단국대 이환규·이용걸 교수팀, 폐플라스틱 재활용 효율 높이는 열분해 원리 규명

단국대학교는 화학공학과 이환규·이용걸 교수팀이 슈퍼컴퓨터를 활용해 폐플라스틱 재활용 효율을 높이는 최적의 메커니즘을 밝혀냈다고 4일 밝혔다.

최근 탄소중립 정책과 고유가로 말미암아 폐플라스틱을 활용해 석유화학 원료를 생산하는 화학적 재활용 기술이 주목받고 있다. 폐플라스틱을 열분해하는 방법은 모든 종류의 플라스틱에 적용할 수 있어 가장 널리 활용되는 재활용 기술이다.

폐플라스틱의 재활용 효율은 열분해로 발생하는 중간생성물에 따라 결정된다. 기존에는 폐플라스틱을 산소가 없는 반응기에 넣고 밖에서 열을 가해 플라스틱을 분해하는 기술을 사용했다. 그러나 이 기술은 분자 단위까지 관측이 어려워 최적의 재활용 효율을 찾아내기 어려웠다.

연구팀은 슈퍼컴퓨터를 활용해 분자의 움직임과 원자 반응을 분석할 수 있는 '멀티스케일 분자모델링' 기법을 도입했다. 이를 통해 폴리스타이렌(PS)에서 분해된 벤젠 고리가 폴리에틸렌(PE)과 결합해 재활용 효율을 떨어뜨리는 가스의 생성을 억제한다는 사실을 밝혀냈다.

특히 폴리스타이렌의 질량비가 10~15%일 때 재활용 효율이 가장 높고, 고부가가치 석유화학물질인 알파올레핀 생산을 촉진한다는 것도 새롭게 밝혀냈다.

이환규 교수는 "이번 연구는 폐플라스틱의 화학 공정 효율 개선에 크게 이바지할 것"이라며 "폐플라스틱으로 인한 환경문제 해결과 UN이 설정한 지속가능발전목표(SDGs) 이행에 도움 되는 기술을 계속 연구해 나가겠다"고 말했다.

이번 연구 논문(플라스틱 혼합물 열분해 분자모델링: 폴리스타이렌 분해가 수율, 응집, 반응 메커니즘에 미치는 영향)은 화학공학분야 국제학술지인 '케미컬 엔지니어링 저널'에 지난달 온라인 게재됐다. 폐플라스틱 분해반응 중간생성물에 대한 핵심 메커니즘을 규명한 백상훈(4학년) 학생은 제1저자로 등록됐다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 2022년 과학기술분야 기초연구실 사업의 지원을 받아 수행됐다.