【뉴스퀘스트=김형근 과학전문 기자】 플라스틱 오염은 우리 지구가 현재 직면하고 있는 주요 위험 중 하나로 다양한 생태계를 위협하고 기후변화의 원인이 되고 있다.

많은 노력에도 불구하고 다양한 경제적, 실용적인 이유로 인해 현재 재활용되는 플라스틱은 거의 없는 실정이다.

그러나 플라스틱 폐기물은 유용한 내구성 있는 재료와 연료로 사용할 수 있는 탄소 기반 화학물질의 원천을 제공할 수 있다.

플라스틱을 ‘업사이클링’ 하는 혁신적인 방법… 연료와 유용한 화학물질 만들어

과학 전문매체 어스닷컴(Earth.com)에 따르면 퍼시픽 노스웨스트 국립연구소(PNNL: Pacific Northwest National Laboratory)가 이끄는 연구팀은 이제 "업사이클링(upcycling)”이라고 불리는 과정을 통해 플라스틱을 더 효율적으로 가치 있는 화학물질로 바꾸는 혁신적인 방법을 발견했다.

업사이클링은 디자인을 새롭게 하거나 활용 방법을 바꿔 재고품을 새로운 가치를 지닌 제품으로 만드는 행위를 일컫는다. 재고품에 새로운 가치를 입힌다는 점에서 쓰던 것을 다시 사용하는 리사이클링(recycling)과는 다르다.

이 기술은 이전 기술보다 비용이 저렴하고 메탄 생산량이 적다고 연구팀은 밝혔다.

PNNL의 화학자인 야노스 스자니(Janos Szanyi) 박사는 "우리가 발견한 주요 내용은 매우 낮은 금속 부하(metal load)다. 이것은 촉매제를 훨씬 더 저렴하게 만든다”고 말했다.

연구에 동참한 같은 연구소의 린샤오 첸(Linxiao Chen) 박사는 "이 결과를 보여주는 어떤 연구도 없었다. 이 점이 우리게는 흥미로웠다”고 말했다.

그는 "이 연구는 플라스틱 업사이클링을 위한 효과적이고 선택적이며 다재다능한 촉매를 개발할 수 있는 기회를 보여준다"고 덧붙였다.

과학자들은 플라스틱의 주요 구성 성분인 폴리프로필렌과 폴리에틸렌과 같은 재활용이 어려운 플라스틱에 수소를 첨가하면 ‘수소 분해(hydrogenolysis)’라는 과정을 통해 플라스틱 폐기물을 부가가치가 높은 소형 탄화수소로 전환할 수 있다는 것을 이미 알고 있다.

소량의 루테늄 촉매제 이용해 업사이클링 효과 높여

그러나 PNNL 과학자들은 아주 적은 양의 귀금속 루테늄(ruthenium) 촉매로 질서정연한 입자 배열을 무질서한 원자 뗏목(rafts of atoms)으로 이동하도록 함으로써 폴리머 업사이클링 효율성과 선택성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다.

또한 그들은 단일 원자, 또는 매우 작은 원자 클러스터가 이 과정 동안 더 효과적인 촉매로 작용한다는 것을 보여주었다.

혼합 플라스틱 재활용 스트림과 함께 사용하는 방법을 보다 실용적으로 만들기 위해 연구팀은 염소(chlorine)가 화학적인 전환 효율에 어떻게 영향을 미치는지 탐구 중이다.

PNNL의 촉매제 산업 응용 전문가이자 공동 연구자인 올리버 Y. 구티에레즈(Oliver Y. Gutierrez) 박사는 "산업용 업사이클링 공정에서 PVC와 다른 공급원에서 염소가 나온다. 염소는 플라스틱 업사이클링 반응을 오염시킬 수 있다. 우리는 염소가 우리 시스템에 어떤 영향을 미치는지 연구하고 있다”고 말했다.

이 연구는 미국화학회(ACS)의 ‘촉매작용(Catalysis)’ 저널에 실렸으며, 시카고에서 열리는 ACS 가을회의에서 발표될 예정이다.