폐플라스틱을 고부가가치 소재인 탄소나노튜브(CNT)로 전환하는 기술이 UNIST 연구팀에 의해 개발됐습니다. 플라스틱 폐기물을 탄소중립과 순환경제의 핵심 자원으로 탈바꿈할 전망인데요.
UNIST 에너지화학공학과 안광진 교수와 임한권 교수 공동연구팀은 마스크 폐기물에서 생성된 혼합 가스를 이용해 탄소나노튜브를 생산하는 방법을 고안했습니다. 폐플라스틱을 열분해하면 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등의 탄화수소 가스로 변환되는데요. 이를 고온에서 처리해 탄소나노튜브로 전환하는 방식입니다.
업사이클링 공정을 통해 생산된 탄소나노튜브는 친환경적입니다. 기존 메탄과 수소 기반 공정과 비교해 이산화탄소 배출량이 적습니다. 폐기물 분리 과정 없이도 가스를 처리할 수 있는 장점이 있죠.
마스크 폐기물의 열분해로 생성된 가스를 이용하면 저렴하게 탄소나노튜브를 대량 생산할 수 있습니다. 특히 업사이클링 공정은 시스템이 복잡함에도 기존 방식과 비슷한 비용으로 운영 가능합니다.
연구팀은 재생에너지를 활용한 시나리오 분석을 통해 탄소중립 전략을 제시했습니다. 폐플라스틱 업사이클링으로 탄소나노튜브 생산의 경제적, 환경적 평가를 최초로 진행했습니다. 플라스틱 폐기물을 고부가가치 소재로 전환하는 새로운 가능성을 확인한 것입니다.
제1 저자 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 밝혔습니다.
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 말했습니다.
연구 결과는 국제학술지 'Chemical Engineering Journal'에 6월 28일 온라인 출판됐습니다.
논문명: Laboratory-scale plastic upcycling and green growth: Evaluating the upcycling of plastic waste into carbon nanotubes from economic and environmental aspects
#용어설명
1. 열분해 (Pyrolysis)
무산소 및 고온 조건에서 화합물을 분해하여 두 가지 이상의 새로운 물질을 생산하는 반응으로 플라스틱과 같은 유기 고분자의 열분해는 일반적으로 300 °C 이상에서 수행되며 가스, 오일, 고체 잔여물이 생성된다.
2. 화학기상증착 (Chemical Vapor Deposition, CVD)
화학반응을 이용하는 반도체 공정 중 하나이며, 활성 및 에너지를 가하여 반응성 가스를 분해하여 기판 위에 박막을 증착하는 기술이며, 탄소나노튜브 성장에 주로 사용된다.
3. 탄소나노튜브 (Carbon Nanotube, CNT)
원통형 모양의 나노 구조를 가지는 탄소 동소체로 열적, 전기적, 기계적 특성이 우수하여 전도성 소재, 자동차 부품, 배터리 도전재 등으로 사용된다.
