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(왼쪽부터)고려대의 권태은 박사과정(제1저자), 안서영 석박사통합과정(제1저자), 원왕연 교수(교신저자), 노인수 교수(교신저자). (사진=고려대) |
기존 폐플라스틱 재활용 방식 중 하나인 수소화 분해는 플라스틱 분자를 쪼개기 위해 외부에서 고압의 수소 가스를 주입해야 한다. 이때 쓰이는 산업용 수소 대부분이 화석 연료를 원료로 하는 ‘그레이 수소’인데 생산 과정에서 다량의 이산화탄소가 배출된다. 환경을 위해 플라스틱을 재활용하는 과정에서 이산화탄소가 나오는 모순이 발생하는 것이다.
연구팀은 이러한 한계를 극복하기 위해 액상 유기 수소 운반체(Liquid Organic Hydrogen Carriers, LOHCs)인 ‘데칼린(Decalin)’을 활용한 ‘탠덤(Tandem) 촉매 전략’을 고안했다. 데칼린에서 수소를 추출하는 ‘탈수소화(Dehydrogenation)’와 폴리에틸렌에 수소를 공급하는 ‘수소화 분해(Hydrocracking)’를 동시에 구현하는 시스템이다. 데칼린에서 추출한 수소를 별도의 저장이나 운송 과정 없이 즉시 플라스틱 분해 반응에 사용하는 방식이다. 뿐만 아니라 연구팀은 수소를 추출하고 공급하는 두 과정을 최적화하는 별도의 촉매도 개발했다.
그 결과 연구팀은 폐플라스틱의 90% 이상을 분해하는 성과를 거뒀다. 특히 생성물의 70% 이상이 즉시 활용 가능한 고부가가치 액체 연료인 가솔린(휘발유)와 항공유로 구성됐다.
이러한 ‘원스텝 탠덤 공정’으로 친환경성과 시장 경쟁력도 동시에 확보했다. 외부 수소를 주입하는 기존 방식과 비교해 온실가스 배출량을 낮췄고 지구온난화지수도 원유 기반 가솔린 생산 대비 약 57% 수준까지 절감했다. 최소 연료 판매 가격은 1갤런당 약 3.5달러다.
연구팀은 “이번 연구로 수소 생산의 탄소 발자국 문제와 플라스틱 폐기물 문제를 동시에 해결할 수 있는 지속 가능한 업사이클링 경로를 제시했다”며 “이는 플라스틱 순환 경제 구축을 앞당기는 핵심 기술이 될 것”이라고 말했다.
