플라스틱 재활용을 위한 새로운 프로세스 개발

독일 뮌헨의 루트비히 막시밀리안 대학교(Ludwig Maximilians Universitaet) 연구진들이 재활용 공장에서 플라스틱을 구분하는 프로세스를 단순화시켰다고 알려졌다.

이 대학교 화학과의 하인즈 랑갈스(Heinz Langhals) 교수가 지도하는 연구팀은 폴리머 구성성분에 대한 자동 인식을 제공하는 기술을 개발했는데, 이를 통해 다양한 형태의 재활용 및 재사용 효율성을 개선하게 될 것이다.

이 기술은 폴리머가 가진 특성인 광여기(photoexcitation)에서 유도되는 본질적인 형광 발광(fluorescence) 성질을 이용하는 것이다. "플라스틱은 짧은 섬광에 노출될 때 형광 빛을 발산하며, 이 방출광은 뚜렷한 패턴으로 시간이 지남에 따라 붕괴된다. 이렇게 하여, 그것이 가진 형광 발광 수명시간은 폴리머의 형태에 따라 매우 특징적인 성질이 되고 식별용 지문으로 작용될 수 있다"고 랑갈스(Langhals) 교수는 발표에서 말했다. 새롭게 개발된 방식의 상세한 내용은 [Green and Sustainable Chemistry]에 나타나 있다.

특허 내용인 이 신기술은 물질을 형광 빛이 나도록 만드는 섬광에 플라스틱 입자가 노출되는 것과 관련된다. 그다음, 광전기 센서(Photoelectric sensors)는 붕괴 다이내믹을 결정하기 위해 유도되는 광여기에 반응하여 발산되는 빛의 밀도를 측정한다. 플라스틱 제조에 사용되는 폴리머 물질마다 다른 독특한 광여기 수명시간을 나타내기 때문에, 분과 곡선의 형태는 그것들의 화학적 특성을 식별하는데 사용될 수 있다.

"이 프로세스를 통해, 측정 에러는 실질적으로 통제된다. 주어진 물질로, 누구나 항상 방사성 붕괴(radioactive decay)의 경우와 같이 동일한 형광 발광 반감기(half-life) 값을 확보할 수 있다"고 랑갈스(Langhals) 교수는 말했다.

재활용 프로세스 도중에 종종 품질 문제로 고생하는 금속과 달리, 재생 플라스틱은 매우 효율적인 프로세싱이 가능하다. "폴리머는 기술적인 물질의 지속가능한 사이클링을 위한 흥미로운 기본을 대표하는 것이다. 핵심적인 요구조건은 재생 물질이 반드시 화학적으로 순수해야 한다는 사실이다. 이 경우에, 예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 제작된 병은 방수용 윈드브레이크 의류용 인조 섬유로 상대적으로 쉽게 변환이 가능하다"고 그는 말했다.

거의 대부분의 기술적인 폴리머는 열 플라스틱(thermoplastics)으로 프로세싱된다. 그것들은 높은 온도에서 녹고, 최종 제품은 세팅이 가능한 곳에서 적절한 몰드 속으로 녹인 물질을 주입함으로써 생산된다.

그런데, 재활용 플라스틱의 재가열은 분류된 물질이 높은 순도를 가지지 못하면 물질의 특성 내에서 유해한 변경을 유발한다. 5% 정도의 낮은 오염은 재형성된 제품의 품질을 상당히 감소시키기에 충분한 비율이다. 이러한 소위 다운-사이클링 효과(down-cycling effect)라고 불리는 특성의 원인은 일반적으로 폴리머가 다른 것과 화학적인 양립이 불가능하기 때문에 혼합되지 않는 성질이 있기 때문이다.

그러므로 폴리머 혼합물의 재용해는 종종 서로 다른 폴리머가 낱알 경계(grain boundaries)에 의해 분리되는 다른 영역으로 파티션되도록 하여, 최종 제품의 품질을 절충시키게 된다. 이러한 이유 때문에, 고품질 플라스틱은 항상 재생 물질이 아니라 아주 깨끗한 전구체로 제작된다.

이 대학교 연구팀이 개발한 새로운 방법은 이것을 변화시킬 수 있다. "폐기물 문제는 화학적 방식만으로 해결될 수 있으며, 우리가 개발한 방식은 자동화된 분류를 타당성 있게 하기 때문에 환경 보호에 상당한 기여를 할 수 있다"고 랑갈스(Langhals) 교수는 말했다.

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