- 혼합 폐섬유로부터 폴리에스터 섬유만을 화학적으로 선별하고 재활용하는 기술 개발
 - 관련 산업에 기술이전, 상용화 설비구축을 통해 ’24년까지 고품질 재활용 원료 시장에 진출할 계획

□ 글로벌 기후변화 위기에 따라 탄소중립 실현과 자원의 순환경제 체계 구축에 대한 노력이 고조되고 있는 가운데, 국내 연구진이

    심각한 환경오염을 일으키는 주범 중 하나인 폐합성섬유를 화학적으로 선별하여 플라스틱 원료인 단량체*로 전환하는 기술을

    세계 최초로 개발하였다.

   * 단량체 : 화학 결합으로 고분자가 될 수 있는 단분자 물질, 플라스틱 제조 원료로 사용됨

  ○ 한국화학연구원(원장 이미혜) 조정모 박사 연구팀은 폐의류 내 염료의 화학적 성질을 이용하여 재활용 원료를 분리할 수 있는

      선별 기술을 개발하였다. 또한 이렇게 선별한 폐합성섬유를 합성 이전의 단량체 원료로 되돌리는 화학적 재활용 기술을 동시에 개발하였다.

  ○ 본 기술은 자연에 버려지거나 소각되었던 폐의류를 화학적으로 재활용하는 자원 순환형 기술로, 이 기술을 활용하여 유색섬유나

      혼방섬유를 합성 이전의 원료로 전환할 수 있어, 의류 폐기물 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있을 것으로 전망된다.

□ 의류산업에 의해 배출되는 온실가스는 지구 전체 배출량의 10%*를 차지한다. 반면 글로벌 의류 생산량은 매년 증가 추세이고,

    대부분 소각되거나 자연에 버려져 환경을 위협하고 있다. 특히, 저렴하고 내구성이 좋아 의류 생산량의 60% 이상을 차지하는

    합성섬유는 플라스틱처럼 잘 썩지 않아 심각한 환경오염을 일으키는 주범 중 하나로 지목되고 있다.

    * UN Climate Change 보도기사(2018.09.06., https://url.kr/x962wt)

  ○ 따라서 섬유산업에서는 폐자원을 재활용하거나 석유 기반 합성 소재를 지속 가능 원료로 대체하는 기술에 대한 관심이

      증가하고 있다. 현재 재활용 원료로부터 생산되는 섬유 대부분(99%)은 투명하고 깨끗한 폐PET병을 원료로 재활용한 것들이다.

  ○ 섬유 폐기물은 별도 수거 방법 없이 여러 재질이 혼합 폐기되고 있어, 재활용을 위해서는 이를 재질별로 분류하는 작업이

      필수적이다. 이러한 작업은 대부분 수작업으로 이루어지거나, 원료 비중에 따라 물에 뜨고 가라앉는 것으로 구분하는 등

      매우 비효율적이며, 분류 후 여전히 각종 이물질*이 포함된 경우가 많아 물리 또는 화학적 재활용에 한계가 있다.

□ 이에 연구팀은 특정 소재에만 선택적으로 작용하는 저가의 화합물을 활용하여 혼합 폐섬유로부터 ‘폴리에스터(PET)*’ 소재만을

    골라내는 ▲‘화학적 선별 기술’과, 분류된 폴리에스터 섬유를 저온 분해하여 합성 이전의 단량체 원료로 되돌리는 ▲‘화학적 재활용

    기술’을 동시 개발하였다.

    * 폴리에스터 : 합성섬유에 가장 많이 쓰이는 소재로, 석유로부터 제조됨

  ○ 연구팀은 단순한 화학적 원리를 이용하여 섬유의 재질을 쉽고 정확하게 구분하는, 매우 경제적이고 획기적인 선별 기술을 개발하였다.

      연구팀이 개발한, 오직 폴리에스터에만 작용하는 ‘추출제’를 혼합 폐섬유에 접촉하여, 색 변화가 일어나는 폴리에스터 섬유을 골라내는

      방식이다.

  ○ 구체적으로 혼합 폐섬유로부터 먼저 ①색이 있는 섬유*만 구분하고, 연구팀이 개발한 추출제를 적용하여 탈색이 일어나는 섬유만을

      폴리에스터로 판별하여 분리할 수 있다. 이때 발생하는 염료 폐액을 ②원래 색이 없었던 섬유**에 적용 시 상기 과정과 반대로 염색이

      일어나는 섬유만을 폴리에스터로 분리하는 방식이 사용된다.

       * 모식도의 ‘I. 탈염료’ 참고 / ** 모식도의 ‘II. 재염색’ 참고

  ○ 이 방식은 오차율이 매우 낮고, 기존에는 분리가 어려웠던 염료까지 제거가 가능해 고품질 폴리에스터 소재만을 선별할 수 있다.

      또한 폐섬유 선별 및 탈염료화 과정에 생분해성 화합물이 사용되고, 사용 후 염료가 포함된 추출제 또한 회수 후 재사용하는 등,

      경제적이고 자연 친화적인 선별기술이다.

  ○ 더불어, 연구팀에서는 유색 폐PET나 폐폴리에스터 섬유를 빠르게 분해하여 고부가 단량체*를 제조할 수 있는 저온 글라이콜리시스**

      반응 기술 개발에 성공했다. 본 기술은 200℃ 이상 고온 조건의 폐PET 분해공정과 달리 150℃의 저온 반응에서도 원료의 구조나 형태에

      상관없이 2시간 이내 완전히 분해할 수 있다.

      * 비스(2-하이드록시 에틸렌) 테레프탈레이트(BHET)

      ** 글라이콜리시스 : 에틸렌글리콜을 반응물로 첨가하여 고분자를 이루고 있는 에스테르 결합을 분해하는 기술

  ○ 이를 화학적 선별기술을 연계하면 반응 및 정제의 부담을 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라 에너지 사용량도 획기적으로 낮출 수 있어,

      기술 상용화에 높은 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 전망했다.

  ○ 화학연 이미혜 원장은 “이번 성과는 그동안 재활용이 어려웠던 저급 유색 폐섬유까지 고품질 단량체 제조를 위한 원료로 적용할 수 있어서,

      의류 폐기물 발생량을 획기적으로 감소시킬 수 있는 자원 순환형 재활용 기술이 될 수 있을 것으로 기대한다.“고 말했다.

  ○ 화학연은 관련 기술을 ㈜리뉴시스템에 이전하여 해중합 설비 구축 및 상용화를 추진하고 있다. 2024년 말까지 PET 처리 기준 연간 10,000톤 규모의

      실증 플랜트 구축을 추진하고 있으며, 2025년부터 본격적인 재생 단량체의 양산 돌입과 함께 세계시장 진출을 위한 초석 마련에 힘쓰고 있다.

  ○ 이번 연구결과는 미국화학회(ACS)에서 발간하는 ACS Sustainable Chemistry & Engineering 저널에 발표되었으며, 창간 10주년을 맞는

      2022년 12월호의 표지논문으로 선정되었다.