플라스틱 폐기물로 액체 연료 만든는데 60분

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-05-20 23:03:02
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* 폴리에틸렌 플라스틱 폐기물을 1시간 만에 등유로 재생산
* 프로세스는 220도 에서 수행돼 비교적 적은 에너지 사용
* 빠르고 비교적 쉽게 재활용할 수 있는 새로운 가능성 열어

플라스틱 폐기물로 등유 및 원료 재생산
새로운 공정으로 단 1시간 만에 폴리머를 액체 연료로 전환


화학적 재활용 :
연구원들은 폴리에틸렌 플라스틱 폐기물을 단 1시간 만에 등유와 같은 액체 연료로 전환하는 공정을 개발했다. 이것은 긴 사슬 중합체를 분해해 등유 및 기타 연료의 전형적인 짧은 하이드로 체인을 생성하는 루테늄-탄소 촉매에 의해 가능하다. 이 과정은 이미 220도에서 일어나므로 과학자들이 보고한 바와 같이 비교적 적은 에너지가 필요하다. 

▲ 화학적 재활용을 통해 폴리에틸렌 플라스틱 폐기물에서 새로운 연료, 윤활유 또는 기초 화학 물질을 얻을 수 있다.

세계는 플라스틱 폐기물로 질식하고 있다.
지금까지 전체 플라스틱 폐기물의 20%도 재활용되지 않았기 때문이다. 혼합된 플라스틱도 재활용할 수 있는 화학 공정이 부족하며 단일 출처 플라스틱을 사용하더라도 가능성은 여전히 ​​제한적이다. 그러나 현재 미생물, 효소 또는 특수 촉매가 플라스틱 폐기물을 분해해 다른 곳에서 사용할 수 있는 탄화수소로 전환하는 유망한 접근 방식이 있다.
▲ 폴리에틸렌 분말

플라스틱에서 연료까지 60분 만에

홍페이 린(Hongfei Lin)이 이끄는 시애틀 워싱턴 주립 대학의 연구원들은 이제 새로운 접근 방식을 제시하고 있다. 지금까지 몇 년 동안 폴리에틸렌과 같은 플라스틱을 화학적으로 분리하여 더 짧은 탄화수소 사슬로 분해할 수 있는 탄소 함유 촉매를 실험해 왔다. 그들은 이미 플라스틱에서 항공 연료 등유를 생산하는 데 성공했다. 그러나 이 방법은 화학적 재활용이 고온과 오랜 시간을 필요로 한다는 사실에 어려움을 겪었다.

최근 팀은 220도의 비교적 온화한 온도에서 실행되고 1시간 밖에 걸리지 않는 방식으로 프로세스를 최적화했다. 폴리에틸렌의 90%는 길이가 8~16개의 탄소 원자 사슬로 분해되어 항공기 연료 혹은 윤활유에 일반적인 단위로 나뉜다. 따라서 이 공정을 적용하는 것은 폐폴리에틸렌 및 유사한 폴리머에서 고품질 제품을 생산하는 유망한 접근 방식이 될 수 있다고 연구원들은 말한다.
▲ 폴리에틸렌 구조식

사슬 분리자 루테늄

이 빠르고 상대적으로 효율적인 폴리에틸렌 분해는 수소 가스와 용매, 특수 촉매를 추가하여 가능하다. 그것은 탄소 표면에 분포된 루테늄 나노 입자로 구성된다.
"이 루테늄 촉매는 C-C 결합을 끊을 수 있는 것으로 알려져 있다"고 Lin과 그의 팀은 설명한다.

이 분해를 최적화하기 위해 과학자들은 먼저 일반적인 유기 용매인 n-헥산에 폴리에틸렌을 용해 시켰다. 그런 다음 이 용액을 촉매에 첨가하고 모든 것을 가열하고 30bar 압력에서 수소 가스를 주입했다. 처음 1시간 이내에 촉매가 폴리머 사슬을 매우 효율적으로 분열돼 이 과정 후에 플라스틱의 90%가 연료로 사용될 수 있는 액체 탄화수소 사슬로 전환된다는 것이 밝혀졌다.
Lin과 그의 팀은 “우리는 액체상에서 발생하고 고밀도 폴리에틸렌을 선택적으로 중합을 해체시키는 효율적인 가수 분해 과정을 입증했다"고 말했다.

▲ 현재 미생물, 효소 또는 특수 촉매가 플라스틱 폐기물을 분해해 다른 곳에서 사용할 수 있는 탄화수소로 전환하는

유망한 접근 방식이 있다


화학 재활용이 더 빠르고 저렴해지고 있다.

연구팀에 따르면 이 방법은 폴리에틸렌과 같은 플라스틱 폐기물을 화학 산업의 연료, 윤활제 또는 원료로 빠르고 비교적 쉽게 재활용할 수 있는 새로운 가능성을 열어준다.
큰 장점은 공정이 낮은 열에서 짧은 시간에 이루어지기 때문에 상대적으로 에너지 소비가 적다는 것이다. 이것은 재활용에 드는 노력과 비용을 줄여준다.

Lin은 "재활용 산업에서 재활용 비용이 핵심 요소다"고 설명했다. “따라서 이 작업은 새로운 기술을 상용화하는 데 중요한 돌파구다.”
또한 긍정적인 것은 테스트 결과 촉매의 효과가 첫 번째 반응주기 후에 약간 마모됐지만 안정적으로 유지되는 것으로 나타났다. 따라서 반복해서 사용할 수 있으며 비용과 원자재도 절약된다.

연구원들이 설명했듯이, 공정 조건을 변경해 공정을 조정할 수도 있다.
예를 들어 등유 대신 유기 윤활제 또는 기타 탄화수소가 생성된다. Lin은 "시장에 따라 특별히 필요한 제품을 만들 수 있다. 유연성이 있다”고 말했다.
(Chem Catalysis, 2021; doi : 10.1016 / j.checat.2021.04.002)
출처 : Washington State University

[더사이언스플러스]

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