국내 연구팀이 화력발전소에서 주로 사용되던 순환유동식 공정으로 폐플라스틱을 재활용하고 열 분해유를 대량 생산하는 공정을 개발했다.
한국에너지기술연구원(이하 에너지연)은 황병욱 기후변화연구본부 CCS연구단 책임연구원 연구팀이 순환유동층 공정을 통해 폐플라스틱을 재활용하는 기술을 개발했다고 28일 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 지난 1일 게재됐다.
현재 국내에서는 폐플라스틱을 열분해하는 데 ‘킬른 방식’을 사용한다. 킬른 방식은 원통 안에 폐플라스틱을 넣고 외부에서 열을 가한 뒤 이때 발생하는 유증기를 응축해 열분해유를 얻는 공정이다. 외부에서 지속적으로 열을 공급해야 하는 데다 열분해 후 잔여 폐기물을 반드시 처리해야 해 연속 공정이 불가능하다는 한계가 있다.
연구팀은 이를 극복하고자 ‘순환유동층 공정’을 도입했다. 순환유동층의 핵심은 ‘열의 순환’이다. 순환유동층은 연료를 연소시킬 때 고온으로 가열된 물질이 순환하며 지속적으로 열을 전달하는 연소 방식을 말한다.
먼저 연소 반응기로 가열한 고체입자 상태의 촉매는 공기의 흐름에 따라 열분해 반응기로 이동해 열을 전달한다. 이 과정에서 얻은 열은 투입된 폐플라스틱을 분해하는 데 사용된다. 이후 온도가 낮아진 촉매는 잔여물과 함께 다시 연소 반응기로 돌아온다. 이때 잔여물은 소각되고, 촉매는 소각열에 의해 재가열돼 다시 열분해 반응기로 이동하는 원리다.
연구팀은 “원료 투입에서 열 공급, 잔여물 처리까지 지속적으로 순환하기 때문에 연속 공정이 가능해진다. 촉매가 반응기 안에서 자유롭게 이동하기 때문에 반응기 중심에서 가장자리까지 열을 전달할 수 있다”고 설명했다.
연구팀은 하루 100킬로그램(kg)에 달하는 폐플라스틱 열분해 공정 실험을 통해 폐합성수지, 폐고무, 폐목재 등 고형연료제품(SRF)까지 열분해할 수 있음을 확인했다. SRF를 열분해 얻은 열분해유의 유분 함량은 45%로, 기존 공정에 비해 품질이 2배 높아졌다.
연구를 이끈 황 책임연구원은 “대량 폐플라스틱을 처리해 양질의 열분해유를 생산할 수 있는 핵심 기술”이라며 “우리나라 폐플라스틱 열분해 목표를 달성하는 데 적합한 기술”이라고 밝혔다.
한편 이번 연구는 에너지연의 기본사업으로 수행됐다.