1. 개요
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2. 역사
3. 제조 방법과 특성
3.1. 수거 및 선별
열분해에 사용될 폐플라스틱을 수집한 후 수거한다.플라스틱의 종류 및 특성 그리고 품질에 따라 열분해의 용이성이 나뉘기 때문에 수거후 선별이 필요하다.[1][2]
열분해에 용이한 플라스틱
PP, PE, PS 등 열분해 가능온도가 상대적으로 낮거나 구조가 단순하여 열분해 효율이 높은 플라스틱류
열분해에 용이하지 않은 플라스틱
PVC, PU, PET 등 열분해 가능온도가 높고 구조가 복잡하여 열분해 효율이 낮거나 열분해시 염화수소(HCl)등의 부산물이 생성되는 플라스틱
3.2. 전처리
전처리과정은 세척, 파쇄, 건조등의 과정으로 구성되어 열분해반응의 효율성을 증가시킨다.세척 : 열분해시 필요없는 반응물을 만들 수 있고 효율을 낮출수있는 불순물을 제거한다.
파쇄 : 플라스틱 폐기물은 이후 열분해 과정에서 더 나은 열전달을 위해 표면적을 증가시키기 위해 더 작은 조각으로 파쇄된다.
건조 : 잘게 썬 플라스틱을 건조하여 열분해 효율을 방해할 수 있는수분을 제거한다.[3]
3.3. 열분해
전처리 과정을 거친 플라스틱 소재들은 열분해로로 투입되어 열분해 과정을 거치게 된다. 이 과정에서 플라스틱은 무산소 환경에서 400~800℃[4]의 열을 받은후 고분자 탄소사슬[5]이 저분자 탄소사슬[6]의 형태로 분해된다.
이때 소재로 사용된 플라스틱의 종류에따라 가스, 오일, 고형물, 그외의 물질 등이 생성된다.
플라스틱은 분해가 잘 되지 않기때문에 열분해 반응 촉진을위해 촉매를 이용한다. 주로 Zeolite나 금속 촉매를 이용한다.
3.4. 후처리및 정제
열분해과정을 거치게되면 열분해오일, 열분해가스가 기화된 상태로 추출된다. 기화된 오일을 냉각로에서 냉각, 응축시켜 액체형태로 만든후 정제과정을 통해 사용할 용도에 맞는 오일들로 분리한다.4. 현황 및 사례
4.1. 국내
국내에선 플라스틱의 열분해가 차기 폐플라스틱의 처리방식으로 각광받으며 정부와 여러 기업들이 관심을 가지고 있다.2021년과 2022년 한국 정부는 꾸준히 열분해유 사업의 규모를 늘릴것이라는 방침을 내세우고 기존에 있던 규제 개선안들도 발표하였다.[7]
그리고 SK, LG 화학, 한화토탈등의 대기업들과 에코인에너지, 에코크리에이션 과같은 중소기업들이 주도하여 열분해유 사업분야를 구축해 나가고있다.
SK 이노베이션은 2021년에 국내 최초로 폐플라스틱으로부터 만들어 낸 열분해유를 정유∙석유화학 공정 원료로 도입했고[8] 에코크리에이션, 美 열분해 전문업체 브라이트마크사 등과 사업 협력을 맺어 열분해 공장을 건설하는 등의 사업을 보였다. [9]
LG에선 초임계 열분해 기술을 개발하고 2023년 충남 당진에 국내최초로 초임계 열분해시설을 건설하는등 기술개발에서 선두를 달리고있다.
이외에도 LG생활건강에서 열분해유를 이용한 화장품 용기를 제품화 하여 상품시장에서의 열분해유 응용가능성을 보였다.[10]
한화 에선 2023년 ㈜동양환경과 재활용 플라스틱을 원료로 하는 친환경 열분해유 생산 플랜트의 기본설계 계약을 체결해 충청남도 서산에 건설할 예정이라고 한다. [11]
이외에도 세븐일레븐에서 2023년 열분해유와 일반PP를 혼합한 소재를 이용해 만든 착한 도시락 용기를 도입하는등[12] 국내 다양한 기업들이 열분해유를 개발, 사용하는데 노력하고있다.
4.2. 해외
4.2.1. 미국
미국의 Agilyx 사는 지속가능한 에너지 생산을 위해 꾸준히 플라스틱의 재활용 방안을 연구해왔다. 그중 플라스틱 열분해와 관련되어 Virgin Group, Toyo Styrene Co. 등의 기업과 협력관계를 맺어 열분해유의 활용규모를 늘리고 AmStry사와 협업하여 폴리스티렌을 화학적으로 재활용하는 Regenyx를 설립하였다.Agilyx사의 기술을 사용한 Regeneyx사
4.2.2. 독일
독일의 BASF사는 2018년부터 ChemCycling프로젝트를 실행하며 Quantafuel, ARCUS, Pyrum 및 New Energy사 들과 협력관계를 맺으며 플라스틱의 순환 경제를 구축하려 노력했다. [13]
4.2.3. 핀란드
핀란드의 정유기업 Neste 에서는 플라스틱 열분해기술을 지닌 Alterra energy의 지분을 인수해 협력관계를 맺고. 2030년부터 100만톤 이상의 플라스틱 폐기물을 처리한다는 방안을 내놓았다.[14]
이외에도 Porvoo에 건설한 정유소에서 꾸준히 폐플라스틱 열분해를 해왔고 1억 1100만 유로 규모의 투자를 통해 연간 150,000톤의 폐플라스틱을 처리할 수준까지 끌어올리기로 했다. [15]
4.2.4. 중국
Doing Holdings http://www.bestpyrolysisplant.com/Product/Plastic_to_Fuel_Machine/4.2.5. 영국
영국의 Plastic Energy사에선 열분해 기술인 TAC(Thermal Anaerobic Conversion)과정을 개발하고 Loughborough 대학교와 협약을 맺어 LabsLoughborough Labs를 설치해 관련 기술을 더 개발시키기로 하였다.5. 장점
5.1. 폐기물 처리 문제 해결
폐 플라스틱의 열분해는 현재의 폐 플라스틱 처리방식인 물리적 재활용보다 더 많은 종류의 플라스틱을 처리할 수 있다.5.2. 탄소 배출 감소
또다른 폐플라스틱 처리방식인 소각과 비교했을때 탄소 배출양의 감소를 기대할 수 있다.독일계 종합석유화학 기업 BASF에서 발표한 자료에 따르면 폐플라스틱 1톤을 열분해로 처리했을시, 일반적인 소각 방식과 대비해 1톤의 CO²를 감축할 수 있고 열분해유로 1톤의 폴리에틸렌(PE)를 생산할시 석유에서 추출한 원유로 생산할때와 대비해 2.3톤의 CO²배출량의 감소를 기대할 수 있다.
6. 한계
6.1. 기술적 한계와 경제성
현재까지 개발된 열분해유 생산기술은 PVC와 같은 몇몇 종류의 플라스틱을 처리하는데 어려움을 갖거나 생산효율과 지속성에서의 한계를 가지고 있다. 또한 열분해시 발생되는 다양한 유해물질[16]의 처리기술도 필요하다.이러한 기술적 한계에 의한 생산효율과 생산과정의 문제로 같은 질량의 정제유에 비해 경제적 이점을 갖기 힘들다.
2023년 상반기 기준 열분해유의 가격은 1톤당 1900달러 수준으로 나프타(700달러) 대비 약 2.7배 비쌌다.
6.2. 높은에너지 소모
열분해 기술은 대량의 플라스틱을 높은온도로 가열하고 지속해야하기 때문에 에너지소모가 크다.6.3. 수거 시스템 미흡
열분해유의 생산효율과 생산성을 넘어 생산을 하기위해선 수거과정이 필수적인데 현 시점에선 플라스틱을 수거하고 선별하는 시스템이 부족한 상황이다. [17]또한 플라스틱 제품들이 여러종류의 플라스틱을 사용하기때문에 각 종류의 플라스틱마다 다른 온도를 사용해야하는 열분해에 사용을 위해선 분류가 쉽도록 플라스틱 제품을 구성하는 방향성이 필요하다.
7. 전망
현재 플라스틱의 소비와 생산이 늘어감에 따라 기존의 물리적 처리방식이외의 화학적 재활용방식이 주목을 받고있다.국내에선 SK, LG와 같은 기업들이 해외에선 Plastic Energy, Neste와 같은 기업들이 기술을 개발하고 실용화에 힘을 쓰고 있다.
이외에도 다양한 중소기업들 또한 플라스틱 열분해기술에 참여하고있다.
Straitsresearch의 P2F 시장규모의 성장추세조사와 시장동향 예측에 따르면 현재 기술의 한계인 효율성 문제를 보더라도 연평균 29.3%의 성장률이 예측되고있어 열분해유 시장의 확장또한 긍정적이다.
8. 참고자료
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0048969723013359?autoLoginChk=Yhttps://www.sciencedirect.com/topics/biochemistry-genetics-and-molecular-biology/pyrolysis
https://www.pyrolysisplant.com/post/plastic-pyrolysis-technology
https://chemicalengineeringworld.com/plastic-to-fuel-pyrolysis-process/
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0165237024002067?via%3Dihub
https://www.skyquestt.com/report/pyrolysis-oil-market
https://straitsresearch.com/report/plastic-to-fuel-market
[1]
참고자료
https://www-sciencedirect-com-ssl.webgate.khu.ac.kr/science/article/pii/S0196890422002473
https://www.wastetireoil.com/Pyrolysis_news/Industry_Trends/which_plastics_are_best_for_pyrolysis_to_oil_1539.html
[2]
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[3]
열분해의 종류인 수증기 상황에서의 열분해 에서는 예외
[4]
열분해의 종류에 따라 가열온도에 차이가 있다.
[5]
탄소원자 200개 이상의 구조를 갖는 탄화수
[6]
소재로 사용한 플라스틱에 따라 탄소수 5~27개 까지의 탄화수소
[7]
https://greenium.kr/%EC%88%9C%ED%99%98%EA%B2%BD%EC%A0%9C-%EC%A0%95%EC%B1%85-%EA%B7%9C%EC%A0%9C%ED%98%81%EC%8B%A0-%ED%94%8C%EB%9D%BC%EC%8A%A4%ED%8B%B1-%EC%97%B4%EB%B6%84%ED%95%B4%EC%9C%A0-%EB%B0%B0%ED%84%B0%EB%A6%AC/
[8]
https://skinnonews.com/archives/88287
[9]
https://www.newswire.co.kr/newsRead.php?no=979882
[10]
https://www.lghnh.com/m/news/press/view.jsp?seq=3718
[11]
https://blog.naver.com/hanwha_official/223270897580
[12]
https://www.plastickorea.co.kr/news/articleView.html?idxno=22791
[13]
https://www.basf.com/global/en/who-we-are/sustainability/we-drive-sustainable-solutions/circular-economy/mass-balance-approach/chemcycling.html
[14]
https://www.neste.com/news/neste-acquires-minority-stake-in-alterra-energy-companies-partnering-to-commercialize-alterra-s-waste-plastic-liquefaction-technology-in-europe
[15]
https://www.neste.com/news/neste-decides-to-invest-in-liquefied-waste-plastic-upgrading-unit-at-its-porvoo-refinery
[16]
염산과 같은 Cl혼합물이나 독성 탄화수소
[17]
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https://biz.heraldcorp.com/view.php?ud=20231215000730