폐페트병 활용한 CO2 포집 기술 도입 시 달성 가능한 UN 지속가능발전목표(SDGs)/고려대학교 제공
고려대학교 생명과학대학 환경생태공학부 옥용식 교수와 홍콩시티대학, UNIST 등의 공동 연구팀이 폐PET병을 열분해하여 CO2를 포집·활용하는 기술을 개발했다.
폐플라스틱에서 CO2를 분리·저장하는 비용을 획기적으로 낮추고 폐플라스틱를 재활용해 플라스틱 오염 문제도 해결할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
연구팀은 폐PET병을 열분해하여 생성된 다공성 물질에 물리·화학적 활성화 과정을 거쳐 이른바 ‘폐 PET 플라스틱 유래 다공성 탄소(WPDPC)’를 제작했다.
처리 조건을 달리해 3종의 다공성 탄소, PET6-CO2-9, PET6-K7, PET6-KU7을 합성했으며, CO2 포집을 향상시키기 위해 표면에 질소 성분을 첨가했다.
최종 생산된 다공성 탄소의 기공(지름 0.8 nm 이하)은 CO2를 흡착하는 역할을 한다.
다공성 탄소는 산업 공정에서 배출되는 배기가스와 같이 CO2가 다량 함유된 기체에서 CO2를 선택적으로 흡착한다.
CO2를 흡착한 다공성 탄소에 질소(N2) 가스를 가하거나 100~150℃로 가열하면 CO2를 분리해낼 수 있고, 이를 모으면 다른 화학 공정의 재료로 활용할 수 있다.
다공질 탄소는 다시 CO2 흡착에 재사용할 수 있다.
다공성 탄소를 이용해 CO2 흡착-탈착 실험을 진행한 결과, PET6-CO2-9은 2.68 mmol/g, PET6-K7은 3.03 mmol/g, PET6-KU7은 3.28 mmol/g을 안정적으로 흡착했다.
현재 CO2 흡착에 가장 많이 사용하는 모노에탄올아민의 흡착 능력(1.5 mmol/g)과 비교했을 때 최대 약 2.2배 더 높은 효과를 나타냈다.
CO2 흡착능력을 고려했을 때는 PET6-KU7이 가장 우수했으나, 전 과정평가 결과에서는 PET6-CO2-9가 플라스틱 문제 해결과 탄소 중립 달성에 가장 크게 기여할 수 있는 것으로 평가됐다.
자본 투자와 운영 수익 등을 고려했을 때 다공성 탄소 생산과 활용 시스템을 산업적으로 확대해도 경제성을 확보할 수 있다는 결론을 얻었다.
시간당 1톤의 다공성 탄소를 생산하는 시설(투자비 약 60억 원)을 15년 동안 가동한다고 했을 때 순 현재가치가 최소 260억 원에서 최대 645억 원에 이르는 것으로 평가됐고, 투자비는 2년 이내에 회수 가능한 것으로 예상됐다.
옥용식 교수는 “폐페트병을 활용한 CO2 포집 기술은 기후변화와 플라스틱 오염을 동시에 완화할 수 있어 유엔이 제시한 지속가능한 발전 목표(SDGs)를 충족할 수 있고 기업의 ESG 경영의 관점에서 잠재력이 크다”고 밝혔다.
Green Chemistry 표지논문으로 선정된 설계도/고려대학교 제공
연구 성과는 순환경제 분야 최상위 국제학술지인 ‘녹색화학(Green Chemistry, IF: 10.182)’의 표지논문으로 소개됐다.
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