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폐타이어를 고무·나일론 원료로 전환 성공
전 세계적으로 매년 수십억 개의 타이어가 폐기되며, 이는 심각한 환경오염의 주요 원인 중 하나로 지목되고 있다. 우리 연구진이 폐타이어를 고무나 나일론 섬유 원료로 쓰이는 고부가가치 화학 원료인 고순도의 고리형 알켄으로 선택적 전환하는 데 성공했다. 이는 폐타이어 재활용 분야의 새로운 전환점으로 평가된다.
우리 대학 화학과 홍순혁 교수 연구팀이 이중 촉매 기반 연속 반응 시스템을 개발해 폐타이어 문제를 효과적으로 해결했다고 26일 밝혔다.
폐타이어는 합성고무와 천연고무의 복합체로 구성되며, 실리카, 카본블랙, 산화방지제 등의 첨가제를 포함해 물리적 강도와 내구성이 극대화되어 있다. 특히 가황 공정을 통해 고무 사슬 간의 가교가 형성돼 열과 압력에 강한 구조를 갖게 되는데, 이는 폐타이어의 화학적 재활용을 어렵게 만드는 주요 원인 중 하나다.
그동안 폐타이어의 재활용은 주로 열분해 방식이나 물리적 분쇄 재활용에 의존해 왔다. 열분해 방식은 350~800°C의 고온 환경에서 고분자 사슬을 분해해 연료유로 전환하는 기술이나, 높은 에너지 소비, 낮은 선택성, 그리고 저품질의 탄화수소 혼합물 생성이라는 한계가 명확히 존재한다.
연구팀은 이런 문제를 해결하고자 두 가지 촉매를 활용해 폐고무를 유용한 화학물질로 바꾸는 방법을 개발하였다. 첫 번째 촉매는 고무 분자 안의 결합 구조를 바꿔 분해가 잘 되도록 돕고, 두 번째 촉매는 고리를 닫는 반응을 통해 고리 모양의 화합물을 만들어낸다.
이 과정은 최대 92%의 높은 선택성과 82%의 수율을 보여준다. 만들어진 고리형 펜텐은 다시 고무로 재활용할 수 있고, 고리형 헥센은 나일론 섬유의 원료로 쓰이는 등 산업적으로 매우 가치가 높다.
연구팀은 개발한 시스템을 실제 폐기물로 버려진 폐타이어에 적용해, 고순도의 고리형 알켄으로 선택적 전환하는 데 성공했다. 이는 기존 열분해 방식과 달리 저온의 정밀 촉매 반응을 통해 고부가가치 화학 원료를 생산할 수 있다는 점에서 폐타이어 재활용 분야의 새로운 전환점으로 평가된다.
또한, 이번 기술은 다양한 종류의 합성고무와 폐고무에 폭넓게 적용될 수 있어, 자원 순환형 경제 실현에 기여할 수 있는 핵심 원천기술로 주목받고 있다.
홍순혁 교수는 “이번 연구는 폐타이어의 화학적 재활용에 대한 혁신적인 해법을 제시한 것이며, 경제성을 높이기 위해 차세대 고효율 촉매 개발, 상용화를 위한 기반을 마련해 나갈 예정이다”며, “기초화학을 통해 폐플라스틱 문제 해결에 기여하는 것이 목표”라고 밝혔다.
우리 대학 화학과 박범순, 조경일, 최경민 연구원이 참여한 이번 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행됐으며, 국제 저명 학술지 ‘Chem’에 6월 18일 자로 온라인 게재됐다.
※논문명: Catalytic and Selective Chemical Recycling of Post-Consumer Rubbers into Cycloalkenes
※DOI: 10.1016/j.chempr.2025.102625
2025.06.26 조회수 518 -
재활용되고 산소 차단도 되는 플라스틱 개발
플라스틱 공해 문제는 지속가능한 사회를 위해 시급히 해결해야 할 글로벌 문제로서, 재활용할 수 있는 고분자 원천 소재의 개발 기술 확보는 친환경 미래 사회 구현을 위한 매우 도전적인 과제임과 동시에 사회-경제적 파급효과가 크다.
우리 대학 화학과 홍순혁 교수와 최경민 연구원(박사과정)이 탄소중립 순환 경제 사이클을 구현할 수 있는 화학적 재활용 가능한 신규 고기능성 고분자 소재를 개발했다고 27일 밝혔다.
홍 교수 연구팀은 화학적 재활용 재료 합성이 가능하며 내수성과 내열성이 우수한 고분자를 개발하고자 하나 이런 시스템을 구현하기 제약이 많다는 이중결합 상호교환 고분자화 반응의 오래된 난제에 대해, 이산화탄소를 고정하여 합성 가능한 카보네이트 작용기를 활용, 정교한 분자적 디자인 및 설계를 통해 해결함으로써, 화학적 재활용이 가능한 새로운 고분자 소재를 개발하는데 성공했다.
개발된 소재는 산소 함유 작용기를 풍부하게 가지고 있는 구조적 특성이 있어서 높은 산소 차단성을 보이며, 산/염기 조건에서도 높은 내구성을 보인다. 또한 고분자 상태에서 300℃ 이상의 높은 열안정성을 가지고 있어 프레스 성형이나 용액 주조 등 다양한 방식으로 가공할 수 있다. 이러한 특성의 재활용 가능한 신소재는 식품 또는 의약품 포장에서부터 디스플레이, 반도체 소자 등 고부가가치 재료로 활용될 수 있다.
연구팀은 개발된 소재를 촉매적 분해 반응을 통해 원재료 물질 또는 고부가가치 화합물로 완벽에 가까운 수율로 재활용할 수 있음을 확인했고, 나아가 산화 반응을 통해서도 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리우레탄 등 합성 섬유와 플라스틱 재료나 의약품 합성의 원천물질 등으로 재활용이 가능함을 보였다.
홍순혁 교수는 “기초화학적 분자 및 촉매의 정교한 디자인 및 합성 연구는, 플라스틱 공해 문제를 해결하는 원천 기술을 제공하고, 지속가능한 미래를 위한 혁신 소재 개발의 중요한 기반이 될 것으로 기대된다.”고 말했다.
최경민 연구원이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘켐(Chem)’에 6월 21일 자 출판됐다(논문명: Chemically Recyclable Oxygen-Protective Polymers Developed by Ring-Opening Metathesis Homopolymerization of Cyclohexene Derivatives).
2023.06.27 조회수 5424