소재는 ‘Other’라고 표시되어 있는 비닐인 라면, 과자, 빵 봉지 같은 열가소성 소재의 PE/PP 제품입니다. 반면 PET와 PC, 그리고 나일론이나 폴리아마이드 등의 플라스틱은 열을 가해도 오일이 생산되지 않습니다.

 

 

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석유화학 생산 공정에 열분해유 활용

   

현재 기술로 생산되는 열분해유는 불순물, 특히 염소와 질소가 포함되어 NCC(Naphtha Cracking Center, 나프타 분해 설비)에 직접 투입하기에는 무리가 있습니다. 때문에 한화토탈에너지스에서는 이러한 물질을 처리해 줄 수 있는 CFU에 투입하고 있습니다. 투입된 열분해유는 circular Naphtha를 생산하고, 이는 NCC를 거쳐 휘발유, 경유, 등유, 그리고 circular 플라스틱으로 재생산되죠. 

한화토탈에너지스는 지난 5월, 열분해유를 CFU에 처음 투입함으로써 본격적으로 자원순환형 사업에 돌입했습니다. 그리고 국내 열분해유 생산업체로부터 고품질의 열분해유 물량을 확보하고, 생산된 circular 제품을 친환경 소재 요구 고객사(brand owner)들에게 판매할 수 있도록 돕는 업무를 진행하고 있습니다. 또한, 빠르게 변해가는 친환경 폴리머 시장에서 안정적인 열분해유 물량 확보를 위해 관련 투자 및 잠재 수요처를 발굴 작업을 추진 중에 있습니다.

열분해유 사업은 전세계적인 주목이 집중되는 재활용 기술로, 국가의 정책적 뒷받침이 필요합니다. 「석유 및 석유대체연료 사업법」에 의하면 열분해유는, 최근까지도 석유 제품 원료로 인정되지 않아 산업용 연료로만 사용이 가능했습니다. 하지만 지난 2021년 규제 샌드박스 제도를 통해 열분해유를 석유화학 공정의 원료로 사용할 수 있는 기술개발 및 상용화 환경이 조성되면서 화학적 재활용에 필요한 기반이 마련되고 있습니다. 

한화토탈에너지스도 정책적 변화에 발맞춰 책임 보험을 가입하고 열분해유 구입부터 공장 입고와 CFU 투입, 그리고 영향평가를 위한 분석 지원까지 여러 부서의 협조를 받아 진행하고 있습니다.  

 

일상 속 이미 너무 익숙하게 자리한 플라스틱의 사용량을 줄이기란 쉬운 일은 아닐 것입니다. 그러나 전세계적으로 대두되고 있는 플라스틱 폐기물 이슈를 대응하고, 폐플라스틱의 순환경제를 이뤄내기 위해 적극적으로 대응하는 노력이 필요할 것으로 보입니다. 앞으로 한화토탈에너지스의 행보에도 많은 관심 부탁드립니다😊

(글 : 사업기획팀 홍인화 프로)

 

 

 

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