폐기할 합성섬유를 플라스틱 원료로 만들었다

화학연구원, 폐의류 재활용 기술 개발
기업에서 기술이전받아 상용화 준비중

다양한 재질로 구성된 폐섬유나 폐플라스틱으로부터 색소(염료·안료)를 제거하여 폴리에스터(PET) 재질을 선택적으로 분리하는 과정을 나타낸다. 화학연구원 제공

[파이낸셜뉴스] 한국화학연구원 조정모 박사팀이 폐기처리하는 합성섬유를 플라스틱 원료로 재활용하는 기술을 세계 최초로 개발했다. 이 기술은 낡은 옷감 속 염료의 화학적 성질을 이용해 재활용 원료를 분리할 수 있다.

연구진은 "자연에 버려지거나 소각하는 폐의류를 화학적으로 재활용하는 자원 순환형 기술"이라며 "이 기술로 유색섬유나 혼방섬유를 합성 이전의 원료로 전환할 수 있어, 의류 폐기물 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있을 것"이라고 말했다.

화학연구원은 이 기술을 리뉴시스템에 이전해 설비 구축과 상용화를 추진하고 있다. 리뉴시스템 측은 2024년 말까지 PET 처리 기준 연간 1만톤 규모의 실증 플랜트를 구축할 예정이다.

또 2025년부터 본격적으로 재생 단량체를 양산할 계획이다.

21일 화학연구원에 따르면, 의류산업에 의해 배출되는 온실가스는 지구 전체 배출량의 10%를 차지한다. 반면 글로벌 의류 생산량은 매년 증가 추세이고, 대부분 소각되거나 자연에 버려져 환경을 위협하고 있다. 특히, 저렴하고 내구성이 좋아 의류 생산량의 60% 이상을 차지하는 합성섬유는 플라스틱처럼 잘 썩지 않아 심각한 환경오염을 일으키는 주범 중 하나다.

화학연구원 조정모 박사팀의 기술을 통해 저급 플라스틱 폐기물로부터 고품질의 플라스틱 원료를 합성하는 과정 - 왼쪽부터 유색 PET필름 및 폴리에스터 섬유, 해중합 및 불순물 정제 과정, 그리고 이물질이 제거된 고품질의 플라스틱 원료(BHET)를 나타낸다. 화학연구원 제공

연구진은 특정 소재에만 선택적으로 작용하는 저가의 화합물을 활용해 혼합 폐섬유로부터 '폴리에스터(PET)' 소재만을 골라내는 '화학적 선별 기술'과, 분류된 폴리에스터 섬유를 저온 분해해 합성 이전의 단량체 원료로 되돌리는 '화학적 재활용 기술'을 함께 개발했다.

연구진이 개발한 선별 기술은 단순한 화학적 원리를 이용해 섬유의 재질을 쉽고 정확하게 구분한다. 이 기술은 오직 폴리에스터에만 작용하는 '추출제'를 혼합 폐섬유에 접촉, 색 변화가 일어나는 폴리에스터 섬유을 골라내는 방식이다.

이 방식은 오차율이 매우 낮고, 기존에는 분리가 어려웠던 염료까지 제거가 가능해 고품질 폴리에스터 소재만을 선별할 수 있다. 또한 폐섬유 선별 및 탈염료화 과정에 생분해성 화합물이 사용되고, 사용 후 염료가 포함된 추출제 또한 회수 후 재사용하는 등, 경제적이고 자연 친화적인 선별기술이다.

이와함께 연구진이 개발한 화학적 재활용 기술은 유색 폐PET나 폐폴리에스터 섬유를 빠르게 분해해 고부가 단량체를 제조할 수 있다.

200℃ 이상 고온 조건의 폐PET 분해공정과 달리 150℃의 저온 반응에서도 원료의 구조나 형태에 상관없이 2시간 이내 완전히 분해할 수 있다.

연구진은 "화학적 재활용 기술과 선별기술을 연계하면 반응 및 정제의 부담을 크게 줄일 수 있을 뿐만아니라 에너지 사용량도 획기적으로 낮출 수 있어, 기술 상용화에 높은 경쟁력을 갖출 수 있을 것"이라고 말했다.

한편, 연구진은 이번 연구결과를 미국화학회(ACS)에서 발간하는 'ACS 지속가능한 화학과 엔지니어링(Sustainable Chemistry & Engineering)'에 발표했으며, 창간 10주년을 맞는 지난 2022년 12월호의 표지논문으로 선정됐다.

[e-mail] 김만기 기자