[투데이에너지 정재현 기자] UNIST 에너지화학공학과 안광진 교수와 임한권 교수 공동연구팀은 마스크 폐기물에서 생성된 혼합 가스를 이용해 탄소나노튜브를 생산하는 방법을 고안했다.
마스크 폐기물을 포함한 막대한 양의 폐플라스틱은 소각·매립으로 처리되고 있으며 현재 극히 일부만이 재활용되고 있고 그마저도 생산품의 품질과 처리가 제한적인 물리적인 방식으로 수행되고 있다. 따라서 탄소중립과 순환경제 실현을 위해 폐플라스틱을 효과적으로 저감·활용함으로써 고품질의 물질을 생산하는 기술이 요구된다.
이러한 측면에서 화학적 재활용을 통해 생산된 저분자의 원료 물질을 생산하고 더 나아가 이를 탄소나노튜브와 같은 고부가가치의 물질로 전환하는 폐플라스틱 업사이클링 기술 개발과 산업적 구현이 시급한 상황이다.
폐플라스틱을 열분해하면 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등의 탄화수소 가스로 변환된다. 이를 고온에서 처리해 탄소나노튜브로 전환하는 방식이다.
업사이클링 공정을 통해 생산된 탄소나노튜브는 친환경적이다. 기존 메탄과 수소 기반 공정과 비교해 이산화탄소 배출량이 적다. 폐기물 분리 과정 없이도 가스를 처리할 수 있는 장점이 있다.
마스크 폐기물의 열분해로 생성된 가스를 이용하면 저렴하게 탄소나노튜브를 대량 생산할 수 있다. 특히 업사이클링 공정은 시스템이 복잡함에도 기존 방식과 비슷한 비용으로 운영 가능하다.
연구팀은 재생에너지를 활용한 시나리오 분석을 통해 탄소중립 전략을 제시했다. 폐플라스틱 업사이클링으로 탄소나노튜브 생산의 경제적, 환경적 평가를 최초로 진행했다. 플라스틱 폐기물을 고부가가치 소재로 전환하는 새로운 가능성을 확인한 것이다.
제1저자 김희향, 남언우 연구원은 “해당 공정은 공정 규모의 확장과 신재생에너지를 활용한 전력 수급이 확보되면 저렴한 비용으로 생산이 가능하다”며 “이산화탄소 발생량도 획기적으로 줄일 수 있다”고 밝혔다.
임한권 교수와 안광진 교수는 “열분해 기술의 발전으로 탄소나노튜브 공급량이 늘어나면 에너지 안보에도 기여할 것”이라며 “향후 실험실 수준의 장치를 더 큰 규모로 설계해 실제 산업에 적용 가능한 기술을 확보할 계획”이라고 말했다.
연구는 △UNIST 탄소중립실증화센터 △방위사업청 △산업통상자원부 △과학기술정보통신부 △한국연구재단 △㈜제이오 등의 지원으로 수행됐다.
연구 결과는 국제학술지 Chemical Engineering Journal에 지난 6월 28일 온라인 출판됐다.
한편 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 원통형 모양의 나노 구조를 가지는 탄소 동소체로 열적, 전기적, 기계적 특성이 우수해 전도성 소재, 자동차 부품, 배터리 도전재 등으로 사용된다.
더 나아가 폐플라스틱 저감, 열분해 산업 성장, CNT 공급 증대를 기여할 수 있으며 반도체, 디스플레이, 배터리 및 등 실용적인 기술로 성장할 것으로 기대한다.