서울시립대학교는 이 대학 환경공학부 소속 서명원 교수 연구팀이 폐플라스틱 열분해유를 활용해 고순도의 합성가스를 생산하는 가스화 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

연구팀에 따르면 이 기술은 폐기물 재활용의 한계를 극복하고 새로운 에너지 자원을 창출하는 데 중요한 전환점이 될 것으로 기대된다.

연구팀이 개발한 ‘혼합폐플라스틱 열분해유의 분류층 가스화 및 불순물 제거 공정’은 폐플라스틱을 열분해한 뒤 가스화해 불순물을 제거하고 고부가가치 합성가스를 생산하는 방식이다.

최근 정부에서는 폐기물 에너지화 목표량(연간 170만 톤 CO2)을 달성하기 위해 연간 약 100만톤의 폐기물을 열분해/가스화를 통해 처리해야 한다고 밝혔다. 2022년 기준 열분해를 통한 폐기물 처리량이 2~3만 톤임을 감안하면 관련 시장 규모는 2050년까지 약 50배 가량 증가할 것으로 보인다.

또한 환경부와 산업통상자원부가 마련한 ‘한국형 순환경제 이행안’에서는 폐플라스틱 열분해 처리 비중을 2020년 1%에서 2030년 10%까지 확대하고, 현재 연료 중심의 열분해유 생산을 원료 중심으로 전환하도록 하는 계획을 발표했다.

하지만 폐플라스틱 열분해유는 높은 불순물 함량으로 인해 산업적으로 활용하기 어렵다는 문제가 지속적으로 제기돼 왔다. 이를 해결하기 위해 서명원 교수 연구팀은 한국에너지기술연구원 라호원 기후변화본부장 연구팀과 협력해 폐플라스틱 열분해유의 활용도를 높이기 위한 가스화 공정을 제시했다.

연구팀은 지난 2023년 출연(연) 테크노믹스 오디션에서 ‘폐플라스틱 에너지 생산 플랜트’팀으로 대상을 수상하며, 폐자원 에너지화 분야에서 긴밀한 협력 관계를 구축했다.

해당 기술은 폐플라스틱을 선별하고 수소연료 또는 화학원료로 전환할 수 있는 통합플랜트에 관한 것으로, 환경문제와 에너지 수급을 동시에 해결할 수 있는 아이디어로 심사위원들에게 호평을 받았다. 이번 연구는 이에 대한 후속 연구로, 서 교수 연구팀은 해당 기술을 랩 스케일(laboratory-scale)로 구현하고 효율적인 운영이 가능한지 확인했다.

연구팀은 1 kg/h 규모의 랩 스케일 분류층 가스화기를 제작하고, 불순물 흡착 장치 및 실시간 모니터링 시스템을 구축했다.

논문의 제 1저자인 안태휘 석사과정 생은 “분류층 가스화장치가 입학 후 연구실에서의 첫 장치 제작이라 어려움이 많았다”면서 “수많은 시행착오를 통해 장치의 안정적인 운영과 안전한 실험 환경을 조성했다”고 말했다. 이어 “이 장치를 통해 폐플라스틱 열분해유의 가스화 특성과 최적의 운전 조건을 분석했다”면서 “후속 연구를 통해 합성 가스 내 불순물 저감 효율을 높이는 연구를 진행할 계획”이라고말했다.

서명원 교수는 “이번 연구로 저급 폐플라스틱 열분해유를 고부가가치 합성가스로 전환할 수 있는 가능성을 제시했다”며 “생산된 합성가스는 추가 공정을 거쳐 수소, 메탄올, 대체천연가스(SNG), 지속가능항공유(SAF)와 같은 고부가가치 연료로 활용될 수 있다”고 밝혔다.

공동 연구를 진행한 라호원 본부장은 “이번 기술 개발은 폐기물 문제 해결과 지속가능한 에너지 전환을 동시에 이룰 수 있는 중요한 진전”이라고 말했다.

이번 연구는 한국연구재단 중견연구 과제의 지원으로 진행됐으며, 연구 결과는 환경공학 및 화학공학 분야의 국제 학술지 Journal of Environmental Chemical Engineering 2024년 12월호에 게재됐다.