플라스틱 순환경제를 위해 재활용에 대한 필요성이 부각되면서, 물리적 재활용과 함께 산업적 활용도가 높은 화학적 재활용에 대한 관심이 커지고 있습니다.

물리적 재활용은 비용이나 에너지 그리고 탄소배출량이 상대적으로 낮아 향후 시장 규모면에서 크게 성장할 것으로 전망되고 있습니다. 그럼에도 국내 석유화학업계가 수조원을 투입하며 '화학적 재활용' 공장을 앞다퉈 짓는 이유는 '원료수급의 용이성'과 '범용성' 그리고 '고부가가치' 때문입니다.

전체 플라스틱 재활용(물리적·화학적) 글로벌 시장 규모는 2020년 대비 연평균 4.5% 증가하여 2030년에는 물리적 재활용 시장은 1,590만톤, 화학적 재활용 시장은 410만톤으로 총 2,000만 톤에 육박할 것으로 예측되며, 특히 화학적 재활용 시장의 성장이 두드러지면서 미래의 플라스틱 재활용 시장을 견인할 것으로 전망됩니다.

게재순서
01. 지구온난화와 탄소중립
1. 국제기후변화협약과 탄소중립
2. 탄소세와 탄소배출권, RE-100과 친환경 소재산업
3. 탄소중립과 지방자치단체
(1) 탄소중립에 앞서가는 지자체의 선택
(2) 탄소중립에 역행하는 지자체의 논리

02. 매립과 소각
1. 2026·2030 종량제 직매립 금지 법안의 함정
2. 탄소중립과 소각, 공존가능한가?
3. 유럽의 소각정책 vs 우리나라

03. 플라스틱과 비닐, 왜 태우나?
1. 플라스틱과 비닐이 석유된다는 사실 아시나요?
2. 폐플라스틱의 화학적 재활용이란 무엇?
3. 친환경 소재산업은 미래의 블루오션
(1) 동원산업과 SK지오센트릭의 아름다운 동행
(2) 페플라스틱 화학적 재활용 클러스터 출범

04. 탄소중립시대와 성주군
1. 역대 최고 매출 성주참외 농업과 탄소중립
2. 탄소중립시대 지자체가 나아가야 할 방향
3. [맺으며] 탄소중립과 성주군의 현명한 선택

폐플라스틱 처리 문제가 전 지구적 주요 과제로 떠오름에 따라, 폐플라스틱을 재사용·재활용하는 순환경제로의 전환을 위해 주요국 중심으로 저탄소 정책 도입과 일회용 플라스틱 규제를 강화하고 있습니다.

기존 플라스틱 처리방식은 단순 매립 및 소각으로 생태계 자체에 부정적인 영향을 주며, 현재의 처리용량으로는 급증하는 폐플라스틱 물량을 처리하기에 한계가 있습니다. 또한 플라스틱 매립의 경우 분해시간이 길고 침출수나 매립 가스 유출로 토양 및 수질오염 등 부정적인 환경 영향을 유발하며 소각의 경우 다이옥신 등 발암물질이 발생합니다.

플라스틱 순환경제를 위해 재활용에 대한 필요성이 부각되면서, <물리적 재활용>과 함께 산업적 활용도가 높은 <화학적 재활용>에 대한 관심이 커지고 있으며 글로벌 재활용시장은 정책환경 조성 및 ESG 기조 확산, 관련 기업투자 증가, 소비자 환경의식 강화 등에 따라 꾸준한 성장과 함께 지속적으로 확대될 것으로 예상됩니다.

물리적 재활용과 화학적 재활용
플라스틱을 사용한 후 물성의 변화 없이 세척하고 분쇄하여 만든 알갱이(펠릿)로 다시 플라스틱을 만드는 방식을 '물리적 재활용'이라고 합니다. 가정에서 깨끗하게 분리 배출한 <맑은 페트병>의 사례가 대표적입니다. 이 양질의 페트병들은 세척 후 잘게 파쇄되어 순도 높은 플레이크로 만들어지며 다시 페트병을 생산하는 원료가 됩니다.

그와는 달리 폐플라스틱에 열을 가해 중간단계의 소재로 되돌리거나 가스나 액화상태의 연료로 활용하는 것을 '화학적 재활용'이라고 합니다. 열분해, 가스화, 해중합 등이 이에 해당합니다.

물리적 재활용은 비용이나 에너지 그리고 탄소배출량이 상대적으로 낮아 향후 시장 규모면에서 크게 성장할 것으로 전망되고 있습니다. 그럼에도 국내 석유화학업계가 수조원을 투입하며 '화학적 재활용' 공장을 앞다퉈 짓고 있는 이유는 '원료수급의 용이성'과 '범용성' 그리고 '고부가가치' 때문입니다.

화학적 재활용은 기본적으로 원료를 확보하기 쉽다는 게 강점입니다. 폐플라스틱 가운데 색깔이 있거나 이물질이 묻어 있고, 선별하기 어려운 비닐 등은 물리적 재활용이 불가능합니다. 그러나 열을 가해 화학적으로 처리하면 기름(Oil)으로 환원되어 난방용 연료로 활용할 수 있는 것입니다.

이렇게 만들어진 열분해유는 원유와 희석해 휘발유·등유·경유로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 플라스틱의 기초원료인 나프타를 생산할 수 있을 정도로 범용성이 높습니다. 향후 플라스틱 제품 생산업체들의 저탄소 인증제품에 대한 수요가 폭발적으로 늘어날 것이 예상되면서 활용가치가 주목받고 있는 이유입니다.

독일 화학기업 바스프(BASF)에 따르면 폴리에틸렌(PE) 1톤 생산할 때 원유로 제품을 만들면 이산화탄소가 1,894kg 발생하지만, 열분해유를 활용하는 경우 플라스틱 폐기물의 매립·소각을 방지할 수 있어 이산화탄소가 오히려 447kg 저감되는 효과가 있다고 발표하였습니다.

SK지오센트릭은 2021년 화학적 재활용을 통한 재생 나프타로 국제 저탄소 공인인증(ISCC, International Sustainability & Carbon Certification)을 획득했으며 이를 기반으로 연매출 19조원 규모의 글로벌 포장재 기업 암코(Amcor)와 열분해유 원료로 제작한 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP) 공급협약을 체결했다고 발표한 바 있습니다.

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화학적 재활용 - 열분해·가스화·해중합

폐플라스틱을 전환하는 방식 및 생성물에 따라 열분해, 가스화, 해중합으로 구분할 수 있습니다.

 
(1) 열분해
300~400℃(시스템특성에 따라 600℃)의 무산소 조건에서 플라스틱의 고분자 사슬을 붕괴시켜 유용한 단량체 화합물로 전환하는 화학반응으로 가스·액상 오일을 생산하는 기술이며, 후처리를 통해 석유화학 공정에 투입 가능합니다.

비교적 간단한 공정으로 열분해 시간과 온도 조절을 통하여 재생원료의 품질과 수율을 변화할 수 있으며, 투입되는 플라스틱의 상태에 따라 생성물의 품질이 좌우되는 등 원료 유연성은 낮은 편이나 해중합 기술로 분해할 수 없었던 첨가 중합체(PE, PP 등), 혼합 및 다층 플라스틱 등 열가소성 플라스틱에 적용 가능합니다.

 
(2) 가스화
가스화 반응은 일반적으로 산소(또는 공기)와 증기가 석탄 또는 기타 공급 물질과 직접 접촉하여 고온·고압용기인 가스화기에서 불완전 연소를 통해 일어나며, 이를 통해 합성가스 및 재와 슬래그가 발생하는 일련의 화학반응을 의미합니다.

폐플라스틱이 고온(800~1300℃)의 가스화기 내로 투입되면 열분해 반응에 의해 수분 및 휘발성분이 순간적으로 탈휘발되며, 휘발분과 차르(Char)는 가스화 반응을 통해 합성가스(H2, CO, CO2, CH4)와 탄화수소가 생성됩니다.

폐기물의 가스화는 환경 문제인 폐기물의 근본적인 처리뿐만 아니라 소각 등을 통해서 발생하는 주요 공해 물질인 유해가스(SOx 와 NOx)가 발생하지 않는 장점이 있습니다.

(3) 해중합

고분자가 형성되는 과정인 중합과정을 역행하는 것으로 폐플라스틱을 반응기에 투입하여 용매와 함께 촉매 하에서 원재료인 단량체로 전환하는 기술입니다.

페트(PET), 폴리아마이드(polyamide) 및 폴리우레탄(PU)과 같은 축합 중합체(condensation polymer)에만 적용 가능하며, PE, PP, PVC와 같은 첨가 중합체(addition polymer)에는 적용할 수 없습니다.

열분해와 가스화보다 에너지 소비가 적으며, 기존 고분자 생산라인에 통합할 수 있어 고분자 생산 비용 절감 효과가 크며 주로 촉매가 이용되므로 중금속과 같은 오염물질에 민감한 편입니다.

화학적 재활용 - 글로벌 기술산업 동향

플라스틱의 재생원료 사용이 의무화되는 국제 동향에 따라 석유화학사 및 정유업체를 중심으로 대규모 투자사업이 진행 중이며 원천기술을 보유한 해외기업 중심으로 고도화 및 상용화를 위한 기술개발이 활발히 이루어지고 있습니다.

유럽화학협회에 따르면 상용화를 위하여 개발 중인 공정은 회분식 열분해, 가스화, 글리콜 첨가분해 등이며, 원천기술 개발 중인 공정은 연속식 열분해, 플라즈마 열분해, 마이크로파 열분해, 플라즈마 가스화, 가수분해, 메탄올첨가 분해반응 등입니다.

전체 플라스틱 재활용(물리적·화학적) 글로벌 시장 규모는 2020년 대비 연평균 4.5% 증가하여 2030년에는 물리적 재활용 시장은 1,590만톤, 화학적 재활용 시장은 410만톤으로 총 2,000만 톤에 육박할 것으로 예측되며, 특히 화학적 재활용 시장의 성장이 두드러지면서 미래의 플라스틱 재활용 시장을 견인할 것으로 전망됩니다.

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