제4장 폴리머 리사이클의 최신 동향 (7) - Chemical recycle / Biochemical recycle

[YDfamily]

④ Micro파 화학의 PMMA 열분해 기술

일본의 Micro파 화학은, 마이크로파의 조사에 의한 플라스틱을 직접 가열 분해하는 기술을 확립하였다. Mitsubishi Chemical과 함께 실증화 검토를 진행하고 있다(도99).

Micro파의 이용에 의한 PMMA의 분해 Micro파 화학 Press release 2019년 Micro 화학의 실험실에서 시험용 아크릴 수지 샘플이 도착, 연구 개발이 시작되었다. 실험의 결과, 아크릴 수지의 분자는 마이크로파에 의해 진동하고, 직접 가열되는 성질이 있음을 알게 되었다. 이것은 결국, 아크릴 수지를 마이크로파에 의해 직접 가열 가능하다고 하는 것이 실증된 순간이었다. 이 결과를 받아, 2021년 Mitsubishi Chemical과 Micro파 화학은, 공동 실증 플랜트의 건설을 향해 돛을 올리게 되었다. 당사의 scale up 경험, 기술을 활용하여, 공업화를 향한 검토는 한층 더 가속되었다.

도99 Micro파 화학의 열분해 프로세스 기술

⑤ ENEOS와 Mitsubishi Chemical의 플라스틱 유화 사업

ENEOS와 Mitsubishi Chemical은 공동 폐 플라스틱의 유화 사업을 진행한다고 발표하였다(도100).

ENEOS와 Mitsubishi Chemical 공동의 플라스틱 유화사업 실시에 대해서
~국내 최대 규모의 플라스틱 케미컬 리사이클 설비를 건설~ (2021년 7월 20일)


ENEOS와 Mitsubishi Chemical은 이번 MCC 이바라키 사무소에 있어서 플라스틱 유화 공동 사업을 개시한 것을 결정하였기 때문에, 알려 드립니다. 이 사무소에 상업 베이스로는 국내 최대 규모가 되는 년간 2만톤의 처리 능력을 가진 케미컬 리사이클 설비를 건설하고, 2023년도에 폐 플라스틱의 유화를 개시하는 것을 목표로 한다.


본 공동 사업에서는 외부로부터 조달된 폐 플라스틱을, 영국 Mura Technology사의 초임계수 기술을 도입하는 신설비로 화학적으로 액화 하여, 유화 처리를 행한다. 제조된 기름(리사이클 생성 유)은 양사의 기존 설비인 석유 정제 장치 및 naphtha cracker에 있어서 원료로서 사용되고, 석유 제품이나 각종 플라스틱으로 제품화 되는 것으로 고효율 케미컬 리사이클의 순환이 실현된다.


앞으로 양사는 원료 폐 플라스틱의 안정 조달, circular economy에 관한 실증 취득 등에 의한 제품의 고부가가치화, 및 차세대 사업으로서 새롭게 기술적 견지의 습득을 모색한다. 계속해서, 순환형 사회의 형성으로 이어지는 본 공공 사업을 통해, 지속가능한 개발목표(SDGs: Sustainable Development Goals)의 목표 12 “만드는 책임 사용하는 책임”의 달성에 확실하게 공헌하여 갈 것이다.

도100 ENEOS와 Mitsubishi Chemical의 플라스틱 유화 사업

⑥ Sumitomo 화학의 리사이클 수지 케미컬 리사이클 실증 사업화

Sumitomo 화학은 일본 제강소와 공동으로, 아크릴 수지로부터 monomer를 효율적으로 재생하는 기술을 확립, 에히메(愛媛) 공장 내에 실증 사업화 플랜트를 건설하였다(도101).

아크릴 수지의 재자원화를 향해 케미컬 리사이클 실증 설비가 완성 ~다른 업종과의 연대로 자원순환 시스템의 구축 본격화~ (2022년 12월 23일) Sumitomo 화학은 이번에 아크릴 수지(PMMA, polymethyl methacrylate)의 케미컬 리사이클 실증 설비를 에히메에 신설하였다. 2023년 봄부터 케미컬 리사이클품의 샘플 제공을 개시하여, 사용 후의 아크릴 수지의 회수부터 재자원화를 거쳐, 제품으로서 사용하기까지의 일관된 자원 순환 시스템의 구축을 본격화하였다.

Sumitomo 화학은 아크릴 수지를 열분해하고, 원료로 되는 MMA monomer로 고효율로 재생하는 것을 일본 제강소와 공동 개발하고, 에히메 공장에 실증 설비를 신설하였다. 본 설비에는 이축 혼련 압출기를 도입하여 아크릴 수지를 고품질로 재생하는 기술의 실증과 양산화의 검토를 행하였다. 재생한 MMA monomer는 화석 자원을 원료로 한 재료와 동등한 품질로, 종래품과 비하여 제품 라이프 사이클 전체의 GHG 배출량을 60% 이상 삭감 가능하다고 예상된다. 재자원화의 장치 제작도 이미 착수하여 있고, 오랜 협력사인 Nippura아 대형 가전 메이커 등이 폐자재나 사용 후 아크릴 수지를 회수하는 것과 함께, 재자원화 한 수지의 고객 개척도 진행하고 있다. 앞으로 다른 업종과 연대하여 아크릴 수지의 회수부터 재생, 제품화까지의 노력으로 아크릴 수지의 자원 순환 시스템의 구축을 가속화하여 간다.

도101 Sumitomo 화학의 아크릴 수지 케미컬 리사이클 실증 사업화

⑦ Teijin Frontier의 polyester 해중합 촉매

Teijin Frontier는 재생 polyester의 변색 방지가 가능하고, 효율적인 monomer 회수가 가능한 신규 해중합 촉매를 개발하였다(도102).

Teijin Frontier, polyester 해중합에 신 촉매 재생에 필요한 에너지를 40% 삭감(2022년 5월 18일)


Teijin Frontier는 환경 가치 향상을 추진하기 위해, 환경 전략 “Think Eco”를 내걸어 그룹 일환이 되는 의류부터 산업 자재까지의 폭 넓은 용도로, 환경 배려형의 소재나 제품을 전개하고 있는데, 최근 새롭게 개발한 해중합 촉매를 사용하는 것에 의해, 착색된 polyester 섬유를 석유 유래의 원료와 동등 품질로 재생 가능하고, 종래 보다도 환경부하가 적은 새로운 리사이클 기술을 개발하였다.
(1) 최근 개발한 새로운 리사이클 기술은 종래 BHET법에 새롭게 개발한 해중합 촉매를 이용하는 것으로, 재생 polyester 원료의 변색을 제어하는 것이 가능하고, 석유 유래의 polyester 원료와 동등한 품질의 재생 polyester 원료로 리사이클 하는 것이 가능하다.
(2) 또한, 이 새로운 리사이클 기술에 있어서는, DMT법에 의해서도 공정수가 적게 되기 때문에 에저지 소비량이 적고, 또한 배수, 배액, 해중합 촉매 등을 재이용하는 것이 가능하기 때문에 폐기물 삭감이 가능하다.


* DMT법: 테레프탈산 디메틸과 에틸렌 글리콜을 사용한 ester 교환반응에 의해 polyester 중합하는 방법
* BHET법: 사용 후 polyester를 화학적으로 분해하고, 중간 원료인 bis-2-hydroxyethyleneterephthalate로 되돌려 제조한 후, polyester로 재중합 하는 방법

도102 Teijin Frontier의 polyester 해중합 촉매

⑧ Unitika의 케미컬 리사이클 기술 제안

Unitika는 나일론의 리사이클 기술 개발과 PET의 케미컬 리사이클 기술개발에 대해서 공표하고 있다(도103).

Unitika, 해중합으로 환경 공헌, 케미컬 리사이클 재료 제안 (2022년 10월 11일) Unitika는 10월 11일, 환경 의식을 높이는 것을 배경으로 sustainable한 사회의 실현을 목표로, 수지 사업에 있어서 2가지의 케미컬 리사이클 재료 “저 이산화탄소 Nylon 6”, “케미컬 리사이클 PET”를 제안한다고 발표하였다. 케미컬 리사이클 재료에서는 공정 내에서 발생한 Nylon 6이나 PET병 회수품을 해중합 하는 것에 의해, 자원을 순환시켜, 환경에 공헌한다.

"저 이산화탄소 Nylon 6"은, 중합 시에 발생하는 단재를 회수하여, 해중합에 의해 화학적 Nylon 6을 monomer인 caprolactam으로 되돌려, 재이용하고 있다. 장래 구상으로서 compound 등으로 filler 등을 첨가한 강화 재료나 착색재료, 최종 제품부터 케미컬 리사이클도 생각하고 있다. 케미컬 리사이클 PET는 회수된 PET병을, Unitika 독자의 기술을 이용하여 해중합으로 중간원료로 되돌린 상태에서 재중합을 행하고, 새로운 제품을 만드는 원료로서 다시 태어나게 하고 있다. 화학적으로 중간 원료 물질까지 분해했다가 원래 수지까지 되돌리는 케미컬 리사이클에 의해, 품질 열화가 적은 재생재로 되고, 화석 유래 PET 대비 이산화탄소 배출량도 삭감하는 것이 가능하다. 또한 재중합의 전에 공중합 성분을 도입하는 것으로 공중합 타입이 얻어져, 박육 투명 용도로의 적용도 가능하게 된다.

도103 Unitika의 케미컬 리사이클 재료 제안

⑨ Bridgestone과 ENEOS의 타이어 원료 제조 기술의 공동개발

Bridgestone과 ENEOS는 공동으로 회수 타이어로부터 고무 재료를 분쇄, 유화한 후에 butadiene 등 고무 소재의 원료 monomer로 이끌어 내는 제조 기술 개발에 착수하였다(도104).

2022년 2월 18일
㈜Bridgestone, ENEOS㈜


Bridgestone과 ENEOS, 사용 후 타이어로부터 타이어 소재 원료를 제조하는 케미컬 리사이클 기술을 사회 실장을 목표로 공동 프로젝트를 개시
~지속가능한 사회를 목표로 하는 노력으로 NEDO green invention 기금 사업에 채택~

또한 본 프로젝트는 국립 연구 개발 법인 신에너지, 산업기술 종합 개발기구(NEDO)의 Green invention 기금사업/이산화탄소를 이용한 플라스틱 원료 제조기술 개발에 채택된 실증사업인 사용 후 타이어로부터 화학품 제조 기술의 개발에 있어서 2가지의 연구 개발을 항목 내의 한가지이다.

도104 Bridgestone과 ENEOS의 타이어 원료 제조 케미컬 리사이클 기술의 공동개발