- 마이크로파에 의한 화학 재활용 기술동향
- 2022-03-14 15:30:58
마이크로파에 의한 화학 재활용 기술 동향
플라스틱의 재활용방법 중에서 화학적재활용 방법으로서 모노머화(폐플라스틱을 수지 원료가 되는 모노머로 되돌리는 방법) 프로세스 중에서 마이크로파를 이용한 기술의 해설과 상용화 동향을 검토한다.
폐플라스틱의 리사이클에 있어서, 선별공정이 많아서 처리 가능한 폐플라스틱의 종류가 한정되는 물질재활용에 비교하여 합성가스 생성이나 모노머화를 실시하는 케미컬 리사이클은 보다 많은 종류의 폐플라스틱을 일괄 처리할 수 있다. 최근 추가 기술 개발이 진행되고 있어, 어떻게 CO₂ 배출이 적은 프로세스를 구축할 수 있을지에 주목하고 있다.
화학 재활용의 마이크로파 기술
마이크로파란 전자파의 일종이며, 가정용 전자레인지나 통신 분야에서 범용적으로 사용되어 물질을 직접적이고 선택적으로 가열할 수 있는 특징이 있다. 화학 재활용에서 가스화 및 모노머화에는 일반적으로 연소 공정이 사용되지만, 일반적으로 전기로와 같은 외부 반응기로부터 열전도에 의해 가열된다. 대조적으로 마이크로파는 전술 한 바와 같이 대상 물질에 직접 에너지를 조사하기 때문에, 승온 · 반응 시간의 단축이나 수율 향상 등의 여러 면에서 효율적인 처리가 가능하다.
다만, 현재 일반적으로 사용되는 가열 기술에서는 물리 및 화학의 융합 분야인 마이크로파로의 응용은 통상적으로 사용되지 않고, 마이크로파의 이용은 공업용으로서 건조에 사용되는 정도이기 때문에, 대규모로의 상업화에는 일정한 시간이 걸릴 것이다. 한편, 마이크로파 자체는 전기로부터 생성되기 때문에, 재생 가능 에너지를 병용하면 대폭적인 CO₂ 배출 삭감으로 이어지면서, 폐플라스틱의 케미컬 리사이클에 머물지 않고, 종합적인 기대치는 높다.
1. DEMETO
유럽의 PET 공급망 기업으로 구성된 프로젝트로 EU로부터 자금을 받고 있다. PET 소재만이 대상이 되지만, 후술하는 GR3N사의 마이크로파 해중합 기술이 코어가 된다. 데모 플랜트는 현재 이탈리아 키에티의 NextChem사 부지에서 건설단계(2021년 4월)에 있다. 규모는 PET 투입용량 60kg/h, 설치면적은 약 400㎡이다. 앞으로는 DEMETO의 기술을 도입한 기업에서 총 100만톤 이상의 취급량과 단계적으로 1000개소 플랜트의 설립을 목표로 하고 있다.
2. GR3N사
마이크로파 해중합 기술의 라이센서 및 엔지니어링 기업이며, DEMETO의 핵심 기술을 보유하고 있다. 알칼리 가수분해 반응에 마이크로파를 사용하는 방식으로, 현재는 PET 및 폴리에스테르를 대상으로 하고 있지만, 면의 경우는 최대 50%, 폴리우레탄의 경우는 30%까지, 복합재료도 처리 가능한 것으로 알려져 있다. 또한, 알칼리 반응에 의한 염의 부산물은 전해에 의해 다시 알칼리와 산으로 되돌린다고 하는, 순환형의 종합 시스템이 구축되어 있다.
3. PYROWAVE사
캐나다의 스타트업이며, 폐폴리스티렌을 대상으로 한 마이크로파 기술에 의한 모노머화에 관한 기술 공여 및 엔지니어링을 실시하고 있다. 제품 순도는 신재(버진)와 동일하면서도 재생 수율은 98%로 업계 최고 수준이 되고 있다. 프랑스의 타이어 대기업 MICHELIN사와 기술 제휴하고 있으며, 2023년까지 산업용 데모기를 개발할 예정이다. 스티렌계에 특화하고 있는 것도 있어, 향후는 다른 타이어 메이커와도 제휴가 확대될 가능성이 있다.
4. 마이크로파 화학사
일본의 스타트업에서 마이크로파 기술의 라이센서 및 공동 사업을 실시하고 있어, 하기 2개의 협동의 사례가 있다. 대상으로는 무기/유기/의약품 등 폭넓은 화학품 제조의 스케일업 실적이 있다. 폐플라의 케미컬 리사이클에 응용한 것이 PlaWaveTM 이며 , 단소재뿐만 아니라 혼합 재료에 대해서도 검증을 진행하고 있다.
① 미쓰비시 케미컬사, 미쓰비시 케미컬 메타크릴레이트사(아크릴 수지)
아크릴 수지인 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)의 케미컬 리사이클 공동 실증에 대해 동사와 협동하고 있으며, 특히 미쓰비시 케미컬사에서는 2024년 가동 설비 건설을 검토하고 있다. 재활용품은 통상품과 같은 수준의 성능을 유지함과 동시에 제조공정에서 CO₂ 배출량을 버진재보다 70% 이상 삭감할 수 있을 것으로 전망하고 있다.
② 미쓰이화학사(재활용이 어려운 ASR이나 SMC)
재활용이 어려운 폐플라스틱인 ASR(자동차 슈레더 더스트)나 SMC(열경화성 시트 몰딩 컴파운드)의 케미컬 리사이클의 실용화에 있어서 동사와 협동하고 있어, Microwave Chemical Corporation의 PlaWave TM 기술을 사용한다. 21년도 안에 벤치설비 검증을 진행해 향후 실증시험을 개시할 예정이다.
폐플라스틱 리사이클의 기대치는, 어떻게 MIX 폐플라스틱을 에너지를 절감하면서 처리하고 고순도로 제품화할 수 있는지에 달려 있다. 공개 정보만으로 판단하면, GR3N사와 마이크로파 화학사가 상업화로의 기술적 리더로 볼 수 있다. 일반적인 가열 프로세스와 비교하면 광범위한 폐플라스틱 종류를 일괄처리하는 수준에는 이르지 않고 있지만, 폐플라 문제에 대해서는 지금까지 상상하지 못한 과제 해결의 노력이 높아지고 있기 때문에 향후 빠른 실증이 진행되고 상업화도 멀지 않을 것이다.
【참고자료】
DEMETO 홈페이지