▲ (a) 마스크 폐기물로부터 탄소나노튜브를 생산하는 업사이클링 공정과, (b) 메탄 기반 탄소나노튜브 생산 공정의 전반적인 흐름을 나타내는 도식도. / 자료=UNIST

고부가가치 친환경소재 CNT

열분해로 생성된 가스 이용

저렴하게 대량생산 가능해져

폐플라스틱을 고부가가치 소재인 탄소나노튜브(CNT)로 전환하는 기술이 UNIST 연구팀에 의해 개발됐다. 플라스틱 폐기물을 탄소중립과 순환경제의 핵심 자원으로 탈바꿈할 전망이다.

UNIST(총장 박종래) 에너지화학공학과 안광진 교수와 임한권 교수 공동연구팀은 마스크 폐기물에서 생성된 혼합 가스를 이용해 탄소나노튜브를 생산하는 방법을 고안했다. 

폐플라스틱을 열분해하면 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등의 탄화수소 가스로 변환된다. 이를 고온에서 처리해 탄소나노튜브로 전환하는 방식이다.

업사이클링 공정을 통해 생산된 탄소나노튜브는 친환경적이다. 기존 메탄과 수소 기반 공정과 비교해 이산화탄소 배출량이 적다. 폐기물 분리 과정 없이도 가스를 처리할 수 있는 장점이 있다.

마스크 폐기물의 열분해로 생성된 가스를 이용하면 저렴하게 탄소나노튜브를 대량 생산할 수 있다. 

특히 업사이클링 공정은 시스템이 복잡함에도 기존 방식과 비슷한 비용으로 운영 가능하다.

연구팀은 재생에너지를 활용한 시나리오 분석을 통해 탄소중립 전략을 제시했다. 

폐플라스틱 업사이클링으로 탄소나노튜브 생산의 경제적, 환경적 평가를 최초로 진행했다. 

플라스틱 폐기물을 고부가가치 소재로 전환하는 새로운 가능성을 확인한 것이다.

제1 저자 김희향·남언우 연구원은 “해당 공정은 공정 규모의 확장과 신재생에너지를 활용한 전력 수급이 확보되면 저렴한 비용으로 생산이 가능하다”면서 “이산화탄소 발생량도 획기적으로 줄일 수 있다”고 밝혔다.

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 말했다.

이번 연구는 UNIST 탄소중립실증화센터, 방위사업청, 산업통상자원부, 과학기술정보통신부 한국연구재단 지원 및 ㈜제이오 기술 지원으로 수행됐다. 연구 결과는 국제학술지 Chemical Engineering Journal에 6월 28일 온라인 출판됐다.