플라스틱을 태우지 않고 분해한다? 열분해 기술

플라스틱을 태우지 않고 분해한다? 열분해 기술

대학생신재생에너지기자단 27기 이서영

폐플라스틱 처리 문제

유엔환경프로그램(UNEP)에 따르면 전 세계에서 매년 발생하는 폐플라스틱은 4억톤 수준이지만, 그중 재활용되는 비율은 10%에도 미치지 못한다. 대부분 매립 및 소각되거나 해양으로 유입되며, 이는 생태계 파괴와 기후 위기의 주요 원인으로 지목된다.

[자료 1. 폐플라스틱]

출처 : PIXABAY

그동안 폐플라스틱 처리는 분쇄·세척 후 다시 원료로 사용하는 기계적 재활용이나 소각 방식에 의존해 왔다. 그러나 기계적 재활용은 혼합·오염 플라스틱 처리에 한계가 있고, 소각은 온실가스와 유해 물질을 배출한다는 문제가 있다. 이에 플라스틱을 태우지 않고 분해해 자원으로 되살리는 열분해(Pyrolysis) 기술이 새로운 대안으로 주목받아 왔다.

열분해 공정의 원리

내플라스틱 열분해는 폐플라스틱을 무산소 상태에서 가열해 화학적으로 분해하는 기술이다. 이물질 제거와 파쇄 등 전처리 과정을 거친 뒤 반응기에서 가열하면, 플라스틱을 구성하는 고분자 사슬이 저분자 탄화수소로 분해된다. 이 과정에서 액체 상태의 열분해유, 공정 내 에너지원으로 재사용 가능한 가스, 그리고 탄소 성분의 차르(char)가 생성되며, 생성물은 정제를 거쳐 연료나 화학 원료로 활용된다.

열분해는 고온(400~800℃) 방식과 저온(300℃ 이하) 방식으로 나뉘는데, 지금까지는 고온 기술을 중심으로 개발되어 왔다. 다만 고온 방식은 높은 에너지 소비와 복잡한 후처리 공정 등의 한계가 있다. 이를 보완하기 위해 국내에서는 전북 정읍을 중심으로 저온 열분해 설비가 구축되고 있으며, 열분해유를 정유 공정 원료로 활용하기 위한 품질 고도화, AI 기반 공정 자동화 등 기술 고도화 시도도 이어지고 있다.

생성물의 활용 가능성

열분해 공정의 핵심 산물은 열분해유다. 정제 과정을 거치면 석유화학 제품의 원료로 활용할 수 있으며, 한국화학연구원은 이를 활용해 에틸렌·프로필렌 등 올레핀을 생산하는 기술을 연구 중이며, 이는 기존 나프타 기반 공정 대비 온실가스 저감 효과를 기대할 수 있다.

열분해유는 산업용 연료로도 활용될 수 있으며, 이를 정유 공정에 투입할 수 있도록 관련 법·제도 정비도 진행되고 있다. 또한 공정 중 발생하는 가스는 다시 열원으로 재활용돼 에너지 효율을 높이고, 차르는 탄소 기반 고체 자원으로 활용 가능성이 검토되고 있다. 열분해는 폐기물 처리 과정에서 다층적인 자원 회수를 가능하게 한다는 점에서 차별성을 갖는다.

기존 방식과의 차별점 

기존 기계적 재활용은 품질 저하와 혼합 플라스틱 처리 한계가 뚜렷하고, 소각은 인체에 치명적인 다이옥신, 푸란, 납, 수은 등의 유해 화학물과 온실가스를 대량 배출해 진정한 자원순환으로 보기 어렵다는 평가를 받고 있다.

반면 열분해는 연소를 수반하지 않아 대기오염 물질 배출을 줄일 수 있고, 혼합 폐플라스틱까지 처리할 수 있다는 점에서 기존 방식의 한계를 보완한다. 정부는 2022년 폐기물관리법 시행규칙 개정을 통해 열분해를 재활용 유형으로 인정하고, 2030년까지 처리 비중을 10% 수준으로 확대하겠다는 계획을 밝힌 바 있다.

다만 열분해 역시 에너지 소비와 후처리 문제를 안고 있어 완전한 해결책으로 보기는 어렵다는 지적도 존재한다. 이에 따라 열분해는 물리적 재활용을 대체하기보다 보완하는 자원화 수단으로 접근해야 한다는 목소리가 나온다.

폐기물에서 자원으로, 열분해 기술이 여는 순환경제 

플라스틱 열분해 기술은 폐플라스틱을 연료와 화학 원료로 전환할 수 있는 대안 기술로, 기존 재활용·소각 방식의 한계를 보완할 가능성을 지니고 있다. 특히 열분해유의 석유화학 원료 활용 가능성과 관련 제도 정비는 기술 상용화를 앞당기는 요인으로 평가된다.

다만 공정 효율, 환경성 검증, 경제성 확보 등 과제도 여전히 남아 있다. 열분해가 진정한 순환경제의 축으로 자리 잡기 위해서는 정책 지원과 기술 혁신, 산업계 협력이 함께 이뤄져야 할 것으로 보인다.

열분해에 대한대학생신재생에너지기자단 기사 더 알아보기

1. "[ENTECH 후기] 폐플라스틱에서 고부가가치로, 홀트에너지", 28기 정예빈, https://iksung.tistory.com/113

2. "플라스틱 재활용이라 해도 다 같은 것이 아니다", 23기 김태현, 25기 김해원, 27기 박희원, 28기 민예슬, 이건혁, https://iksung.tistory.com/60

참고문헌 

[폐플라스틱 처리 문제] 

1) 곽대종, ”[미네르바의 눈] 정읍 폐플라스틱 처리 재생유 추출 설비, 국내 고부가가치 재활용은 물론 기술 수출도 모색 중“, 뉴스투데이, 25.12.30, https://www.news2day.co.kr/article/20251228500029

[열분해 공정의 원리] 

1) 김하늬, ”안정성·효율성 갖춘 연속식 열분해, 폐플라스틱 자원화 앞당긴다“, 공학저널, 25.09.08, http://www.engjournal.co.kr/news/articleView.html?idxno=3415

2) 은정진, ”에코크레이션, 폐플라스틱 열분해 유화 플랜트 자동화 추진“, 한경, 26.01.06, https://www.hankyung.com/article/202601063961i

3) 이환규, ”새만금산단 폐플라스틱 열분해 공장 설립 추진에 어민들 반발“, 전북일보, 26.01.05, https://www.jjan.kr/article/20260105500108

[생성물의 활용 가능성] 

1) 강가람, ”최근 석유화학기업 각축장 '폐플라스틱 열분해유' 활용, 기존 기술 한계 극복한다:, KRiCT 한국화학연구원, 24.09.09, https://www.krict.re.kr/bbs/BBSMSTR_000000000687/view.do;jsessionid=3FFAFD15E9AED3F6DD7D5E539ABB9B8F?nttId=B000000104772Tq4sT7&pageIndex=1&pageUnit=10&searchCondition=&searchKeyword=&kind=&cmsNoStr=

2) 손영남, “열적 재활용, 소각과 재활용 사이에서 갈피 못 잡고 ‘비틀’”, 산업경제NEWS, 25.09.10, https://www.biznews.or.kr/news/article.html?no=16261

3) 정종오, ”폐플라스틱 재생유 100% 활용하는 기술 나온다“, 아이뉴스24, 24.09.09, https://www.inews24.com/view/1761035

[기존 방식과의 차별점] 

1) 전지윤, “"1회당 100톤 처리 거뜬... '탈염소 열분해유' 세계가 주목" [시경초대석]”, 시장경제, 25.02.14, https://www.meconomynews.com/news/articleView.html?idxno=108003

2) 환경부, “폐플라스틱 열분해 처리 비중 2030년 10%로 높인다”, 대한민국 정책브리핑, 21.06.21, https://www.korea.kr/news/policyNewsView.do?newsId=148889036