서울과기대 노인수 교수팀, 폐플라스틱 재활용 공정에 물 첨가해 휘발유 등으로 전환하는 촉매 기술 개발

서울과학기술대학교는 화공생명공학과 청정에너지·환경 촉매 연구실 노인수 교수팀(권태은 학생)이 고려대 원왕연 교수팀(안병찬 학생), 한국화학연구원 강기혁 박사와 함께 폐플라스틱을 부가가치 높은 액체 연료로 전환하는 촉매 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

이번 연구는 환경오염의 주요 원인인 폐플라스틱으로부터 휘발유, 경유 같은 고부가가치 연료를 선택적으로 생산하기 위한 촉매 공정 기술로 주목받고 있다. 이번 연구 논문(경제적으로 실현가능한 촉매 플라스틱 업사이클링의 메커니즘 변화에서 물의 역할 규명)은 재료과학 분야 국제 저명 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'에 지난달 29일 게재됐다.

현재 전 세계 플라스틱 생산량은 약 4억t에 이르지만, 매립(75%), 소각(14%)으로 처리되는 양이 대부분이다. 재활용률은 11%에 불과하다. 특히 포장 용기, 비닐 등에 주로 사용돼 사용주기가 짧은 폴리올레핀계 폐플라스틱은 전체 폐플라스틱 발생량의 약 55%를 차지하지만, 낮은 수율과 경제성으로 인해 재활용이 이뤄지지 못하는 문제점이 있었다.

연구팀은 폴리올레핀계 폐플라스틱 재활용 공정에 물을 넣어 촉매 반응성을 향상하는 기술을 개발했다. 연구팀은 폴리올레핀계 폐플라스틱 재활용 공정에서 브뢴스테드 산 부위가 포함된 루테늄(Ru)/제올라이트(Zeolite)-Y 촉매에서 물이 촉매 반응성을 향상한다는 사실을 밝혀냈다. 물 첨가 반응에서 생기는 탄소 침적(코킹) 현상을 방지해 촉매의 반응 안정성을 향상하는 것도 알아냈다.

폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등 다양한 폐플라스틱을 대상으로 실험한 결과, 물 첨가를 통해 반응성이 향상되고 부가가치가 높은 액체 연료의 생산성이 증가함을 확인했다.

또한 고려대 원 교수 연구팀과 협력해 기술 경제성(TEA)과 환경성(LCA) 분석을 수행한 결과, 이 공정이 기존 화석연료 기반 생산 공정을 대체해 이산화탄소 배출량을 줄일 수 있다는 것을 확인했다. 아울러 물 첨가로 반응성이 향상하면서 경제성 있는 공정 개발이 가능하다는 것을 입증했다.

앞으로 연구팀은 폴리에틸렌계 플라스틱 재활용뿐 아니라 혼합 폐플라스틱에 적용할 수 있는 촉매를 연구한다는 계획이다.

이번 연구는 한국연구재단과 한국환경산업기술원, 한국에너지기술평가원의 지원을 받아 수행됐다.