입력 2025.08.26 11:33
- PVC/PET 혼합 폐플라스틱을 고부가가치 원료로 전환하는 기술
- 실제 자동차 시트 커버에 적용해 산업 활용 가능성 입증
- 화학공학 및 환경 분야 권위지 Chemical Engineering Journal 게재
자동차 폐기 과정에서 버려지는 시트커버에는 서로 다른 플라스틱이 섞여 있는 경우가 많아 재활용이 어렵다. 이러한 혼합 폐플라스틱은 물성 차이와 성분 특성 때문에 분리 공정이 복잡하고, 대부분은 소각이나 매립으로 처리되며 그 과정에서 염화수소, 다이옥신 등 환경 유해 물질이 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하고자 연세대학교 화학과 김병수 교수 연구팀은 기계적인 힘을 활용한 기계화학 반응 기반의 친환경 업사이클링 기술을 개발했다. 특히 기존에는 재활용이 거의 불가능했던 PVC(폴리염화비닐)와 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)가 혼합된 폐플라스틱을 고부가가치 원료로 전환하고, 실제 자동차 시트커버에 공정을 적용해 실증까지 성공하면서 산업적 활용 가능성도 함께 입증했다.
PVC와 PET는 2023년 기준, 전 세계 플라스틱 생산량의 약 13%, 6%를 차지하는 대표 소재다. 하지만 이 두 소재가 함께 섞인 혼합 폐플라스틱은 성분 간 물성 차이와 PVC의 염소 성분으로 인해 기존 방식으로는 효과적인 분리나 재활용이 사실상 어려운 상태였다.
최근에는 기계화학 기술을 이용해 이러한 혼합 플라스틱 문제를 해결하려는 연구가 활발히 이뤄지고 있다. 기계화학은 기계적 에너지를 이용해 용매 없이 화학 반응을 유도하는 기술로, 환경 부담을 줄일 수 있으며 반응 조건에 따라 더 높은 반응 선택성과 제어력도 기대할 수 있다.
이에 연구팀은 기계화학적 볼밀링 시스템을 기반으로 두 플라스틱 성분의 화학적 특성을 고려한 선택적 재활용 공정을 구현했다. 먼저 PVC는 선택적인 탈염소화와 에폭시화 반응을 거쳐 ‘옥시란’ 작용기가 도입된 구조로 바뀌며, 이 작용기는 기계적 힘에 의해 활성화되는 ‘메카노포어’로 작용해 이후 쉽게 분해 가능한 아세탈 구조로 전환된다. 최종적으로는 수용성의 저분자량 폴리올로 전환되어 재활용이 가능해진다.
PET는 앞선 반응 과정에서는 거의 영향을 받지 않고 그대로 유지되며, 후속 가수분해 반응을 통해 테레프탈산 단량체로 선택적으로 전환된다. 즉, 하나의 공정 안에서 두 성분을 동시에 처리하면서도 각각 원하는 화합물로 선택적으로 전환하는 데 성공한 것이다.
연구팀은 해당 기술의 실용성과 확장 가능성을 확인하기 위해 실제 폐자동차 시트커버에 공정을 적용했다. 다양한 첨가제가 포함된 복합 소재임에도 불구하고, 선택적 분해와 고부가가치 물질로의 전환이 효과적으로 이뤄졌음을 확인했다.
김병수 교수 연구팀은 “이번 연구는 혼합 플라스틱 폐기물을 간단하고 용매 없이 재활용할 수 있는 고효율 기술을 확립한 것”이라며, “저비용 원료와 대용량 장비에 최적화된 이번 공정은 산업 현장에서 바로 적용 가능하며, 경제성과 확장성을 동시에 확보했다”고 연구의 의의를 밝혔다.
또한 “보다 지속가능한 재활용 기술로서 순환경제 실현과 경제적 가치 창출에 크게 기여할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부의 지원을 받아 한국연구재단 중견연구자지원사업으로 수행됐으며, 연구 결과는 화학공학 및 환경 분야의 세계적 권위지인 ‘Chemical Engineering Journal’에 2025년 8월 12일 온라인 게재됐다.