폐플라스틱을 분해해 재활용한다

[파이낸셜뉴스] 한국과학기술원(KAIST) 화학과 서명은 교수팀이 폐플라스틱을 화학적으로 분해해 재활용할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술은 기존 방법보다 절반 정도의 온도만으로도 분해할 수 있어 보다 적은 에너지 사용만으로도 플라스틱 재활용이 가능해졌다. 특히 이 과정에서 환경 유해 물질을 걸러내 친환경 플라스틱 제품까지 생산할 수 있다.

24일 KAIST에 따르면, 연구진은 고분자 합성과정에서 자기조립이 일어날 때 플라스틱이 분해되는 온도가 낮아지는 것을 발견했다. 여기서 분해란 플라스틱이 화학적 반응으로 연결돼 있는 고분자 사슬이 단량체 수준으로 분해되는 '해중합'을 말한다.

기존에 고분자를 해중합해 화학적으로 분해하는 방법은 높은 온도가 필요하여 효율성이 낮았다. 고분자가 잘 섞이지 않는 용매에서 일어나는 자기조립은 질서를 만들어내는 과정이다.

조그만한 분자 단량체들을 서로 이어 거대한 고분자 사슬을 만드는 합성 과정 또한 질서를 증대하는 반면, 고분자 사슬을 조각내어 원래 단량체로 돌리는 해중합은 무질서해지는 방향을 향한 변화다.

따라서 연구진은 자기조립이 일어나는 상황에서는 질서와 무질서의 균형을 이루기 위해 중합보다 해중합이 우세해지는 결과를 확인했다. 이를 이용해, 중합과 해중합 속도가 균형을 이루는 천정온도가 186℃에서 90℃로 감소돼, 보다 낮은 온도에서 해중합을 유도해냈다.

또 연구진은 고분자를 합성한 후 온도를 올려 고분자 나노구조체를 구성하는 사슬을 재사용이 가능한 단량체로 분해했다. 다시 온도를 내리면 분해된 단량체는 다시 중합돼 나노구조체를 형성하면서 플라스틱이 만들어졌다.

서명은 교수는 "기존에 고분자를 화학적으로 분해하기 위해서는 높은 온도가 필요해 어려움이 있었다"며 "고분자 자기조립을 활용해 해중합 온도를 낮출 수 있었고, 이 원리를 활용해 폐플라스틱의 재활용을 더 효율적으로 할 수 있을 것"이라고 기대했다. 그러면서 "자연이 단백질들을 붙이고 떼는 중합과 해중합 과정을 통해 능동적으로 세포의 모양과 움직임을 조절하는 것처럼, 필요에 따라 물성과 형상을 바꿀 뿐만 아니라 움직임도 가능한 스마트 고분자 소재로 향후 발전시킬 가능성을 탐구하고 싶다"고 말했다.

한편, 연구진은 이번에 개발한 기술을 국제학술지 '저널 오브 더 아메리칸 케미컬 소사이어티(Journal of the American Chemical Society)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자