한양대 자원환경공학과 권일한 교수팀이 생분해성 플라스틱인 PLA (Polylactic acid)의 폐기물을 자원화하는 기술을 확보했다. 이 기술은 열분해 공정을 통해 PLA 폐기물을 폐기물 이전상태인 PLA 단량체로 효과적으로 전환시킬 수 있을 뿐 아니라 연료로 사용 가능한 가스를 생산시켜, PLA 폐기물의 자원순환 및 대체 연료 생산 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다.

PLA는 생분해된다는 인식 덕분에 3D프린터 필라멘트부터 빨대 등 다양한 산업에서 사용되고 있지만, PLA 폐기물을 생분해하기 위해서는 특정 온도와 습도 조건을 충족해야 하는 어려움이 있었다. 이로 인해 생분해성 플라스틱이 석유 기반 플라스틱과 함께 미세플라스틱의 생성요인으로 여겨지기도 한다. 또한, PLA는 대부분 옥수수와 같은 식량 자원에서 생산되기 때문에 석유 기반 플라스틱에 비해 생산 비용이 상대적으로 높고, 식량 자원을 화학 제품 생산에 사용한다는 윤리적 문제도 제기됐다.

권일한 교수팀은 이런 문제점들을 극복하고자 이산화탄소를 활용한 열분해 공정을 제안했다. 이 공정에서 이산화탄소가 PLA의 열적 분해를 촉진하여 PLA의 단량체로의 회수를 선택적으로 증가시키고, 연료로 사용할 수 있는 가스 또한 생산되도록 하였다.

권 교수는 “PLA 폐기물의 자원화 및 단량체 생산 기술을 통해 앞으로 증가할 것으로 예상되는 PLA 폐기물 처리 및 생산 비용 절감에 기여할 수 있다.“ 라고 이번 연구의 의의를 설명했다.

이번 연구의 후속연구로 권일한 교수 연구팀은 PLA 열적 분해를 통해 생산된 열분해 오일을 활용하여 PLA 단량체 뿐만 아니라 대체 연료 및 고부가가치 화합물 생산 기술을 개발하려는 노력을 기울이고 있다.

이번 연구는 과학기술정보통신부‧교육부‧한국연구재단 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는(논문명: Virtuous utilization of carbon dioxide in pyrolysis of polylactic acid) 화학공학 분야 국제 저명 학술지 「Chemical Engineering Journal」에 6월 15일 게재됐다.

■ 저자정보 : 권일한 교수(교신저자, 한양대), 조성헌 박사과정(제1저자, 한양대), 김유관 박사과정 (공동저자, 한양대), 이상윤 박사과정 (공동저자, 한양대)

질소와 이산화탄소 환경에서 제조된 (a) PLA 폐기물의 열분해 오일의 크로마토그램, (b) PLA 폐기물의 기체, 액체, 고체 생산물 수율 그래프

권일한 교수