류정기·오태훈 교수팀, 다기능 촉매로 페트 화학 분해
투명 페트병 원료·수소 생산 가능
페트(PET)병은 재활용이 잘 되는 플라스틱으로 알고 있다. 하지만 페트병 원료로 재사용되는 비율은 20% 안팎이고 대부분 저급 섬유나 충전재로 쓰인 뒤 폐기된다. 폐페트병을 고품질 페트병 원료로 되돌리는 동시에 수소까지 생산할 수 있는 기술이 나왔다.
류정기·오태훈 UNIST 에너지화학공학과 교수팀(류 교수팀)은 저온에서 페트 폐기물을 화학적으로 분해하면서 청정 수소 및 전기를 생산하는 다기능성 촉매 공정기술을 개발했다고 11일 밝혔다.
현재 페트 플라스틱은 잘게 부순 뒤 녹이는 방식으로 재활용된다. 이 방식으로는 기존 투명 페트병 원료를 만들 수 없어 결국 한 단계 품질이 낮은 섬유나 충전재로 쓰이게 된다. 고품질 원료로 되돌릴 수 있는 화학 분해 공정이 있지만 200℃ 이상의 고온에서 복잡한 정제 공정이 필요하다.
류 교수팀이 개발한 공정은 100℃에서 가능하고 분리 정제도 간단하다. 페트병을 분쇄해 물, 용매(DMSO), 폴리옥소메탈레이트 촉매와 섞어 가열하는 방식이다. 촉매는 페트 플라스틱을 고체 형태의 테레프탈산과 액체 형태의 에틸렌글리콜로 분해한다. 여과기 필터로 에틸렌글리콜을 걸러내면 고품질 페트병 원료인 테레프탈산만 남는다.
공정에 사용한 촉매는 수소나 전력 생산에 다시 재활용할 수 있다. 해당 촉매는 페트 플라스틱 분해 뿐만 아니라 전자를 저장하는 '건전지' 기능도 할 수 있기 때문이다. 전자를 품은 촉매를 수소 생산 장치로 보내면 일반적인 물 전기분해보다 낮은 전압에서 수소를 만들 수 있고, 레독스 연료전지의 연료로 활용하면 저장된 전자를 뽑아내 전기를 생산하는 것도 가능하다.
류 교수팀은 실제 실험에서 물 전기분해 전압보다 최대 25% 낮은 1.2볼트 전압에서 수소를 만들었고, 연료전지 전극 1㎠당 12.5 밀리와트(㎽)의 전력을 생산했다.
이 공정으로 생산한 재생 테레프탈산의 최소 판매 가격을 kg당 0.81달러로 추산할 때 기존 화학 분해 재활용 기술과 비교해 최대 46% 저렴한 수준이다. 원유에서 뽑아낸 테레프탈산 원료의 시장 가격과 비교해도 더 낮다.
류정기 교수는 “폐페트병에서 고품질 재활용 원료를 얻어내고 동시에 수소 생산까지 연계하면 기존 원유에서 뽑아낸 원료에 버금가는 가격 경쟁력을 확보할 수 있다”며 “플라스틱 순환 경제를 구축하고 친환경 수소 생산 비용을 절감하는 데 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com
