고려대-LG화학 “골칫덩이 천막·현수막 폐기물, PET·PVC로 동시에 재활용”

△ 실생활에 사용되는 PVC-PET 복합 타포린 폐기물을 생물 유래 촉매(베타인)를 이용한 글리콜리시스 공정으로 처리해 PET는 단량체(BHET)로 화학적 재활용하고, PVC는 고형분(재활용 r-PVC)으로 회수해 기계적 재활용하며, 용매(EG)는 재사용하는 통합 재활용 공정

천막과 현수막을 폐기하지 않고 재활용할 수 있는 길이 열렸다. 고려대학교(총장 김동원) 융합생명공학과 김경헌 교수 연구팀이 경북대학교 김동현 교수 연구팀, LG화학 윤정훈 부장 연구팀과 공동으로 ‘PVC 타포린’을 재활용할 수 있는 촉매 기반 공정 기술을 개발했다.

비바람에 강하고 잘 찢어지지도 않는다. PVC 타포린은 천막, 현수막, 트럭 덮개, 물류 커버 등 실생활에 널리 쓰이는 방수 플라스틱 소재다. 그 내구성의 비결은 바로 구조에 있다. PVC 필름 내부에 PET 섬유가 강하게 결합한 형태로, 기존 재활용 공정으로는 두 물질을 분리하는 것이 거의 불가능했다. 이로 인해 폐기물의 대부분을 소각 또는 매립해왔고, 이는 환경 오염과 탄소 배출 증가로 이어졌다. 

*PVC(폴리염화비닐): 염소 성분을 함유해 불에 강하며, 첨가제에 따라 다양하게 활용할 수 있는 플라스틱

*PET(폴리에틸렌 테레프탈레이드): 투명하고 튼튼한 플라스틱. PET병을 생각하면 이해가 쉽다.

연구팀은 생물에서 유래한 물질인 ‘베타인’에서 해결법을 찾았다. 베타인을 촉매로 한 글리콜리시스 공정으로 폐타포린을 190℃에서 2시간 반응시킨 결과, PET만 분해되고 PVC는 화학적 손상 없이 고체 상태 그대로 회수됐다. 또 PET 성분의 77%가 분해되어 다시 PET를 제조할 수 있는 핵심 화학 원료인 BHET(비스-하이드록시에틸 테레프탈레이트)로 탈바꿈했다. 

*글리콜리시스(glycolysis): 고분자 플라스틱을 에틸렌글리콜 용매와 반응시켜 분자 사슬을 끊어내는 화학적 분해 방식

베타인을 활용한 글리콜리시스 공정 중, PVC에 포함된 탄산칼슘과 칼슘·아연 안정제가 PET 분해를 촉진하는 촉매 역할을 한다는 사실도 밝혀졌다. 불순물로 여겨졌던 첨가제가 오히려 공정 효율을 향상시킬 수 있다는 새로운 발견으로, 향후 복합 플라스틱 재활용 공정 설계에 중요한 시사점을 제공한다. 

경제성 측면에서도 우수한 성과를 보였다. PET 분해에 사용된 에틸렌글리콜 용매를 별도의 정제 과정 없이 최대 3회까지 재사용할 수 있다. 공정을 반복해도 PET가 원료(BHET)로 변하는 효율이 떨어지지 않고 안정적으로 유지됐으며, 재생 PVC의 생산 비용은 약 1.46 달러/kg 수준으로 추정됐다. 이는 virgin PVC(새 플라스틱, 약 1.01달러/kg)보다 다소 높지만, 폐타포린 처리 비용을 절감할 수 있고 원료가 생산된다는 점에서 부가가치가 높다. 

김경헌 교수는 “복합 구조 플라스틱은 재활용이 어렵다는 이유로 대부분 폐기되어 왔다”며 “이번 연구는 분리공정 없이도 복합 폐플라스틱을 동시에 자원화할 수 있음을 입증한 사례”라고 밝혔다. 또한 “산업용 타포린뿐 아니라 다양한 PET 함유 복합 고분자 폐기물에 적용 가능한 플랫폼 기술로 확장될 수 있을 것”이라고 말했다.

본 연구 성과는 촉매 분야의 세계적인 학술지인 ‘Chinese Journal of Catalysis(IF=17.7, 상위 0.7%)’온라인에 2월 3일 게재됐다.

*논문명: Recycling of PVC tarpaulin reinforced with PET through glycolysis using betaine, a bio-based catalyst

*DOI: 10.1016/S1872-2067(25)64867-4

*URL: https://doi.org/10.1016/S1872-2067(25)64867-4

이번 연구는 한국연구재단 바이오의료기술개발사업의 미국 NSF-한국 NRF 글로벌센터 사업, 해양수산부 한·미 공동 해조류 바이오매스 사업의 지원을 받아 수행됐다.

[연구진 사진]

△ (왼쪽부터) 고려대 대학원 융합생명공학과 김재균 박사과정(제1저자), 원예진 석사(공동 제1저자), LG화학 윤정훈 부장, 경북대 식품공학부 김동현 교수(공동 교신저자), 고려대 생명과학대학 식품공학과 및 대학원 융합생명공학과 김경헌 교수(교신저자)