폐플라스틱 중 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)만 선별하는 작업 없이 폐플라스틱 혼합물을 통째로 이용해 청정에너지를 만드는 기술이 개발됐다.
김우재 이화여대 화공신소재공학과 교수 연구팀은 폐플라스틱 혼합물에서 이산화탄소 배출 없이 청정수소를 생산하는 촉매 공정을 개발하고 연구결과를 7일 국제학술지 ‘미국국립과학원회보(PNAS)’에 발표했다.
유럽환경청(EEA)의 2025년 보고서에 따르면 전 세계 플라스틱 폐기물 중 재활용되는 비율은 약 9%에 불과하다. 약 79%는 매립되고 12%는 소각된다.
폐플라스틱을 효율적으로 재활용하려면 생수병 등을 만드는 데 쓰이는 플라스틱인 PET를 선별해야 한다. PET를 제외하면 고부가가치 재활용이 쉽지 않다. 혼합 폐플라스틱을 수소로 전환하는 가스화 공정이 있지만 많은 에너지, 높은 압력, 극한의 온도라는 조건이 필요하다. 다량의 이산화탄소가 배출된다는 문제도 있다.
연구팀은 혼합 폐플라스틱에서 PET를 선별하지 않고 수소를 생산할 수 있는 방법을 찾았다. 알칼리 촉매인 수산화나트륨으로 낮은 온도에서 플라스틱을 열처리하는 알칼리 열처리(ATT) 기술이다. ATT 기술을 혼합 폐플라스틱에 적용하면 플라스틱은 분해되고 수소가 선택적으로 추출된다.
연구팀은 선행 연구를 통해 해조류, 폐목재, 왕겨 등의 버려지는 바이오매스(생물 자원)로부터 수소를 생산하는 ATT 기술력을 쌓아왔다. 플라스틱은 바이오매스가 아닌 화석원료 기반 고분자이기 때문에 바이오매스 공정을 그대로 적용하기 어렵다.
특히 PE(폴리에틸렌), PP(폴리프로필렌) 등의 폴리올레핀계 플라스틱은 분자 안에 산소를 포함한 ‘산소 기능기’가 거의 없어 화학 반응이 잘 안 일어나고 수소 생산 효율이 떨어진다는 문제가 있다.
연구팀은 폐플라스틱에 산소 기능기를 더하는 전처리 과정을 진행해 폐플라스틱이 바이오매스와 유사한 반응성을 갖도록 만들었다. 산소가 있는 환경에서 가열을 통해 화학 구조를 바꾸는 ‘열산화 전처리’를 통해 PE, PP 등의 플라스틱 고분자 사슬에 산소 기능기를 도입해 알칼리 열처리 조건에서 반응성이 높아지도록 만든 것이다. PET뿐 아니라 PE, PP 등도 수소 생산에 활용할 수 있게 됐다는 의미다.
일반적인 폐플라스틱 처리 과정은 폐플라스틱에서 유래한 탄소가 이산화탄소 형태로 대기 중에 배출된다. 반면 연구팀 공정은 이산화탄소가 알칼리 물질에 의해 포집돼 탄산염 형태로 전환되기 때문에 이산화탄소 배출 문제를 해결할 수 있다.
김 교수는 “재활용이 어려워 소각 등으로 처리하던 폐플라스틱을 미래 에너지원으로 전환하는 기술적 돌파구를 마련했다”며 “ATT는 폐기물 처리와 청정에너지 생산을 하나의 공정으로 연결하는 청정에너지 전환 기술”이라고 말했다. 이어 “수소를 경제적으로 대량 공급할 수 있는 차세대 청정수소 생산 기술은 수소 경제와 순환 경제에 동시에 도움이 될 것”이라고 덧붙였다.
<참고 자료>
doi.org/10.1073/pnas.2537552123
