국내 연구진이 폐마스크 등 폐플라스틱을 이용해 고부가가치 소재인 '탄소나노튜브'(CNT)를 생산하는 기술을 개발했다.
25일 울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 안광진 교수와 임한권 교수 공동연구팀은 마스크 폐기물을 열분해하는 과정에서 만들어진 혼합가스를 이용해 탄소나노튜브를 생산하는 방법을 고안했다고 밝혔다.
탄소나노튜브(Carbon Nanotube)는 원통형 모양의 나노 구조를 가지는 탄소 동소체로 열적, 전기적, 기계적 특성이 우수해 전도성 소재, 자동차 부품, 배터리 도전재 등으로 널리 사용된다.
열분해(Pyrolysis)는 무산소 및 고온 조건에서 화합물을 분해해 두 가지 이상의 새로운 물질을 생산하는 반응으로, 플라스틱과 같은 유기 고분자의 열분해는 일반적으로 300℃ 이상에서 수행되며 가스, 오일, 고체 잔여물이 생성된다. 연구팀은 마스크 폐기물을 열분해시켜 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등의 탄화수소 가스로 변환시킨 다음, 이를 고온에서 처리해 탄소나노튜브로 전환했다.
이 방식은 기존 메탄과 수소 기반 공정으로 탄소나노튜브를 생산하는 방식과 비교하면 이산화탄소 배출량이 적다. 또 폐기물 분리과정없이도 가스를 처리할 수 있는 장점이 있다. 연구팀이 개발한 방식으로 CNT를 생산했을 때 비용은 1kg당 2999달러로, 기존 방식으로 했을 때 비용인 2930달러와 비교했을 때 큰 차이가 없다.
하지만 플라스틱 폐기물 처리비용을 감안하면 기존 방식보다 더 경제적이라는 게 연구팀의 설명이다. 마스크 폐기물은 대부분 소각되거나 매립된다. 극히 일부만 재활용되고 있는데 이마저도 생산품의 품질 및 처리가 제한적인 물리적 방식으로 이뤄지고 있다.
안광진 교수는 "마스크 외에도 폴리프로필렌(PP) 재질의 폐기물이면 별도 선별수거 없이 공정에 투입할 수 있다"면서 "향후 플라스틱 폐기물 규제로 인한 비용발생을 감안하고, 공정 효율화도 꾀하면 기존 방식보다 생산비용이 훨씬 저렴해질 수 있을 것"이라고 내다봤다.
뿐만 아니라 열분해에 필요한 전력을 재생에너지로 조달하게 되면 탄소중립도 실현할 수 있어 환경적 이점이 극대화될 수 있다는 것이다. 연구논문의 제1저자 김희향, 남언우 연구원은 "공정 규모를 확장하고 신재생에너지로 전력 수급까지 확보된다면 를저렴한 비용으로 생산할 수 있다"면서 "이산화탄소 발생량도 획기적으로 줄일 수 있을 것"이라고 밝혔다.
임한권 교수는 "향후 실험실 수준의 장치를 더 큰 규모로 설계해 실제 산업에 적용 가능한 기술을 확보할 계획"이라고 밝혔다.
이번 연구결과는 지난 6월 28일 국제학술지 '화학공학저널'(Chemical Engineering Journal) 온라인에 게재됐다.
Copyright @ NEWSTREE All rights reserved.
