생산기술연구원 연구팀이 폐플라스틱을 열분해해 생산한 열분해유(왼쪽). 열분해유와 합성유를 섞은 블렌딩유(오른쪽). 블렌딩유는 현재 쓰이는 산업용 기어 윤활유 기준을 충족해 조만간 상용화 연구에 돌입할 에정이다. 한국생산기술연구원 제공

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2020년대 초 코로나19 팬데믹 시기를 지나면서 플라스틱 사용이 급증해 환경 문제가 심각하다. 국내 연구진이 버려진 플라스틱을 이용해 윤활유를 생산할 수 있는 방법을 개발해 눈길을 끈다.

한국생산기술연구원 저탄소배출제어연구부문 연구팀은 하루 1t 규모의 폐플라스틱을 연속 투입하고, 생성물을 연속 회수할 수 있는 ‘연속식 열분해 시스템’을 개발했다고 5일 밝혔다. 특히 생성된 열분해유는 산업용 기어 윤활유의 원료로 사용할 수 있는 품질 기준을 충족한 것으로 확인됐다.

열분해는 탄소를 함유한 유기물을 무산소 상태에서 고온으로 분해한 다음 유용한 원료 성분을 만드는 기술이다. 폐플라스틱을 열분해하면 증기가 발생하는데, 이를 냉각·응축하면 열분해유, 왁스, 비응축가스 등을 얻을 수 있다. 특히 열분해유는 플라스틱을 비롯한 다양한 석유화학 제품의 원료로 쓸 수 있어 폐플라스틱 재자원화 기술로 주목받고 있다.

기존 열분해 설비는 원료 처리 후 내부에 쌓이는 고체 잔여물을 제거해야 다음 공정을 진행할 수 있기 때문에 수시로 가동을 중단해야 한다. 가동 중단으로 설비가 식으면 재가열 과정을 거쳐야 하는데, 이 때 끈적한 기름 성분(왁스)이 증가해 설비 내부에 달라붙어 막힘 현상이 자주 발생한다. 이처럼 기존 설비로 생산되는 열분해유는 품질이 일정하지 않다는 점이 문제다.

이에 연구팀은 원료 투입부터 반응, 생성물 회수·정제까지 모든 공정을 멈추지 않고 이어가는 ‘연속식 열분해 시스템’을 구축했다. 이번에 새로 만든 설비는 하단에 나사형 이송 장치와 특수 차단 밸브를 결합한 ‘연속 배출 시스템’을 개발해 외부 공기 유입을 막으면서도 열분해 찌꺼기는 자동 배출할 수 있게 했다. 공정 중 발생하는 비응축가스를 버리지 않고 열원으로 활용해 설비 내부 온도를 일정하게 유지하는 방식으로 왁스의 고착 현상을 막고, 열분해 과정에서 발생하는 증기를 단계적으로 냉각하는 방식을 적용해 끈적한 왁스 성분을 먼저 분리·회수하고, 고순도 열분해유를 선택적으로 얻을 수 있게 했다. 동시에 이전에는 매립 처리되던 찌꺼기를 연속 회수해 활성탄이나 전도성 탄소 물질로 재활용할 수 있도록 했다는 장점도 있다.

연구팀은 이렇게 얻은 열분해유와 합성유를 5대 5로 혼합한 블렌딩유를 만들어, 현재 상용화된 산업용 기어 윤활유 기준과 비교한 결과 모든 물성 기준을 충족하는 것으로 나타났다.

연구를 이끈 신명철 수석연구원은 “이번에 새로 개발한 공정은 멈춤 없는 연속 공정으로 폐플라스틱을 멈추지 않고 처리하면서, 생산된 열분해유를 기어유용 베이스오일로 적용할 수 있음을 확인했다”며 “실증 및 후속 연구를 통해 상용화를 추진할 것”이라고 설명했다.

유용하 과학전문기자



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