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[KICT LAB 시즌3] 폐플라스틱이 이곳에서 중요한 도구가 된다고?! - PCR 플라스틱 거푸집

제주도는 연간 천만 명 이상의 관광객이 찾는 천혜의 자연경관을 자랑하지만, 그 이면에는 심각한 폐플라스틱 문제라는 말 못 할 사정이 숨어 있습니다. 2020년 기준 제주도의 폐플라스틱 배출량은 6만 6천 톤을 넘어섰으며, 실제 집계되지 않은 양까지 합치면 그 규모는 더욱 방대할 것으로 추정됩니다. 특히 섬이라는 지리적 특성상 외부 반출이 어렵고 매립 공간도 부족해 소각 처리 비중이 전국 평균보다 월등히 높은 실정입니다. 이러한 환경적 압박은 제주도 내에서 자립적으로 쓰레기를 처리하고 자원순환을 할 수 있는 획기적인 대안 마련을 촉구하고 있습니다. 제주도는 환경 보호를 위해 지자체와 시민, 관광객이 함께하는 자원순환 활동을 적극적으로 펼치고 있습니다. 이러한 흐름은 건설 현장으로까지 이어져 폐플라스틱을 거푸집 제작에 활용하는 기술로 결실을 보았습니다. 'PCR 플라스틱 거푸집'이라 불리는 이 기술은 버려진 플라스틱을 수거해 건설 자재로 재탄생시키는 공법입니다. 플라스틱은 가공이 쉽고 모양 변경이 자유로워 건설 현장의 다양한 요구사항을 충족시키기에 적합하며, 이는 버려지는 쓰레기를 단순한 폐기물이 아닌 고부가가치 자원으로 탈바꿈시키는 중요한 전환점이 되고 있습니다. 기존 건설 현장에서 주로 사용되던 합판 거푸집은 산림 훼손과 토양 오염이라는 고질적인 문제를 안고 있었습니다. 나무를 벌채해야 함은 물론, 탈형을 위해 사용하는 화학 약품이 토양으로 스며들어 환경에 악영향을 미쳤기 때문입니다. 또한, 불투명한 합판의 특성상 내부가 어둡고 콘크리트가 제대로 채워졌는지 육안으로 확인하기 어려워 품질 저하와 안전사고의 위험이 항상 존재했습니다. 실제 현장에서는 타설 상태를 확인하기 위해 망치로 소리를 들어보는 등 비효율적인 방식에 의존해야만 했던 것이 지금까지 건설 업계의 안타까운 현실이었습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 개발된 PCR 플라스틱 거푸집은 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 소재를 활용하여 제작되었습니다. 생수병 뚜껑과 같은 재질인 HDPE는 강도가 높으면서도 투명성을 확보할 수 있어, 콘크리트 양생 과정을 실시간으로 확인하며 정밀한 타설이 가능하게 해줍니다. 이는 시공 품질을 획기적으로 높일 뿐만 아니라 자재의 무게가 가벼워 작업자의 피로도를 줄이고 안전사고 예방에도 크게 기여합니다. 아울러 폐플라스틱을 회수해 재활용하는 방식은 신규 플라스틱 제품을 생산할 때보다 에너지 소비량이 훨씬 적어 탄소 중립 실현에도 큰 보탬이 됩니다. 한국건설기술연구원을 중심으로 진행되는 이번 기술 개발은 현장 전문가들로부터 안전과 품질이라는 두 마리 토끼를 잡을 수 있는 혁신적인 대안으로 평가받고 있습니다. 합리적인 가격대만 형성된다면 현장 도입 의사가 매우 높을 만큼 건설 업계의 기대감이 큽니다. 물론 가장 이상적인 미래는 플라스틱 사용량 자체가 줄어들어 재활용할 재료조차 구하기 힘든 세상이 오는 것이겠지만, 그 전까지 이 기술은 폐기물 처리의 새로운 선택지를 제공한다는 점에서 큰 의의가 있습니다. 자원순환을 통해 더욱 안전하고 깨끗한 건설 현장을 만들어가는 노력은 미래를 위한 가치 있는 발걸음입니다.

한국건설기술연구원KICTLAB

지구환경과학
융합
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[2024-3차] NIGT 그리노베이트 정책포럼, 기후기술, 자원순환경제 구축을 위한 폐플라스틱 화학적 재활용 기술

인류는 현재 석기, 청동기, 철기를 거쳐 이른바 '플라스틱 시대'를 살아가고 있습니다. 1950년대 대량 생산이 시작된 이후 플라스틱은 우리 삶에 막대한 편리함을 제공해 왔지만, 그 이면에는 심각한 환경 오염 문제가 자리 잡고 있습니다. 전 세계적으로 생산된 플라스틱의 절반 이상이 2000년 이후에 만들어졌을 정도로 그 양이 폭증했으며, 우리나라는 1인당 쌀 소비량의 두 배에 달하는 플라스틱을 매년 사용하고 있습니다. 이러한 상황에서 기존의 단순 소각이나 매립을 넘어서는 근본적인 해결책이 시급해졌습니다. 지속 가능한 미래 사회를 구축하기 위해 우리는 자원을 쓰고 버리는 선형 경제에서 자원이 끊임없이 순환하는 순환 경제로의 패러다임 전환을 꾀하고 있습니다. 정부는 2050 탄소중립 시나리오를 통해 폐기물 분야의 온실가스 배출량을 획기적으로 감축하겠다는 목표를 세웠으며, 이를 달성하기 위해 화학적 재활용 기술의 도입이 필수적입니다. 현재 약 1만 톤 규모인 열분해 및 가스화 처리 용량을 향후 100배 이상 확대하여, 버려지는 플라스틱을 다시 고부가가치 자원으로 되돌리는 것이 핵심적인 국가 전략입니다. 하지만 현재의 분리 배출 시스템만으로는 재활용의 한계가 분명합니다. 마트에서 흔히 볼 수 있는 맥주 페트병이나 배달 용기, 라면 봉지 등은 여러 겹의 복합 소재로 구성되어 있어 재활용이 까다롭습니다. 또한 음식물에 의한 오염이나 불충분한 선별 과정으로 인해 실제 자원화되지 못하고 버려지는 잔재 플라스틱의 양이 상당합니다. 따라서 생산 단계부터 친환경 설계를 도입하는 것과 동시에, 오염되거나 선별이 어려운 혼합 폐플라스틱까지 처리할 수 있는 고도화된 화학적 재활용 기술 개발이 산업계의 중요한 과제로 떠올랐습니다. 화학적 재활용의 대표적인 기술로는 열분해와 가스화가 있습니다. 열분해는 단일 성상의 플라스틱을 고온으로 가열해 산업용 원료인 오일이나 왁스를 추출하는 방식이며, 가스화는 여러 종류가 섞인 폐플라스틱을 기체화하여 수소나 메탄올 같은 화학 원료를 생산하는 기술입니다. 최근에는 효율을 높이기 위해 유동층 반응기를 활용하거나 촉매를 적용하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 글로벌 기업들은 이미 해외 원천 기술을 도입하여 밸류체인을 구축하고 있으며, 국내에서도 상용화 공장이 조만간 가동될 예정으로 시장 변화를 예고하고 있습니다. 결론적으로 플라스틱 문제의 완벽한 해결을 위해서는 특정 기술 하나에 의존하기보다 다양한 기술들의 조화로운 결합이 필요합니다. 물질 재활용을 최우선으로 하되, 해중합, 열분해, 가스화 기술이 상호 보완적인 역할을 수행하며 각 단계에서 발생하는 폐기물을 철저히 자원화해야 합니다. 경제성 확보를 위해 그린 수소와의 연계 등 다양한 비즈니스 모델이 연구되고 있으며, 이러한 기술적 완성도가 높아질 때 비로소 우리는 환경에 대한 죄책감 없이 지속 가능한 플라스틱 문명을 누릴 수 있는 순환 경제 사회를 완성할 수 있을 것입니다.

국가녹색기술연구소NIGT FORUM

화학
지구환경과학
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공학·기술

[생기원R&D] 지구와 산업체를 살리는 재활용 기술🌏

플라스틱은 현대 사회의 필수적인 소재이지만, 자연 분해에 수백 년이 걸려 해양과 토양 등 생태계 전반에 심각한 오염을 초래합니다. 이를 해결하기 위해 화학적 재활용과 물질 재활용이 적극적으로 도입되고 있으나, 우리나라의 물질 재활용률은 EU 기준 약 16.4%에 머물 정도로 낮은 실정입니다. 특히 여러 종류의 폐플라스틱이 혼재된 PCR 플라스틱은 서로 섞이지 않는 비혼화성 고분자 특성 때문에 기계적 물성이 매우 불규칙합니다. 이러한 한계는 결국 재활용 제품에 대한 낮은 신뢰도로 이어지며, 자원 순환 체계가 원활하게 작동하는 데 큰 걸림돌이 되고 있습니다. 한국생산기술연구원은 이러한 문제를 해결하고자 계면 접착력을 강화하는 커플링제와 나노 필러를 활용한 혁신적인 공정을 개발했습니다. 이 기술은 선별된 PCR 플라스틱에 특수 커플링제와 나노 필러를 투입한 뒤 용융 및 혼합 공정을 통해 균일하게 혼합하는 간단한 방식을 채택하고 있습니다. 특히 호모지니어스 디스차지 공정을 통해 목적에 맞는 비율로 정밀하게 조절된 펠릿을 생산할 수 있습니다. 이는 기존 재활용 방식의 고질적인 문제였던 고분자 간의 결합력 약화 문제를 해결하여, 신재 플라스틱과 대등한 수준의 고품질 원료를 확보할 수 있는 길을 열었습니다. 새롭게 개발된 커플링제 혼합 플라스틱 소재는 신재 플라스틱 대비 약 80~90%에 달하는 높은 기계적 물성을 보여주며 제품 경쟁력을 확보했습니다. 무엇보다 머신러닝 기술을 접목하여 고분자의 물성과 수명을 사전에 예측함으로써, 재활용 횟수에 관계없이 일관된 품질을 보증할 수 있다는 점이 큰 특징입니다. 현재 기술 완성도 7단계에 도달한 이 업사이클링 기술은 자동차 부품부터 운송용 패키징까지 폭넓은 분야에 적용이 가능합니다. 환경 보호와 산업적 수익성을 동시에 충족하는 이 기술은 미래 친환경 시장을 선도하며 지구와 산업 생태계를 모두 살리는 핵심적인 역할을 할 것으로 기대됩니다.

한국생산기술연구원

화학
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공학·기술

지구를 위해 N년째 체크남방만 입는(?) 박사님...?

옷을 자주 사고 버리는 현대의 소비 문화는 지구 환경에 심각한 영향을 미치고 있습니다. 특히 우리가 흔히 입는 합성 섬유는 플라스틱과 마찬가지로 자연에서 분해되는 데 매우 오랜 시간이 걸립니다. 이를 소각하거나 매립하는 과정에서는 대량의 탄소와 인체에 유해한 대기 오염 물질이 발생하며, 의류 산업에서 배출되는 온실가스는 전 세계 탄소 배출량의 약 10%에 달합니다. 단순히 헌 옷 수거함을 통해 일부를 재사용하는 것만으로는 이 거대한 폐기물 문제를 근본적으로 해결하기에 역부족인 상황입니다. 의류 재활용이 어려운 가장 큰 이유는 소재의 복합성 때문입니다. 현대의 의류는 편의성과 기능성을 위해 여러 종류의 섬유가 촘촘하게 혼방된 형태로 제작되는 경우가 많습니다. 이를 재질별로 분류하는 작업은 현재 대부분 수작업에 의존하고 있어 효율성과 정확도가 매우 낮은 실정입니다. 또한, 세탁이나 마찰에 견디도록 설계된 강력한 염료 성분을 제거하는 것도 기술적인 한계로 작용해 왔습니다. 이러한 복합 재질과 이물질 문제는 그동안 의류 재활용의 경제성과 효율을 떨어뜨리는 고질적인 장애물이었습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 한국화학연구원에서는 폐의류에서 특정 합성 섬유만을 화학적으로 골라내는 획기적인 기술을 세계 최초로 개발했습니다. 이 기술은 섬유와 염료가 가진 고유한 화학적 성질을 정교하게 이용합니다. 특정 추출제를 사용하여 유색 섬유에서 색을 분리하고, 그 과정에서 일어나는 반응을 통해 폴리에스터와 같은 특정 성분을 정확하게 선별해낼 수 있습니다. 이는 기존의 물리적인 분류 방식을 뛰어넘어 오차율을 획기적으로 낮추고, 재활용이 가능한 고품질의 자원을 안정적으로 확보할 수 있게 해줍니다. 선별된 합성 섬유는 다시 합성 이전의 기초 원료인 단량체 상태로 되돌리는 화학적 분해 공정을 거치게 됩니다. 특수한 촉매를 가하여 고분자 소재를 분해하면, 새 제품을 만들 때 사용하는 원료와 차이가 없는 고품질의 재생 원료를 얻을 수 있습니다. 이 방식은 투명한 페트병뿐만 아니라 그동안 재활용이 불가능했던 유색 페트병이나 혼방 섬유까지도 모두 처리할 수 있다는 강력한 장점이 있습니다. 이를 통해 의류나 식품 포장재 등 다양한 제품을 품질 저하 없이 여러 차례 반복해서 재활용할 수 있는 길이 열렸습니다. 현재 이 기술은 국내외 시장에서 큰 기대를 모으며 상용화를 위한 실증 단계에 진입해 있습니다. 국내 여러 기업과 협력하여 대규모 생산 설비를 구축 중이며, 2025년부터는 본격적으로 재생 원료의 양산과 상용화가 시작될 전망입니다. 단순히 쓰레기를 줄이는 것을 넘어 자원이 끊임없이 순환하는 경제 체계를 구축하는 것은 미래 세대를 위한 필수 과제입니다. 이번 연구 성과는 탄소 중립 실현과 친환경 고부가가치 소재 산업의 발전에 있어 핵심적인 역할을 수행하며 지속 가능한 미래를 앞당길 것으로 기대됩니다.

한국화학연구원

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올해 농사 잘 지은 박사님들의 솔직 토크! 2023년 국가연구개발 우수성과 100선에 오른 KIER의 2가지 기술은?🎉 | 키워드N인터뷰

수소연구단의 조현석 책임연구원은 물을 원료로 삼아 깨끗한 수소를 생산하는 기술을 집중적으로 연구하고 있습니다. 이 기술은 전 세계적인 과제인 탄소중립을 달성하기 위해, 전력화가 어려운 산업 분야에 청정수소를 에너지 캐리어로서 공급하는 핵심적인 역할을 수행합니다. 화석 연료 중심의 기존 에너지 체계를 수소 중심으로 전환하게 되면, 에너지를 활용하는 모든 과정에서 오염 물질 대신 물만 배출되기에 매우 친환경적입니다. 이는 미래의 지속 가능한 에너지 자립 체계를 확립하는 데 있어 가장 기본적이면서도 필수적인 기술이라 할 수 있습니다. 청정수소는 단순히 에너지를 생산하는 것을 넘어, 국가와 국가 사이에서 청정 전력을 안전하고 효율적으로 교역할 수 있게 만드는 수단이 됩니다. 재생에너지가 풍부한 지역에서 생산된 전기를 먼 거리까지 직접 운송하기에는 물리적인 한계가 존재하기 때문에, 이를 수소 형태로 변환하여 저장하고 이동시키는 전략이 필요합니다. 이렇게 운송된 수소는 다시 열이나 전기 등 사용자가 원하는 다양한 형태의 에너지로 변환되어 무궁무진하게 활용될 수 있습니다. 이러한 변화는 과거의 자원 외교 패러다임을 기술 중심의 에너지 독립으로 바꾸는 중대한 전환점이 될 것입니다. 한편, 청정연료연구실의 라호원 연구원은 현대 사회의 골칫거리인 폐플라스틱을 새로운 에너지원으로 탈바꿈시키는 가스화 공정 개발에 매진해 왔습니다. 우리가 편리한 생활을 지속하기 위해 매일같이 사용하는 플라스틱은 폐기 시 심각한 환경 문제를 야기하지만, 이를 가스화하면 합성가스나 수소와 같은 귀중한 화학 원료로 재탄생시킬 수 있습니다. 이러한 자원순환 경제 모델은 환경 오염 문제를 기술적으로 해결하는 동시에 자원 고갈 문제에 대한 실질적인 대안을 제시합니다. 사회적 현안을 연구 현장에서 직접 해결한다는 점에서 기술의 가치는 더욱 빛을 발합니다. 현재 연구팀이 확보한 1톤 규모의 폐플라스틱 가스화 플랜트는 그 자체로 독보적인 기술적 완성도를 자랑하며 다양한 산업 분야로의 확장을 준비하고 있습니다. 이러한 연구 성과는 단순히 실험실 안에 머물지 않고, 연구 인프라나 기획 인력이 부족한 중소 및 중견 기업들이 새로운 사업 영역을 창출할 수 있도록 돕는 든든한 밑거름이 됩니다. 연구진이 오랜 시간 인내하며 일구어낸 공정 기술은 국가연구개발 우수성과 100선에 선정되는 등 대외적으로도 큰 인정을 받았습니다. 이는 연구원들에게 성취감을 주는 동시에 더 높은 수준의 기술 개발을 향한 강력한 동기부여가 되고 있습니다. 2050년 탄소중립이라는 거대한 목표를 달성하기 위해서는 수전해 기술과 폐플라스틱 처리 기술처럼 에너지와 환경을 동시에 아우르는 통합적 기술들이 더욱 활발히 개발되어야 합니다. 기술을 통해 에너지를 직접 '캐내는' 새로운 시대가 열림에 따라, 우리나라는 에너지 수입국에서 에너지 기술 선도국으로 도약할 기회를 맞이하고 있습니다. 에너지와 환경의 융합은 지속 가능한 사회를 만들기 위한 가장 확실한 방법이며, 다음 세대에게 깨끗한 지구를 물려주기 위한 필수 과제입니다. 연구진의 끊임없는 도전과 헌신은 대한민국의 기술 경쟁력을 강화하고 인류 공통의 미래를 밝히는 핵심 원동력이 될 것입니다.

한국에너지기술연구원

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[신상 건설기술 랜덤박스] 홍수피해는 NAVER... 지방하천제방의 안전을 지키는 '복합PP 차수판'

최근 기상이변으로 인해 짧은 시간 동안 막대한 양의 비가 쏟아지는 국지성 호우가 매우 빈번해지고 있습니다. 특히 우리나라 경북 지역은 화강암 풍화토가 많은 지질적 특성상 홍수가 발생했을 때 하천 제방이 붕괴될 위험이 다른 곳보다 상대적으로 높은 편입니다. 지난 2005년 이후 하천 설계 기준이 한층 강화되었음에도 불구하고, 지어진 지 오래된 기존의 제방들은 여전히 갑작스러운 수위 상승에 대단히 취약한 실정입니다. 이러한 위협적인 문제를 해결하기 위해 물의 침투를 원천적으로 차단하는 핵심 시설물인 복합 PP 차수판 기술의 혁신이 그 어느 때보다 절실해졌습니다. 이번에 새롭게 소개된 기술은 폴리프로필렌(PP) 혼합물을 활용한 복합 PP 차수판입니다. 시중의 모든 플라스틱이 재활용 가능한 것은 아니지만, 폴리프로필렌(PP) 혼합물은 버려지는 폐플라스틱을 수거하여 재활용한다는 점에서 매우 친환경적인 건설 소재라고 할 수 있습니다. 과거에는 제방의 안정성을 보강하기 위해 주로 콘크리트를 사용하여 차수벽을 세웠으나, 이는 환경에 큰 부담을 줄 뿐만 아니라 시공 과정도 매우 까다롭고 복잡했습니다. 반면 복합 PP 차수판은 지속 가능한 환경 보호를 고려하면서도 하천의 안전을 지킬 수 있는 가장 효율적인 미래형 대안으로 평가받고 있습니다. 복합 PP 차수판의 가장 큰 장점은 시공 과정의 간편함과 압도적인 설치 속도에 있습니다. 기존 방식인 콘크리트 차수벽의 경우 설계부터 제작과 설치 완료까지 길게는 6개월 이상의 상당한 시간이 소요되는 반면, 이 복합 PP 차수판 기술은 모듈화된 설계를 통해 매우 짧은 시간 안에 현장 설치를 완료할 수 있습니다. 특히 전용 연결 레일을 활용하여 복합 PP 차수판 모듈들을 서로 정교하게 끼워 맞추는 조립 방식을 채택했기 때문에, 현장의 지형이나 요구되는 상황에 맞춰 원하는 크기의 차수벽을 자유롭고 신속하게 구성할 수 있다는 점이 긴급 재난 상황에서 강력한 경쟁력이 됩니다. 복합 PP 차수판 기술의 실효성을 철저히 검증하기 위해 경상북도와 함께 수행한 실증 실험 결과, 복합 PP 차수판은 제방의 물 침투와 월류에 대해 매우 뛰어난 안정성을 입증했습니다. 제방 내부에 물길이 생기면서 점진적으로 구조가 약해지고 무너지는 현상을 효과적으로 지연시켜 줌으로써, 홍수 발생 시 인근 주민들이 안전하게 대피할 수 있는 소중한 골든타임을 확보해 줍니다. 이는 단순히 제방 붕괴를 막는 기술적 성과를 뛰어넘어, 수많은 시민의 삶의 터전과 소중한 인명을 기습적인 자연재해로부터 보호하는 든든한 안전 파수꾼의 역할을 충실히 수행하고 있는 것입니다. 현재 이 복합 PP 차수판 기술은 경상북도 하천 관리 부서와 공동으로 정식 발명 특허를 획득하며 대외적으로 그 가치와 성능을 널리 인정받았습니다. 연구진은 현재의 성과에 안주하지 않고 물살이 빠르고 곡선 구간이 많은 하천의 복잡한 지형적 특성까지 완벽하게 고려하여, 어떠한 하천 환경에도 유연하게 적용할 수 있는 차세대 특허 기술 개발에 더욱 박차를 가하고 있습니다. 연구자의 전문적인 역량과 지자체 현장의 아이디어가 성공적으로 결합하여 탄생한 이 기술은, 앞으로 우리 사회를 기후 위기에 따른 홍수 위협으로부터 더욱 안전하게 지켜줄 소중한 자산이 될 것입니다.

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[우연소] 지구를 지키는 플라스틱 재활용 기술 연구실

현대 사회에서 폐플라스틱은 해결해야 할 가장 시급한 사회적 문제 중 하나로 손꼽힙니다. 한국화학연구원 탄소자원화연구단은 이러한 이슈에 대응하여 폐플라스틱의 효율적인 재활용을 위한 연구를 활발히 진행하고 있습니다. 특히 기업들이 상대적으로 다루기 까다로워하는 폐스티로폼과 폴리에스테르(PET)를 주요 연구 대상으로 삼아 원천 기술을 확보하는 데 집중하고 있습니다. 이는 단순한 연구를 넘어 실제 산업계에 적용 가능한 수준의 성과를 목표로 하며, 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이 되고 있습니다. 연구단은 단순히 실험실 단계의 성과에 머무르지 않고, 기술의 상용화를 위해 구체적인 이정표를 세우고 있습니다. 이미 일부 핵심 원천 기술을 확보하여 관련 기업체에 기술 이전을 완료했으며, 내년부터는 본격적인 협력 체계를 구축할 예정입니다. 2025년 사업화를 목표로 달려가는 이러한 노력은 연구 데이터의 축적과 실증 단계를 거치며 더욱 구체화되고 있습니다. 공공 연구기관의 전문성과 기업의 사업 역량이 결합하여 폐기물 문제의 실질적인 해결책을 제시할 것으로 기대를 모으고 있습니다. 폐스티로폼 재활용의 첫 단계는 부피를 획기적으로 줄이는 감용 기술에서 시작됩니다. 기존의 석유화학 기반 용매 대신 나무와 같은 천연 재료를 활용한 바이오매스 기반 용매를 사용하는 것이 이 기술의 핵심입니다. 이 용매는 인체와 환경에 훨씬 안전하며, 소량의 용액만으로도 수십 배에 달하는 부피의 스티로폼을 녹여낼 수 있습니다. 또한 사용된 용매는 별도의 분리 과정을 거쳐 다시 사용할 수 있어 자원 순환의 효율성을 극대화합니다. 이는 환경친화적인 공정 설계가 돋보이는 부분이라 할 수 있습니다. 부피를 줄인 폐스티로폼은 단순히 재활용되는 것에 그치지 않고, 다시 플라스틱을 만드는 원료인 화학 물질로 전환됩니다. 약 2년 반 동안 집중적으로 연구된 이 원천 기술은 버려지는 자원을 고부가가치 원료로 탈바꿈시키는 공정입니다. 실험실에서 개발된 고유의 반응 공정을 통해 얻어진 재생 스티렌은 새로운 플라스틱을 합성하는 데 즉시 투입될 수 있는 품질을 자랑합니다. 이러한 화학적 재활용 방식은 플라스틱 순환 경제를 구축하는 데 있어 매우 핵심적인 기술적 진보라고 평가받고 있습니다. 연구의 최종 목적지는 실제 공장에서 작동할 수 있는 대규모 공정의 구현입니다. 연구단은 실험실 규모를 넘어 대형 장비와 반응기를 운용하며 실증에 필요한 정밀한 데이터를 수집하고 있습니다. 특히 연속 반응이 가능한 반응기 개발은 상용화의 경제성과 효율성을 확보하는 데 결정적인 역할을 합니다. 분리 공정을 거친 고순도 원료가 산업 현장에서 즉각 활용되는 모습은 머지않은 미래의 표준이 될 것입니다. 끊임없는 기술 발전을 통해 폐플라스틱이 소중한 자원으로 인식되는 시대를 열어가고 있습니다.

한국화학연구원

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#가정로152 버려진 플라스틱으로 수소 생산? 이게 가능해?

대한민국은 1인당 연간 약 88kg의 폐플라스틱을 배출하며 세계적으로도 매우 높은 배출량을 기록하고 있습니다. 그동안 폐플라스틱은 주로 소각이나 매립을 통해 처리되어 왔으나, 이 과정에서 발생하는 유독가스와 환경 오염은 심각한 사회적 문제로 대두되었습니다. 이러한 한계를 극복하기 위해 최근에는 폐플라스틱을 단순히 폐기하는 것이 아니라, 열화학적 전환 기술을 활용해 유용한 자원으로 재생산하려는 연구가 활발히 진행되고 있습니다. 특히 폐플라스틱을 열분해하여 얻은 기름을 다시 수소로 변환하는 기술은 탄소 중립 시대를 앞당길 핵심적인 대안으로 큰 주목을 받고 있습니다. 폐플라스틱의 재활용 방식은 크게 세 가지 유형으로 나뉩니다. 먼저 물질 재활용은 플라스틱의 화학적 구조를 유지한 채 분리 정제하여 다시 사용하는 기술이며, 열적 재활용은 폐플라스틱을 태워 발생하는 열에너지를 회수하는 방식입니다. 반면, 화학적 재활용은 플라스틱의 분자 구조를 근본적으로 변화시켜 새로운 원료로 전환하는 고도화된 기술을 의미합니다. 그중에서도 열분해 가스화 기술은 폐플라스틱을 고부가가치 자원으로 탈바꿈시키는 핵심적인 공정으로 평가받으며, 이를 통해 합성가스를 생산하고 최종적으로 수소를 추출할 수 있는 기반을 마련해 줍니다. 고부가가치 수소를 생산하기 위해 활용되는 분류층 가스화 공정은 매우 정밀한 과정을 거칩니다. 폐플라스틱 열분해유에 산소와 스팀을 공급하고 약 1,300도의 고온과 20바의 압력을 가하면 일산화탄소와 수소가 주성분인 합성가스가 만들어집니다. 이후 정밀한 후단 정제 공정을 거치게 되면 산업 현장에서 즉시 사용 가능한 고순도의 수소를 얻을 수 있습니다. 기존에는 열분해유를 보일러 연료나 카본 블랙의 원료로 사용하는 데 그쳤지만, 이제는 가스화 공정 덕분에 단순한 연료를 넘어 미래 청정 에너지원으로 활용할 수 있는 길이 넓게 열리게 된 것입니다. 성공적인 가스화 공정을 구축하기 위해서는 세 가지 핵심 기술이 뒷받침되어야 합니다. 첫째는 대량 처리가 가능하도록 규모를 키우는 반응기 설계 기술이며, 둘째는 연료의 특성과 운전 조건에 최적화된 독자적인 버너 설계 기술입니다. 특히 버너는 반응기의 성능과 효율에 직접적인 영향을 미치는 만큼 고도의 정밀함이 요구되는 부품입니다. 마지막으로는 전체 공정을 안정적으로 제어할 수 있는 숙련된 운영 노하우가 필수적입니다. 이러한 운영 기술은 단기간에 습득하기 어려운 높은 진입 장벽을 형성하고 있으며, 우리나라 연구진은 독자적인 기술력을 바탕으로 상용화를 위한 연구에 매진하고 있습니다. 폐플라스틱 가스화 기술은 환경 문제를 해결하는 동시에 자원 순환 경제를 구축하는 중요한 기반이 됩니다. 가스화 공정을 통해 수소를 대량으로 생산할 수 있게 되면, 우리가 지향하는 수소 사회로의 진입 시기를 훨씬 앞당길 수 있을 것으로 기대됩니다. 특정 기술 하나가 모든 플라스틱 문제를 완벽히 해결할 수는 없겠으나, 친환경성과 경제성을 갖춘 재활용 기술들이 지속적으로 개발된다면 폐플라스틱은 더 이상 골칫덩이가 아닌 소중한 자원이 될 것입니다. 일상 속에서 무분별하게 버려지던 플라스틱이 깨끗한 수소 연료로 재탄생하는 미래는 이제 우리 곁으로 성큼 다가오고 있습니다.

한국에너지기술연구원

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[생기원 R&D] 버려지는 합성 플라스틱도 재활용이 가능해진다? 플라스틱의 환골탈태!

그동안 폐플라스틱이나 폐비닐은 분쇄하여 원통형 고체연료(SRF)로 만들어 주로 발전소의 연료로 사용해 왔습니다. 특히 단일 소재와 달리 재활용 기술이 부족했던 복합 소재 분야에서 그래핀이나 탄소나노튜브와 같은 나노탄소소재를 결합하여 고부가가치 제품을 만드는 시도가 이어지고 있으며, 이는 버려지는 자원에 새로운 생명력을 불어넣는 중요한 전환점이 되고 있습니다. 복합 플라스틱을 재활용하기 위해서는 먼저 전국에서 수거된 폐기물 중 녹지 않는 성분을 걸러내는 선별 작업과 이물질을 제거하는 세척 과정이 필수적입니다. 이후 소재를 작게 파쇄하여 녹이는 공정을 거치는데, 이때 서로 다른 성질을 가진 플라스틱들이 섞여 있으면 물리적 성질이 급격히 저하되는 문제가 발생합니다. 예를 들어 폴리프로필렌(PP)과 폴리에틸렌(PE)은 서로 잘 섞이지 않는 상용성 문제를 가지고 있어 이를 해결하는 것이 기술의 핵심입니다. 서로 섞이지 않는 다양한 종류의 플라스틱 상용성을 높이기 위해 화학적으로 성질을 개선하는 커플링제 기술이 도입되었습니다. 이 원천 기술을 활용하면 폐플라스틱 기반의 펠릿이나 분쇄물로도 충분히 우수한 강도를 가진 제품을 생산할 수 있습니다. 특히 SRF 기반 복합 소재는 가격이 매우 저렴하므로 기술적 보완을 통해 기계적 강도를 확보한다면 대형 구조물 제작 등에서 탁월한 가격 경쟁력을 갖게 되며 환경 보호에도 크게 기여할 수 있습니다.

한국생산기술연구원

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[연구성과] 플라스틱 쓰레기, 피할 수 없다면 되돌려라

현대 사회에서 플라스틱 사용은 불가피하지만, 사용 후 깨끗한 상태로 전량 회수하기란 현실적으로 매우 어렵습니다. 이에 따라 오염된 폐플라스틱을 효율적으로 재활용하기 위한 화학적 기술 개발이 탄소중립 실현의 핵심 과제로 떠오르고 있습니다. 탄소중립연구단에서는 일상에서 흔히 배출되는 폐 PET병을 잘게 분쇄한 뒤, 독자적으로 개발한 촉매와 유기용매를 활용해 약 190도의 온도에서 반응시키는 해중합 공정을 집중적으로 연구합니다. 이 과정을 통해 새로운 PET를 만들 수 있는 기초 원료인 BHET 단량체를 효과적으로 회수하며 플라스틱의 무한 순환을 가능케 합니다. 스티로폼 재활용 역시 중요한 연구 분야 중 하나입니다. 스티로폼은 약 98%가 공기로 구성되어 있어 부피가 매우 크기 때문에, 이를 경제적으로 재활용하기 위해서는 먼저 공기를 제거하는 감용 기술이 우선적으로 필요합니다. 감용 과정을 거쳐 남은 폴리스티렌 성분은 촉매 반응을 통해 스티렌 단량체로 전환됩니다. 스티렌은 플라스틱뿐만 아니라 고무나 타이어 등 다양한 화학 제품의 주원료로 사용되는 고부가가치 화학 제품입니다. 버려지는 폐기물에서 고순도의 화학 원료를 추출해내는 이 기술은 자원 낭비를 줄이고 환경 오염을 막는 혁신적인 대안이 됩니다. 이러한 화학적 재활용 공정의 성패는 원하는 성분을 정밀하게 추출하는 능력과 이를 고분자 원료로 재사용할 수 있게 만드는 분리 정제 기술에 달려 있습니다. 현재 핵심적인 원천 기술은 이미 어느 정도 확보된 상태이며, 이제는 실험실의 성과를 실제 산업 현장에 적용하는 사업화 단계에 박차를 가하고 있습니다. 기술의 상용화는 연구 기관 단독으로 이룰 수 없는 영역이기에, 현재 다양한 수요 기업들과 협력하여 공정을 검증하고 실제 사회에 활용될 수 있는 최적의 방향을 모색 중입니다. 지속 가능한 미래를 위한 기술 협력은 플라스틱 오염 문제를 해결하는 실질적인 열쇠가 될 것입니다.

한국화학연구원

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[플라스틱 환경이슈 포럼] 폐플라스틱의 열화학적 재활용 기술 (노선아, 한국기계연구원)

열화학적 재활용은 폐플라스틱을 단순히 잘게 부수거나 녹여서 재사용하는 물질 재활용의 한계를 넘어서는 기술입니다. 이는 플라스틱의 온도를 높여 분자 구조를 끊어내거나 물질의 상을 변화시킴으로써 새로운 원료나 에너지로 전환하는 과정을 의미합니다. 과거에는 폐기물을 단순한 에너지원으로 활용하는 데 그쳤으나, 최근에는 이를 다시 석유화학 공정의 기초 유분이나 원료로 되돌리는 방식에 큰 관심이 쏠리고 있습니다. 이는 플라스틱의 탄생부터 소멸까지의 전 과정을 하나로 연결하는 핵심적인 고리가 됩니다. 대표적인 열화학적 재활용 기술로는 열분해, 소각, 가스화 공정을 꼽을 수 있습니다. 열분해는 무산소 상태에서 적절한 고온을 가해 고체 플라스틱을 오일로 되돌리는 기술이며, 가스화는 산소를 제한적으로 공급하여 수소와 일산화탄소 같은 유용한 기체를 생성하는 방식입니다. 반면 소각은 높은 온도로 산소를 충분히 공급해 폐기물을 감량하면서 동시에 발생하는 열에너지를 스팀 등으로 회수합니다. 이들 공정은 온도와 산소 공급량을 정밀하게 조절하여 각기 다른 형태의 유용한 자원을 만들어낸다는 공통점이 있습니다. 우리가 흔히 접하는 물질 재활용은 분리배출된 플라스틱의 순도가 낮고 색상이 섞여 있어 고품질의 제품을 다시 만들기에 어려움이 많습니다. 실질적인 시장 경제 체제 안에서 모든 플라스틱을 완벽하게 재질별로 분류하는 것은 사실상 불가능에 가깝기 때문입니다. 실제로 재활용된 플라스틱은 여러 색이 섞여 어두운 무채색을 띠게 되며, 이는 의류나 전자제품 같은 고부가가치 제품의 원료로 사용하기에 부적합한 경우가 많습니다. 이러한 한계를 극복하고 폐기물을 다시 원료 수준으로 정화하기 위해 열화학적 재활용이 반드시 필요합니다. 폐플라스틱 처리를 위한 시설은 최근 기술의 발달과 함께 지역사회의 랜드마크로 변모하고 있습니다. 과거에는 혐오 시설로 인식되던 소각로와 재활용 센터들이 이제는 열병합 발전과 연계된 친환경 융복합 시설로 건설되어 스키장이나 공원 같은 시민 휴식 공간을 제공하기도 합니다. 이러한 시설들은 폐기물의 안정적인 처리를 보장할 뿐만 아니라, 에너지 회수 효율을 극대화하여 도시의 자원 순환 시스템에서 중추적인 역할을 담당합니다. 이는 시민들의 수용성을 높이면서도 폐플라스틱 문제를 현실적으로 해결하는 가장 효과적인 대안이 되고 있습니다. 플라스틱은 나무나 동물의 천연 자원을 보호하는 역할도 수행해 왔기에, 무조건적인 퇴출보다는 체계적인 관리가 중요합니다. 에코백이나 텀블러 같은 대체재가 플라스틱보다 환경에 덜 부담을 주려면 수백 회 이상 사용해야 한다는 점을 고려할 때, 플라스틱 자체를 친환경적으로 관리하고 순환시키는 기술에 집중해야 합니다. 눈에 보이는 현상에만 치중하기보다 실제 데이터와 기술력을 바탕으로 환경에 실질적인 도움이 되는 스마트한 친환경 정책을 수립해야 합니다. 이것이 미래 세대를 위해 우리가 지향해야 할 진정한 자원 순환의 방향입니다.

한국생명공학연구원

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