NEDO, 폐플래스틱 선별작업부터 고도화
일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)는 플래스틱 폐기물 수출 규제에 대응해 플래스틱 리사이클 관련 연구개발(R&D)을 강화하고 있다.
NEDO는 폐플래스틱을 선별하는 작업부터 관여해 리사이클 프로세스 기술을 혁신시키는 플래스틱 자원순환 프로세스 기술 개발 프로젝트를 추진하고 있다.
2020년 7월까지 첨단연구사업으로 추진해온 플래스틱 고도 자원순환 프로젝트를 발전시킨 것으로, 인공지능(AI)을 활용해 MR(Material Recycle), CR(Chemical Recycle), 에너지 회수 등 3가지 재자원화 기술별로 적합한 폐플래스틱을 선별하는 기술을 개발하고 리사이클 시스템 전체를 최적화하는 것을 목표로 하고 있다.
리사이클 최적화를 통해 자원으로서 폐플래스틱의 가치를 향상시키고 경제적으로 플래스틱 자원을 순환시킬 수 있는 기반을 구축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
CR 플랜트에 도입하기 위한 검증을 추진하는 등 실용화했을 때 발생할 수 있는 과제를 예측하고 해결하기 위한 작업도 준비하고 있으며, 앞으로 2-3년 안에 핵심기술을 확립하고 벤치 스케일로 실증실험을 추진할 계획이다.
플래스틱 리사이클에서는 고도의 선별기술이 핵심으로 파악된다.
플래스틱은 특성상 이물질이나 서로 다른 소재가 섞이면 질 높은 리사이클이 어려워지나 폐플래스틱 대부분은 재질과 오염 정도가 서로 다른 소재들이 마구 뒤섞여 폐기되기 때문에 리사이클률 향상을 저해하는 요인으로 작용하고 있다.
NEDO는 AI를 이용한 화상 인식으로 오염 정도를 선별하고 팰릿화한 이후에는 비중에 따라 재질을 선별하는 시스템을 개발함으로써 과제를 해결할 방침이다.
기존 리사이클 과정 전후에 새로운 프로세스를 도입함으로써 기존 설비를 활용하면서도 리사이클제품의 품질 향상, 리사이클 비중 확대 등을 실현할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
자원 가치를 높이기 위해서는 동일한 용도로 되돌리는 수평 리사이클 실현이 필요할 것으로 판단하고 있다.
MR 프로세스 개발 분야에서는 팰릿화했을 때 물성이 열화되는 것을 막기 위한 기술을 개발하고 있다.
온도 조건이나 가공법을 개선해 내부구조를 변화시키는 물리적 열화를 막고 신규수지(Virgin)에 가까운 수준으로 잘 늘어나고 인성까지 확보한 재생소재를 개발하고 실증실험을 실시후 양산화할 계획이다.
상업소재로 이용할 수 있는 리사이클제품을 창출하기 위해 아사히카세이(Asahi Kasei)와 카오(Kao) 등을 프로젝트에 참여시키며 코스트 문제까지 고려해 여러 방면에서 검토하고 있다.

재활용 프로세스 개발로 MR‧CR‧에너지회수 실현
복합소재를 비롯해 MR 처리가 어려운 폐플래스틱을 재자원화하기 위해서는 화학원료로 되돌리는 CR 기술이 주목받고 있다.
CR 기술은 모노머 탄화수소까지 되돌려 석유화학 원료로 다시 사용하는 방법이 가장 많이 연구되고 있다. 
플래스틱을 기존 크래커에 직접 투입하면 분해로에 흠집을 낼 수 있는 염소 등이 발생하기 때문에 CR 기술을 실현하기 위해서는 염소 발생량이 어느 정도인지, 어떠한 물질들이 발생하는지를 조사한 후 투입량 한계 및 투입 가능물질을 정하는 작업이 요구되고 있다. 
NEDO는 주요 발생원으로 알려진 잉크, 타이프 방법 등을 연구하기 위해 DNP 등과 공동 연구를 추진하고 있다.
MR, CR이 어려운 폐플래스틱에서 에너지를 높은 효율로 회수하고 이용하는 기술도 개발하고 있다.
에너지 회수 실용화를 위해서는 폐플래스틱을 소각할 때 부착돼 있던 오염물에서 발생하는 염화물과 황화물 성분이 섞인 가스를 처리해야 하는 것으로 알려졌다.
가스가 열 교환기나 파이프 표면에 고체 형태로 남게 되면 연속가동을 멈추고 제거해야 해 공정 효율화를 저해하는 요인이 되기 때문이다.
부착물이 붙지 않도록 제거하기 쉬운 코팅방법을 개발해 생산설비 내부의 효율화를 도모할 계획이며 그동안 이용하기 어려운 것으로 알려졌던 섭씨 200도 이하 저온열 환경에서도 활용하는 방법을 모색하고 있다.
일본은 폐플래스틱 유효 이용률이 80%로 높은 수준이지만 MR은 해외 처리에 의존하고 있는 등 아직 해결해야 할 과제가 많은 것으로 파악되고 있다.
특히, 아시아 각국의 폐플래스틱 수입 규제와 해양 플래스틱 문제를 계기로 리사이클 시스템 고도화가 요구되고 있다.
NEDO는 혁신적인 프로세스 개발을 통해 확보한 기술을 활용해 2030년까지 리사이클량을 MR 87만톤, CR 86만톤, 에너지 회수 및 재이용 180만톤 등으로 확대할 계획이다.

가전, CMR 도입으로 재생 플래스틱 사용 본격화
가전은 재생 플래스틱을 탑재해 리사이클하는 CMR(Closed Material Recycle) 도입이 부상하고 있다.
가전 리사이클은 원래 금속류를 중심으로 이루어졌고 폐플래스틱은 대부분 중국 등에 수출해 처리했으나 최근 플래스틱 재자원화에 대한 관심이 높아졌을 뿐만 아니라 중국이 2017년 말 폐플래스틱 수입을 차단함으로써 재생 플래스틱을 사용하는 흐름으로 변화하고 있다.
가전 생산기업들은 재생 플래스틱을 가전에 투입하는 CMR에 주목하고 있으며 CMR을 확대하기 위해서는 플래스틱 자원을 확보하는 것이 중요하기 때문에 선별기술 확립에 총력을 기울이고 있다.
리사이클에서는 폐기물을 화학원료로 재생하는 CR 기술이 주목받고 있는 반면 가전은 MR을 중시하고 있다. 가전용 플래스틱은 종류가 비교적 통일돼 있고 손으로 해체해 단일소재로 회수하는 것이 편리하기 때문으로, 최근에도 CR이 아니라 CMR 도입에 주력하고 있다.
가전에서 플래스틱을 다량으로 회수하고 각종 첨가제로 기능을 회복시킨 후 새로 생산하는 가전에 대한 투입범위를 늘려나가는 작업이 CMR 보급에 도움이 될 것으로 판단하고 있다.

플래스틱 선별기술 고도화 필수적
그동안 손으로 폐가전을 해체한 후 파쇄기에 넣어 혼합 플래스틱 상태로 만드는 것이 일반적이었으나 선별이 어렵다는 문제가 부각되면서 샤프(Sharp) 등은 반자동기를 활용해 세탁기의 대형부품을 미리 떼어내는 작업을 강화하고 있으며 떼어낸 부품은 그레이드별로 소재를 분류하고 있다.
PP(Polypropylene)는 세탁기 수조와 같은 고충격 그레이드와 탈수조, 밸런서, 펄세이터 등 고강도 그레이드, 냉장고 야채칸에 사용하는 백색 그레이드 등으로 구분하고 있다.
고충격 그레이드는 다시 세탁기 수조에 사용하고 고강도 그레이드는 냉장고 밑판이나 에어컨 모터 부품으로, 백색 그레이드는 냉장고 파티션이나 에어컨 루버 등으로 재이용하고 있다.
샤프와 대조적으로 미츠비시전기(Mitsubishi Electric)는 파쇄 후 혼합 플래스틱 선별에 무게를 두고 있다.
손으로 해체할 수 있는 범위가 한정돼 있고 양도 적기 때문에 혼합 플래스틱으로 순환비중을 높이는 것이 중요하다고 판단하고 있다.
습식선별, 정전선별 등 다양한 방식을 활용해 혼합 플래스틱으로부터 고순도 PP, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PS(Polystyrene) 플레이크를 추출하고 PP 플레이크는 재생 펠릿으로 제조해 가전에 다시 투입하고 있으며 ABS도 최근 재생 펠릿화 작업에 착수했다.
파나소닉(Panasonic)은 혼합 플래스틱을 동시에 선별하는 기술을 보유하고 있다.
근적외선 센서로 흡수 스펙트럼 사이의 차이를 파악하고 PP, ABS, PS를 순도 99% 이상으로 동시에 선별하고 있으며 매년 1만6000톤에 달하는 재생 플래스틱을 가전 생산에 투입함으로써 자가순환 리사이클을 실현하고 있다.
셀룰로스(Cellulose) 섬유 강화 플래스틱 동시 선별도 시작해 무선 청소기에 적용하고 있으며 냉장고, 세탁기 등 대형가전에도 투입해 성형소재 리사이클을 추진할 방침이다.
셀룰로스 섬유는 재자원화 후 유리섬유처럼 휘지 않게 돼 물성 열화가 적은 것으로 파악되고 있다. (K)