새로운 재활용 공정으로 '정크' 플라스틱 폐기물 시장 찾을 수 있다

Jul 17, 2023

UW-Madison 연구진이 개발한 새로운 공정을 통해 저가치 폐플라스틱을 고가치 화학물질로 전환할 수 있습니다. 조엘 홀버그

많은 미국인들이 매주 플라스틱 쓰레기를 적절한 쓰레기통에 성실하게 버리지만, 유연한 필름, 다층 재료 및 많은 유색 플라스틱을 포함한 많은 재료는 기존의 기계적 재활용 방법으로는 재활용할 수 없습니다. 결국, 미국에서 재사용되는 플라스틱의 비율은 약 9%에 불과하며, 종종 저가 제품에 재사용됩니다. 그러나 위스콘신 대학교 매디슨 화학 엔지니어들은 새로운 기술을 사용하여 가치가 낮은 폐플라스틱을 고부가가치 제품으로 바꾸고 있습니다.

Science 저널 8월 11일자에 설명된 새로운 방법은 플라스틱 재활용에 대한 경제적 인센티브를 높이고 새로운 유형의 플라스틱 재활용의 문을 열 수 있습니다. 연구원들은 그들의 방법이 이러한 산업용 화학물질의 기존 생산에서 발생하는 온실가스 배출을 대략 60%까지 줄일 수 있을 것으로 추정합니다.

새로운 기술은 기존의 몇 가지 화학 처리 기술에 의존합니다. 첫 번째는 열분해로, 산소가 없는 환경에서 플라스틱을 고온으로 가열합니다. 그 결과 다양한 화합물의 액체 혼합물인 열분해 오일이 탄생했습니다. 열분해 오일에는 다양한 유형의 폴리에스터, 계면활성제, 알코올 및 카르복실산을 포함하여 오늘날의 화학 물질 및 폴리머의 중심 구성 요소인 단순 탄화수소 종류인 올레핀이 다량 포함되어 있습니다.

증기 분해와 같은 현재 에너지 집약적 공정에서 화학 제조업체는 석유에 극도로 높은 열과 압력을 가해 올레핀을 생산합니다. 이 새로운 공정에서 UW-Madison 팀은 열분해 오일에서 올레핀을 회수하고 이를 균질 하이드로포밀화 촉매작용이라고 하는 훨씬 덜 에너지 집약적인 화학 공정에 사용합니다. 이 공정은 올레핀을 알데히드로 변환한 후 중요한 산업용 알코올로 더 환원할 수 있습니다.

박사후 연구원인 Houqian Li와 박사과정 학생인 Jiayang Wu와 함께 연구를 주도한 화학 및 생물공학과 교수인 George Huber는 “이러한 제품은 더 높은 가치를 지닌 광범위한 재료를 만드는 데 사용될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

이러한 고가치 재료에는 비누와 세척제를 만드는 데 사용되는 성분과 기타 유용한 폴리머가 포함됩니다.

조지 휴버(George Huber) 교수(왼쪽)와 박사후 연구원인 호우첸 리(Houqian Li)는 하이드로포르밀화라는 공정을 사용하여 폐플라스틱으로 만든 오일에서 올레핀을 회수하고 이를 고부가가치 화학 물질로 변환할 수 있습니다. 조엘 홀버그

“우리는 이 기술의 의미에 대해 매우 기대하고 있습니다.”라고 에너지부 지원을 받아 폐플라스틱의 화학적 업사이클링 센터를 이끄는 Huber는 말합니다. “하이드로포밀화 화학을 활용해 플라스틱 폐기물을 업그레이드하는 플랫폼 기술이다.”

재활용 산업은 곧 이 프로세스를 채택할 수 있습니다. 최근 몇 년 동안 최소 10개의 대형 화학 회사가 폐플라스틱에서 열분해 오일을 생산하는 시설을 건설하거나 계획을 발표했습니다. 이들 중 다수는 증기 분해기를 통해 열분해 오일을 작동시켜 가치가 낮은 화합물을 생산합니다. 새로운 화학 재활용 기술은 이러한 오일을 사용하는 보다 지속 가능하고 수익성 있는 방법을 제공할 수 있습니다.

“현재 이들 회사는 열분해 오일을 업그레이드할 수 있는 좋은 접근 방식을 갖고 있지 않습니다.”라고 Li는 말합니다. “이 경우 톤당 약 100달러에 불과한 폐플라스틱에서 톤당 1,200~6,000달러 상당의 고가 알코올을 얻을 수 있습니다. 또한 이 프로세스는 기존 기술과 기술을 사용합니다. 규모를 키우는 것은 상대적으로 쉽습니다.”

Huber는 이 연구는 UW-Madison의 여러 부서가 공동으로 수행한 것이라고 말했습니다. 화학과 학과장이자 하이드로포르밀화의 세계적인 전문가인 Clark Landis는 이 기술을 열분해 오일에 적용할 가능성을 제안했습니다. 화학 및 생물학 공학 교수인 Manos Mavrikakis는 고급 모델링을 사용하여 화학 공정에 대한 분자 수준의 통찰력을 제공했습니다. 그리고 화학 및 생물공학 교수인 Victor Zavala는 기술의 경제성과 플라스틱 폐기물의 수명주기를 분석하는 데 도움을 주었습니다.