우리대학 화공생명공학과 청정에너지 및 환경 촉매 연구실의 노인수 교수팀이 폐플라스틱을 부가가치 높은 액체 연료로 전환하는 촉매 반응을 다룬 논문을 국제 저명 학술지 ‘Nature Communi cations (IF = 14.7, JCR 상위5.6%)’에 게재했다.

 현재 전 세계 플라스틱 생산량은 약 4억 톤에 이르지만, 재활용률은 11%에 불과하며, 나머지는 대부분 매립이나 소각으로 처리되고 있다. ‘Unraveling the Role of Water in Mechanism Changes for Economically Viable Catalytic Plastic Upcycling’이라는 제목으로 발표된 이번 논문은 환경오염의 주요 원인인 폐플라스틱으로부터 가솔린 및 디젤 같은 고부가가치 연료를 선택적으로 생산하기 위한 촉매 공정 기술을 제시했다.

 특히 포장 용기, 비닐 등에 주로 사용돼 짧은 사용주기를 지닌 폴리올레핀계 폐플라스틱은 전체 폐플라스틱 발생량의 약 55%를 차지하지만, 낮은 수율과 경제성 문제로 재활용이 어려운 상황이다. 연구팀은 폴리올레핀계 폐플라스틱 업사이클링 공정에 물을 첨가함으로써 촉매 반응성을 향상시켜 이 문제를 해결하고자 했다.

 교신저자인 노인수 교수 연구팀은 이전에도 폴리올레핀계 폐플라스틱 업사이클링 공정의 효율을 높이기 위하여 다양한 촉매를 개발해 저명한 학술지에 논문을 게재한 바 있으며, 본 연구에서는 현재까지 밝혀지지 않았던 폴리올레핀계 폐플라스틱 업사이클링 공정에서 물의 역할을 규명했다.

 리올레핀계 폐플라스틱 업사이클링 공정에서 브뢴스테드 산 부위가 포함된 Ru/Zeolite-Y 촉매에서 물이 촉매 반응성을 향상시킨다는 사실을 밝혀냈으며, 물 첨가 시 반응에서 생기는 탄소 침적 (코킹) 현상을 방지해 촉매의 반응 안정성을 향상시키는 것 또한 밝혀냈다. 다양한 실제 폐플라스틱(폴리에틸렌, 폴리프로필렌)을 대상으로 실험을 수행한 결과, 물 첨가를 통해 반응성이 향상되고 부가가치가 높은 액체 연료의 생산성이 증가함을 확인했다. 또한, 고려대학교 원왕연 교수 연구팀과 협력해 기술 경제성(TEA) 및 환경성(LCA) 분석을 수행했으며, 이 공정이 화석 연료 기반 생산 공정을 대체할 수 있음을 확인했다.

 이번 연구는 단순히 플라스틱 폐기물 문제 해결을 넘어, 지속 가능한 에너지 자원 확보와 순환경제 구축에 기여할 수 있는 혁신적인 기술로 평가받고 있다. 연구팀이 제시한 촉매 공정은 기존의 폐플라스틱 소각이나 매립 방식에 비해 환경적 부담을 크게 줄이는 한편, 고부가가치 연료로 전환함으로써 경제적 이점도 제공한다. 플라스틱 폐기물이 늘어나는 상황에서 이 기술은 산업 전반에 걸쳐 재활용률을 높이고 기업의 ESG(환경·사회·지배구조) 경영 강화에도 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

▲ 새로 규명된 폴리에틸렌계 플라스틱 촉매 업사이클 반응 메커니즘

김민수 기자 sasha7129@seoultech.ac.kr