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[테크블랙홀] 폐PET 해중합 촉매 공정기술(한국화학연구원)

지난 반세기 동안 플라스 틱의 소비량이 급격히 증가 함에 따라 배출 폐기물의 자연 축적, 그리고 이를 처리 하는 과정 중 발생하는 환경 오염이 각종 사회적, 국제적 문제를 야기하고 있습니다. 버려진 플라스틱이 자연의 심각한 훼손뿐만 아니라, 사람들의 식생활 및 건강에도 심각한 위협을 미치는 것으 로 밝혀지면서, 플라스틱 소 비를 줄이는 것 뿐만 아니라 이를 재활용하거나 고부가화 할 수 있는 기술에 관한 관 심이 고조되고 있습니다. 한국화학연구원에서는 버 려지는 플라스틱이나 섬유를 경제적으로 재활용할 수 있 는 새로운 해중합 기술들을 개발하였습니다. 소비 후 배출되는 폐플라스틱이나 폐섬유 중 폴리에스테르계 소재는 응용 범위가 넓고, 사용 후 회수율이 높 은 편이며, 화학적 분해를 통해 소재 합성 이전의 원료로 되돌릴 수 있어서 완벽한 플라스틱 순환경제의 달성이 가능한 자원에 해당합니다. 그러나, 소비 후 배출되는 폐플라스틱에는 제거가 어려 운 이물질들이 포함되어 있어서 기존 재활용 방법에는 한계가 많았습니다. 예를 들 면, 색상을 표현하기 위해 첨가된 염료와 안료는 분리 가 어려워 고품질 소재로 재 생산되는 것을 어렵게 하는 대표적인 이물질에 해당합니다. 한국화학연구원에서는 단 순한 공정만으로 색깔을 띠 는 이물질을 쉽게 제거할 수 있는 선택적 정제기술을 개 발하였습니다. 이는 기존에 재활용 되지 못하고 버려지는 유색 폐플라스틱의 재활용을 가능하게 할 것입니다. 뿐만 아니라, 깨끗한 PET만을 선별 하여 열을 가한 후 섬유로 재생산하는 물리적 재생공정 의 고품질 원료로도 활용될 수 있습니다. 한편 화학적인 방법, 즉 해중합을 통하여 고분자를 분해하고 다시 원료화하면 동일한 품질의 제품생산이 가능하기 때문에 완벽한 자원순환경제 시스템을 달성 할 수 있습니다. 한국화학연구원에서는 반응에 소모되는 에너지를 낮추고 정제 효율 또한 향상 할 수 있는 다양한 친환경 해중합 기술을 개발하였습니다. 화학적 전환을 통한 상용해 중합 기술로는 과잉의 에틸렌글라이콜이 반응물로 투 입되는 글라이콜리시스 공정 이 가장 일반적이며, 고부가 단량체인 BHET가 최종 제품으로 제조됩니다. 상업적인 공정에서는 에틸렌글리콜 의 비점에 이르는 고온에서 반응을 수행하며, 반응 후 제품을 고순도화 하는 정제 공정은 상온 이하의 저온에 서 수행하기 때문에 에너지 다소비 공정에 해당합니다. 한국화학연구원에서는 이러한 문제를 극복하기 위해 저가의 생분해성 첨가제를 가하여 반응온도를 50도 가량 낮출 수 있는 저온 글라 이콜리시스 반응기술을 개발 하였습니다. 해당 첨가제는 반응의 활성화 에너지를 낮추는 동시에 염료나 안료와 같이 색상을 띠는 이물질을 효 과적으로 분리할 수 있습니다. 저온 반응의 특성으로부터 기존 촉매를 대체할 수 있는 저가 친환경 촉매가 적용될 수 있으며, 적은 에너지 뿐만 아니라 저가의 유틸리티가 사용될 수 있기 때문에 경제성 확보가 용이한 친환경 기술에 해당합니다. 무엇보다, 소비되기 이전의 고분자 제품과 동등하거나 개선된 품질의 단량체제품 (BHET)을 고순도, 고수율로 생산할 수 있는 장점을 갖고 있습니다. BHET와 더불어 디메틸테레프탈레이트(DMT)는 산업 적으로 활용도가 높은 단량체 입니다. 폐PET로부터 DMT를 제조하는 기존 상용기술에서는 200도 이상의 고온 및 10기압 이상의 고압 반응 조건에 서 생산될 수 있는 것으로 알려져 있습니다. 따라서, 매우 높은 설비비용과 과다한 에너지 소비량으로 인해 경제성 확보가 어려웠습니다. 한국화학연구원에서는 저가의 불균일계 촉매를 사용 하여 상온에서 선택적으로 DMT를 제조할 수 있는 반응 기술을 개발하였습니다. 반응과 정제에 에너지 소비량이 거의 없을 뿐만 아니라 사용된 물질들의 회수 및 재 사용이 쉬워 낮은 투자비로 고수율 고순도의 단량체를 경제적으로 제조할 수 있는 혁신적 기술에 해당합니다. 그 외에도 폐플라스틱을 100도 이하의 저온에서 분 해하여 에너지 소모량을 대폭 줄이고 정제과정을 단순화시켜 경제성이 최대화된 다양한 고부가 유도 단량체 제조 기술들을 개발하였습니다. 인간이 무분별하게 사용하고 버린 쓰레기들이 바다로 흘러가 한반도의 8배나 되는 면적의 북태평양 쓰레기 지대로 모인다고 합니다. 그중에서도 폐플라스틱은 미세플라스틱이 되어 바다의 미세먼지로 불리고 있으며 해양 생물 안에 쌓이고 결국에는 다시 인간들의 식탁에 올라 인간의 생명을 위협하고 있습니다. 이와 같은 시기에 화학연구원에서 연구,개발한 [폐PET 해중합 촉매 공정기술] 은 폐플라스틱의 완전한 순환경제 시스템을 만들어 미세플라스틱의 위협으로부터 지구와 그 안에 사는 많은 생명을 지켜낼 귀한 기술이 될 것입니다.