폐 플라스틱으로 고부가가치 제품 활용

 

■ 폐 플라스틱으로 고부가가치 제품 활용

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미국의 연구진들이 폐 플라스틱으로 고부가가치 플라스틱 제품을 만들 수 있는 새로운 촉매를 개발했다. 이 촉매를 이용하면 플라스틱 쓰레기가 윤활유를 비롯해 세제, 화장품 같은 고품질 제품으로 바꿀 수 있는 것이다. 미국 에너지국 아르곤 국립 연구소의 화학과학 및 공학 부서 촉매 과학 프로그램 그룹 리더인 막스 델페로는 노스웨스턴 대학, 코넬 대학, 사우스캐롤라이나 대학, 캘리포니아 대학교 산타 바바라 등과 협업을 통해 새로운 촉매를 개발했다고 최근 국제 학술지 'ACS 센트럴 사이언스'에 발표했다.

 

● 연간 4억t의 플라스틱이 쏟아진다.

 

우리는 일상생활에서 플라스틱에 의존한다. 플라스틱 가방이나 병과 같은 편의시설뿐만 아니라, 플라스틱이 사용 가능한 최고의 재료인 식품 포장이나 의료기기 같은 필수 용도에 의존한다. 제조업체들은 급증하는 수요를 충족시키기 위해 현재 전세계적으로 연간 4억t의 플라스틱을 생산하고 있으며, 2050년에는 4배로 증가할 전망이다. 그러나 일회용 플라스틱 4분의 3 이상을 버린다. 쓰레기 매립지나 환경 속에서 처리되지 않은 채 방치된 플라스틱 쓰레기는 분해되는 데 오랜 시간이 걸린다. 일부 폐플라스틱은 재활용되지만, 그 재활용 제품은 대부분 원래 폴리머보다 품질이나 가치가 낮다.

 

● 페로브스카이트와 백금 나노입자로 촉매 개발

 

연구팀은 폐기된 플라스틱을 윤활유나 왁스와 같은 고품질 제품으로 전환하기 위한 촉매 방법을 발표했다. 왁스는 세제와 화장품과 같은 일상 제품들로 가공할 수 있다. 폴리에틸렌 같은 플라스틱은 탄소간 결합이 매우 강해 쉽게 분해되지 않는다. 특히 폴리에틸렌과 다른 폴리오레핀은 촉매변환으로 분해하는 데 어려움을 겪고 있다.

 

연구팀이 개발한 촉매는 2나노미터인 백금 나노입자로 구성돼 있으며, 그 크기는 약 100나노미터에 불과하다. 연구팀이 페로브스카이트를 선택한 이유는 페로브스카이트가 촉매에 필요한 까다로운 온도와 압력에서도 매우 안정적이고 에너지 전환에 매우 좋은 물질로 입증됐기 때문이다.

 

한 물질의 나노 입자를 다른 물질의 더 큰 나노 입자에 축적하는 작업은 어렵다. 연구팀은 이 작업을 위해 아르곤연구소와 노스웨스턴대학에서 개발된 기술인 나노 입자의 크기를 정밀하게 제어할 수 있는 촉매 개발을 위한 원자층 증착 방식을 선택했다.

 

● 개발된 촉매가 유해 물질도 줄였다.

 

연구진은 촉매를 시험하기 위해 플라스틱에서 가장 흔한 성분인 연구 등급 폴리에틸렌으로 시작했다. 촉매는 적절한 반응 조건에서 폴리에틸렌을 높은 수율의 고품질 액체 제품으로 전환시켰다. 다음으로, 그들은 상업용 비닐 봉지로 촉매를 시험했다. 고온에서 가열하는 과정인 열분해에 의해 생성되거나 산화알루미늄 기판 위에 백금 나노입자로 구성된 기존의 촉매를 사용했다. 이 촉매는 순수한 폴리에틸렌 만큼 비닐봉지에 효과적이었고 메탄, 에탄 등 가벼운 탄화수소를 훨씬 적게 생산했다.

 

이론적 계산을 포함한 실험실에서 더 많은 연구를 한 결과, 연구팀은 두 가지 주요 특징이 촉매의 효과에 기여한다는 것을 발견했다. 하나는 나노입자의 입방형태와 지지대 사이의 긴밀한 기하학적 일치로 인해 더 큰 페로브스키이트 입자에 대한 백금 나노입자의 열 안정성이다. 다른 하나는 페로브스카이이트 물질의 비직렬성이다.

 

연구진은 "플라스틱 폐기물 문제를 극복할 수 있도록 도와줄 이 새로운 기술을 발견하게 돼 기쁘다"고 말했다. "우리의 연구결과는 플라스틱 재료로 계속 이익을 얻을 수 있는 미래를 개발하는 데 광범위한 영향을 미친다. 하지만 지속 가능하고 환경과 인간의 건강에 덜 해로울 수 있는 방식이다.“

 

델페로는 "플라스틱 오염은 분명히 큰 문제"라고 덧붙였다. "사방에 플라스틱이 널려 있는 해변에서 휴가를 보내고 싶은 사람은 아무도 없다. 우리의 촉매는 여전히 더 많은 발전이 필요하지만, 우리의 결과는 세계에서 가장 복잡한 문제 중 일부를 해결하려는 국가연구소의 사명에 기여할 것이라고 본다."