플라스틱 병의 재활용 공정은 조각을 내거나, 스웨터나 카펫을 만들기 위하여 재사용되는 것이 주를 이루고 있다. 최소한 현재까지는 그렇다. 하지만 최근 IBM과 스탠퍼드대학(Stanford University) 연구진이 개발한 촉매로 인해 폴리에틸렌프탈레이트(PET ; polyethylene terephthalate)를 적은 비용으로 플라스틱 병으로 다시 탄생시킬 수 있도록 화학물질로 분해할 수 있을 전망이다. IBM은 궁극적으로 대규모의 산업용 용도의 촉매를 개발하여 PET-재활용 효소(PET-recycling catalyst)로써의 가능성을 연구 중이다.

대부분의 플라스틱 음료수 병은 1회의 재활용 도장(recycling stamp)이 찍혀 있는 PET로 만들어진다. 전통적으로 플라스틱은 세척 및 기계적 분쇄 공정을 통해 포장에는 적합하지 않은 고분자로 제조, 원료 PET와 혼합된다. 이것은 의류와 카펫을 포함한 2차 제품(secondary product)으로 제조될 수 있다.

PET의 고분자를 각각의 화학적 구성 성분으로 분해하는 데에는 많은 비용이 필요하기 때문에 화학적 재활용(chemical recycling)보다는 기계적 재활용(mechanical recycling)이 보편적으로 이용된다고 미국PET병협회(National Association for PET Container Resources)의 Dennis Sabourin 회장이 말하였다.

화학적 재활용은 고분자를 열 분해시켜 단량체(monomer)와 같은 원료 화합물이이나, 단순한 연료유 등으로 전환하는 기술로, 크게 열에 의한 열분해와 촉매나 용매에 의한 화학 분해로 나눌 수 있다. 그러나 이러한 화학 반응은 가능은 하지만, 매우 에너지 집약적이며 고가의 비용이 소요되기 때문에 일반적으로 사용되지 않고 있다.

또 기존 촉매를 사용하여 화학적 재활용 반응에 도움을 줄 수도 있지만, 이 과정은 고온 및 고압에서 수행되어야만 한다. 만약 새로운 촉매가 미약하나마 성공하게 된다면, 큰 성과를 얻게 되는 것이라고 Sabourin 회장은 말했다. 화학적 재활용의 목적은 버려지는 폐기용 플라스틱으로부터 고분자를 다시 저분자로 만들어서 새로운 초기 물질을 만드는 데 있다.

IBM과 스탠퍼드대학 연구진은 이 연구를 지난 3월 9일 Macromolecules 저널에 발표했다. 연구진은 두 가지 원료를 이용하여 75 ℃에서 단시간 내에 PET를 화학적으로 재활용하는 데 이용될 수 있는 몇 가지 새로운 촉매를 개발했다.

연구진이 사용한 원료는 유기산(organic acid)과 에틸렌글리콜(ethylene glycol)이며, 이러한 원료들은 상대적으로 비용이 저렴하다. 촉매는 에틸렌글리콜 용액에서 작용한다. 플라스틱 물병을 잘라 용액에 넣었을 때, 촉매는 용액 중 에틸렌글리콜과 반응하기 위하여 플라스틱에 있는 유기산을 생성시켜 최초의 플라스틱 병을 만들기 위해 사용되었던 PET와 동일한 질을 갖는 PET를 제조할 수 있게 해준다.

새로운 촉매는 IBM이 컴퓨터 칩 내 절연층에 사용됐던 고분자를 제조하기 위하여 보다 더 우수한 방안으로 개발하려는 10여년에 걸친 연구 프로젝트의 결과이다. 이러한 절연층은 보통 금속을 함유하는 촉매를 이용하여 만들었다.

금속 촉매는 활성은 높지만, 일단 반응이 이루어진 후에는 그 제거가 어렵고, 소량의 금속 불순물이 남아 컴퓨터 칩의 수행력을 끊임없이 방해한다. 또한 이러한 금속 불순물은 침출되어 컴퓨터 칩이 수명을 다해 폐기될 때에 환경오염 물질로 작용한다.

한편 금속 촉매를 제거하는 데에는 고가의 비용이 소요되기 때문에 연구진은 고분자를 만들 수 있는 새로운 방안을 찾는 데 주력하기 시작했다고 IMB 산하 알마덴연구센터(Almaden Research Center)의 James Hedrick책임 연구원이 말했다.

조나리 기자/olivelina@paran.com