- 누적된 미세플라스틱과 폐기물 증가로 생태계 위협

- 열가소성 플라스틱(Thermoplastic)은 이론적으로 재활용이 가능, 열경화성 플라스틱(Thermosetting)은 재활용이 어려워 매립/소각으로 처리됨

- 플라스틱 재활용 방법은 (1) 물리적, (2) 화학적, (3) 열적 재활용 방법으로 구분

- 화학 기업들은 화학적 재활용을 통한 순환경제를 구축하려는 연구개발 및 기업간 제휴 사례 다수 발생

Mechanical Recycling: 분류/세척/분쇄 등의 물리적인 공정만으로Recycled 플라스틱 생산, 투자비가 낮으나 완벽한 이물 제거가 불가능, 저 품질 플라스틱 재생산 방식

Chemical Recycling: 물리적 공정과 화학적 분해반응을 통해 TPA/DMT/EG등Monomer를 생산, 투자비가 크나 고품질 플라스틱 생산 가능

- PET은 대표적으로 리사이클이 잘되고 있는 플라스틱 소재

- 브랜드 오너들의 리사이클 니즈는PCR활용, PCR 비중을10~30%로 높여 제품을 공급하기

- PET의 사용 후 수거/선별/세척/분쇄/압출/고상중합이MR 이후 분해반응/정제는CR에 해당

- PET 리사이클 시장은 브랜드 오너들의 강한 수요에 기반. 미국/유럽 중심으로 리사이클 회사 다수 포진

- r-PET 시장 규모는 전세계8조원 수준. PET 재활용 양은 유럽/미국이 앞서고, 재활용률은 한국 일본이 높음

- 용도는 병의 비율이 유럽/일본/미국20% 이상, 한국은 80% 이상 섬유에 활용

- Science Advanced의 조사 자료는1950~2015년 총 생산된 플라스틱 규모는83억톤 이후 폐기물 플라스틱은 58억톤, 재활용된 플라스틱규모는 5억톤(8.6%)에 불과

- 플라스틱 재활용의 당위론 등장 → 최대 수요 국가 중국의 폐플라스틱 수입중단, EU의 플라스틱 규제 등

- 폐플라스틱은 물질회수, 연료화 및 유화환원으로 재활용이 가능하며, 현재 시장구조상 중소 업체가 난립 중이어서, 중장기적으로 대형 업체 위주로 재편될 가능성이 높으며 신규 업체 진입은 어려움

- 유화환원(에너지 형태) : 폐플라스틱을 화학적으로 분해 후 다시 원료/유류로 환원

- 플라스틱은 강한 내구성과 부식성과 좋은 가공성과 가격부담 또한 적어 다방면에서 사용 중

- COVID-19의 역설적 수요 항목으로 포장용 플라스틱/마스크 필터 등이 포함되며 꾸준한 수요 증가 시현

- 플라스틱 시장 성장으로 폐플라스틱 발생량 또한 급증 → 폐플라스틱은15년 대비 18년+30% 증가 폐플라스틱의 증가률은 가연성 폐기물 증가률(8%) 대비 높은 편

- 최근 친환경/CO2에 높아진 사회적 공감대에 따라 석유화학 및 관련 기업들은 플라스틱 순환 경제를 구축하는 움직임 가속화

- 폐기물 플라스틱의 규제 대상 제품은PE, PP, PET, PVC, PS 등

- 주요 선진국들은 플라스틱의 생산-유통-소비까지의 전체 Value-chain에 대한 처리 규정 강화

- EU: 22년 면봉 등 일부 품목 판매 금지 → 25년Pet병 생산에 재활용 소재25% 이상 포함

- 중국: 21년 플라스틱 포장용기 생산/판매 금지 → 26년 분해가 어려운 비닐/포장 플라스틱 사용 금지 해당 규제 위반에 최대 10만위안의 벌금 부과 등으로 규제 강화 중

- 한국: 19년 일회용 비닐봉투 사용 금지 → 22년 전 업종으로 규제 확대

열분해유의 고급화와 정제 공정 원료화

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- 열분해로 생성된 오일의 품질을 높여 납사 공정의 원료로 사용하기 위해서는 정제 , 안정화 , 탈취 , 탈색 등의 기술 적용을 통한 열분해 오일의 고급화가 필요하다.

- 열분해유는 혼합 유기물의 전처리 과정 , 용융 과정에서의 염소 성분 제거 , 슬러지 처리 등의 공정을 거치며 유해 성분 함량이 전반적으로 감소되었지만 완벽하게 제거하기에는 한계가 있다.

- 결국 혼합 유기물의 열분해에 의해 최종 생성되는 혼합유에는 염소, 황, 질소 등 불순물이 포함되어 있어 저급 오일로 분류 산업용 보일러, 저급 디젤유 등에 주로 사용되어 왔다.

- SK이노베이션은 2021 년 9 월부터 제주클린에너지로부터 열분해유를 공급받아 수소첨가반응 기술로 열분해유를 후처리 한다

- GS칼텍스는 여수공장 석유정제공정의 원료로 열분해유를 투입 , 프로필렌을 생산하고 이를 다시 석유화학공정의 원료로 사용 폴리프로필렌 등의 제품을 생산한다

- 현대오일뱅크는 2021 년 11월부터 열분해유를 정유 공정에 투입하며 실증 연구를 수행했으며 2023 년부터는 열분해 ( 에서 열분해유를 생산 , 자회사인 현대케미칼에 공급할 예정이다 .

1) 플라스틱 폐기물 (용기류·필름류)

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- 2020 년 국내에서 발생한 폐기물은 1 억 9,500 만톤이다.

- 이 중 플라스틱 관련 폐기물은 1,103 만톤으로 전체 폐기물의 약 5.6% 를 차지했다.

- 플라스틱 폐기물 발생 비중은 생활계폐기물 40%, 사업장 폐기물 54.5%, 건설폐기물 5.3% 이다.

- 한국환경연구원에 따르면 , 열분해 기술을 이용한 폐플라스틱 처리량은 2019 년 13,780톤에서 2021 년 27,080 톤으로 , 열분해유 생산량은 2019 년 4,163 톤에서 2021 년 8,617톤으로 모두 약 2배 증가하였다.

- 앞서 언급한 지자체의 열분해 시설 확충, 석유 화학업체의 신규 진입을 고려하면 폐플라스틱 처리량과 열분해유 생산량은 앞으로도 증가할 것으로 전망된다

2) 열분해 공정 구성

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① 원료 공급 시스템

원료를 투입할 때 내부 가스의 누출과 외부 공기의 유입을 제한하여 악취 발생이나 폭발의 위험을 방지하도록 스크루 컨베이어 (Screw Conveyor), 로타리 밸브 (Rotary Valve) 가 사용된다

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② 용융공정

고체상태인 폐유기물을 액체 상태로 바꾸어 이송 , 가열 등을 효과적으로 하고 , 원료 중에 포함된 PVC 로부터 염소 성분과 비중이 큰 무기물을 제거하는 공정이다. 가열 온도는 300 ~ 350℃, 체류 시간은 3~4시간이며 전기 가열, 직화, 열풍 가열 등의 방법이 사용된다

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③ 열분해 반응 공정

용융된 고분자 유기 폐기물을 가열을 통해 저분자 물질로 분해시키는 공정이다 . 반응기의 형태는 교반형 반응기 (CSTR, Continuous Stirred Tank Reactor), 관형 반응기(PFR, Plug Flow Reactor), 유동상 반응기 (FBR, Fluidized Bed Reactor) 및 Kiln 반응기 (KR, Kiln Reactor) 4 가지가 있으며 , 분해가 덜 된 왁스 성분을 줄이기 위한 방법으로 후단에 촉매접촉분해 반응기를 설치하기도 한다

1) 열분해 유화 정의

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- 열분해 pyrolysis는 그리스어에서 파생된 pyr(불), lysis(분리)의 합성어로, 산소가 없는 조건에서 유기성 고분자 물질을 저분자 물질로 분해하는 것을 의미한다.

- 열분해 유화는 무산소 조건인 반응기 외부에서 유기성 고분자 물질을 400 ~550℃ 중·고온으로 가열하여 분자의 탄소 사슬을 끊기 때문에 연소 소각 와 같이 다이옥신 등 유해물질이 발생하지 않아 친환경 기술로 분류된다.

- 플라스틱, 고무 , 타이어 , 합성수지 등을 원료로 하며 플라스틱 종류에 따라 열분해가 일어나는 온도가 다르다.

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화학적 재활용 (Chemical Recycling)

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- 화학적 재활용은 열적 분해 또는 화학 반응으로 폐유기물을 오일과 가스로 분해하고 연료 및 화합물 원료 등으로 활용하는 방법으로 물리적 재활용의 한계를 해결할 수 있는 해결책이다.

- 모든 화학적 재활용은 종류별 고도분리작업이나 오염된 폐기물에 대해 민감하지 않다는 장점이 있으나 , 해중합의 경우 경제성 측면에서 상용화까지 시간이 더 필요하다는 점, 용매추출의 경우 정제 과정에서 액상 유독 폐기물이 발생한다는 단점이 존재하기 때문에 경제성, 지속성 등을 고려한다면 화학적 재활용 내에서도 열분해 가 가장 합리적인 방법이라 판단한다.

- 열분해 내에서도 온도와 산소 주입 여부, 생성물 등에 따라 탄화, 유화 , 가스화로 나뉠 수 있다

- 이 중 고분자 폐기물이 보유한 에너지 잠재량을 부가가치가 높은 연료유의 형태로 변환시킬 수 있는 유화 공정 위주로 꾸준히 연구개발이 진행되어 왔으며, 현재 상업화를 위한 노력이 전개되고 있다