마스크 폐기물로 첨단 소재를 만드는 기술이 개발됐다. 폐플라스틱 재활용으로 환경을 보호하고 첨단 산업 발전에도 기여할 것으로 기대된다.
UNIST(총장 이용훈)는 안광진 에너지화학공학과 교수팀이 플라스틱 마스크 폐기물을 열분해해 탄소나노튜브를 만들고, 이것을 리튬이온 배터리 양극 도전재에 적용하는 공정을 개발했다고 18일 밝혔다.
안 교수팀은 '열분해'와 고온에서 탄화수소를 분해하는 '화학기상증착' 두 가지 기술을 순차적으로 활용해 폐플라스틱 업사이클링 탄소나노튜브를 생산했다. 해당 공정은 플라스틱 마스크 폐기물 뿐만 아니라 유사 구조 여러 폐플라스틱에도 적용 가능하다.
폐플라스틱을 열분해하면 분해유와 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등 탄화수소가스가 나온다. 탄화수소 가스는 고부가가치 탄소 소재인 탄소나노튜브(CNT) 합성 원료로 사용할 수 있다. CNT는 우수한 열·전기 전도성에 기계적 강도도 우수해 이미 다양한 산업 분야에서 응용하고 있다.
도전재는 배터리 용량을 결정하는 활물질 사이에서 전자 이동을 촉진하는 물질이다. 탄소나노튜브 도전재는 기존 카본블랙 도전재보다 높은 표면적과 전도성을 지녀 도전재 사용 총량을 줄일 수 있고, 배터리 용량과 수명은 높일 수 있다.
이번 연구개발은 안 교수팀과 이경진 충남대 교수, 서명원 서울시립대 교수가 공동으로 진행했고, 라호원 한국에너지기술연구원 연구원, 박영수 한국탄소산업진흥원 연구원, 임지선 한국화학연구원 연구원, 강득주 제이오 대표가 참여했다.
서명원 교수는 “기존 탄소나노튜브 생산법과 달리 고형 폐기물을 열분해해 생산한 가스를 별도 분리 과정 없이 바로 이용할 수 있다는 것이 이번 연구 성과의 차별점”이라고 설명했다.
이경진 교수는 “탄소나노튜브를 폐플라스틱으로도 생산할 수 있다는 것을 보여준, 폐플라스틱 업사이클링과 활용 연구에 새로운 이정표”라고 말했다.
안광진 교수는 “대학과 연구기관 협업으로 이 같은 성과를 낼 수 있었다. 향후 해당 공정의 스케일업과 산업적 구현 가능성을 파악하기 위해 경제성 및 환경성 평가를 수행할 계획”이라고 밝혔다.
이번 연구는 산업통상자원부 소재부품기술개발-전략핵심소재자립화 기술개발 사업과 과학기술정보통신부 한국연구재단 선도연구센터 집단연구과제(ERC) 지원을 받았다. 연구 성과는 영국왕립화학회 발간 그린 케미스트리(Green Chemistry) 표지(Outside Back Cover)논문으로 실렸다.
울산=임동식기자 dslim@etnews.com