에기硏, 연속식·대규모 폐플라스틱 열분해 공정 개발

한국에너지기술연구원(이하 에기연)은 CCS연구단 황병욱 박사 연구팀이 순환유동식 공정을 적용해 폐플라스틱의 재활용과 대량의 열분해유 생산을 가능하게 할 공정을 개발하는 데 성공했다고 28일 밝혔다.

(왼쪽부터) 김대욱 기술원, 황병욱 박사, 최유진 기술원, 장재준 학생연구원. 한국에너지기술연구원 제공

에기연에 따르면 세계 각국은 늘어나는 폐플라스틱을 처리하기 위한 친환경적 처리 방식으로 열분해 등 재활용 기술에 주목하고 있다. 최근 한국 정부도 2030년까지 플라스틱 열분해 처리 비중을 연간 1만t에서 90만t으로 확대한다는 계획을 발표했다.

현재 국내에서 폐플라스틱을 열분해하는 과정에 킬른 방식을 사용한다. 킬른 방식은 원통 안에 폐플라스틱을 넣은 후 외부에서 열을 가해 발생되는 유증기를 응축시켜 열분해유를 얻는 공정이다. 공정 설계가 간단한 이점은 있지만, 원통이 커질수록 외부에서 내부 중심까지 열전달이 어려워 대형화하는 데는 한계가 따른다.

특히 킬른 방식은 일평균 20t 이하의 플라스틱만 처리할 수 있다. 이는 정부가 목표로 하는 연간 90만t의 열분해 처리를 달성하기에는 턱없이 부족한 수치다. 또 외부에서 지속적인 열 공급이 필요한데다 열분해 후 잔여 폐기물 처리를 마쳤을 때 다시 공정을 시작할 수 있어 연속 운전이 불가능한 것도 단점으로 꼽힌다.

이에 연구팀은 기존 공정의 한계를 극복하기 위해 순환유동층 공정을 적용, 폐플라스틱을 재활용하는 기술을 개발했다. 순환유동층 공정은 연료를 연소시킬 때 고온으로 가열된 모래 등 열 매체가 순환하면서 지속적으로 열을 전달하는 연소방식이다. 연구팀은 이러한 방식의 공정을 폐플라스틱 열분해에 세계 최초로 적용해 기존 공정의 한계인 연속 공정과 대형화를 가능케 했다.

개발된 공정의 핵심은 열의 순환이다. 연소 반응기에서 가열된 고체입자 상태의 촉매는 공기의 흐름에 따라 열분해 반응기로 이동해 열을 전달한다. 여기서 얻어진 열은 투입된 폐플라스틱을 열분해하는 데 사용된다. 이후 온도가 낮아진 촉매는 잔여물과 함께 다시 연소 반응기로 돌아온다. 이 과정에서 발생한 잔여물은 소각되며, 촉매는 소각열에 의해 재가열한 후 다시 열분해 반응기로 이동시켜 폐플라스틱을 열분해하는 원리다.

이 공정을 활용하면 원료 투입에서 열 공급과 잔여물 처리까지 지속적으로 순환하는 것이 가능해져 연속 공정이 가능하다. 무엇보다 촉매가 반응기 안에서 자유롭게 이동하는 덕분에 반응기 중심에서 가장자리까지 열을 고르게 전달할 수 있고, 대형화할 수 있는 이점이 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 실험을 통해 하루 100㎏의 폐플라스틱을 열분해하는 공정에서 플라스틱은 물론 생활 폐기물로 제조된 고형연료제품(SRF, 폐합성수지·폐고무·폐목재 등 폐기물을 발전소 등의 연료로 사용할 수 있게 제조한 제품)까지 열분해할 수 있다는 것을 확인했다.

에기연 황병욱 박사는 “폐플라스틱을 포함한 폐기물을 연속적으로 열분해 처리할 수 있는 시스템을 설계하고, 이를 구현할 수 있는 기술을 개발했다는 것이 이번 연구의 가장 큰 의의”라며 “연구팀이 개발한 기술은 대량의 폐플라스틱을 처리할 수 있고, 양질의 열분해유 생산이 가능한 열분해 핵심 기술로 국내 폐플라스틱 열분해 목표 달성에 매우 적합한 기술로 주목받게 될 것”이라고 말했다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr