▲ 초임계 유체를 사용한 탈 가교 PEX(가교 폴리에틸렌) 생산 공정 및 펠렛, 성형품

국내 연구진이 재가공이 어려워 버려지던 난방용 파이프를 재활용하는 기술을 개발, 건물 경량화 및 층간소음 방지 제품으로 활용해 탄소중립에 기여할 전망이다.

한국과학기술연구원(KIST, 원장 윤석진) 물질구조제어연구센터 홍순만 박사팀은 산·학·연 협력 연구를 통해 친환경 초임계 유체 공정을 적용한 폐 난방용 파이프의 재활용 기술 개발에 성공했다고 12일 밝혔다.

난방용 파이프(가교 폴리에틸렌 파이프)는 내열성 및 내구성이 높아 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 난방용 파이프를 제조할 때 발생하는 약 10%의 불량품, 스크랩(부산물)과 사용 후 폐기물도 매년 증가하는 추세이나, 열경화성 수지이기 때문에 재가공이 어려워 대부분을 매립 혹은 소각 한다.

연구팀은 연속식 이축 압출 공정에 친환경 초임계 기술을 접목, 선택적 탈 가교 반응을 통해 재생 폴리에틸렌 생산에 성공했다. 초임계 유체는 기체의 확산성과 액체의 용해성을 가져 난방용 파이프 소재인 가교 폴리에틸렌 사이의 결합에 침투해 빠른 탈 가교 반응을 유도하고, 높은 열과 압력을 동시에 적용해 가교 폴리에틸렌의 분자 사슬을 선택적으로 절단할 수 있어 폴리에틸렌 고유의 물리·화학적 특성은 보전한다.

이렇게 생산한 재생 폴리에틸렌은 신재 폴리에틸렌과 유사한 분자량과 물성(분자량 Mw 180,000 이상)을 가져 건물 경량화 및 층간소음 방지용 슬라브 볼과 전선 보호용 CD(Combine Duct)관 제품으로 업사이클링 할 수 있다. 또한 폐 난방용 파이프를 수거해 활용함으로써 원가 절감이 가능하다.

이번 연구성과로 폐 난방용 파이프를 재활용함으로써 이산화탄소 저감이 가능해 2050년 탄소중립 달성에 기여할 수 있다. 또한 초임계 유체를 이용한 공정은 인체 및 대기에 해로운 VOC를 유발하는 유기용매 대신 물이나 알코올과 같은 저독성 용매를 사용한다. 사용 후 추가적인 분리 공정이 없이 용매를 회수할 수 있어 친환경적이기도 하다.

KIST 홍순만 박사는 “본 기술은 원천기술로서 재생 플라스틱의 급격한 물성 저하를 극복할 수 있는 원료(단량체) 재생기술로 확장 적용이 가능하다. 또한 전 지구적 극복과제인 플라스틱 쓰레기 처리 및 미세플라스틱 오염 문제를 해결하는 방안을 제공할 수 있기를 바란다”고 밝혔다.

기술개발에 참여한 ㈜동명 배성규 품질개발실장은 “향후 스케일업 및 제품 양산화 공정을 거쳐 사업화를 추진할 예정”이라고 밝혔다.

한편, 본 연구는 환경부의 지원을 받아 ㈜동명(대표 김창완), 세명대학교 조항규 교수, ㈜그린폴(대표 김명기)과의 협력 연구를 통해 한국환경산업기술원 생활폐기물 재활용 기술개발 사업으로 수행됐다.