
일본이 PS(Polystyrene) 리사이클 기술 개발에 박차를 가하고 있다.
일본 PS 생산기업 PS재팬(PS Japan)은 식품포장용기 등에 사용된 플래스틱을 분해해 PS 원료로 되돌리는 CR(Chemical Recycle) 기술 실용화를 추진하고 있다. 일본 미즈시마(Mizushima) 공장에 2021년 실증설비를 건설해 프로세스를 검증하고 기술적인 과제를 파악할 방침이다.
도요스타이렌(Toyo Styrene)도 2021년 말 가동을 목표로 실증설비를 건설하는 방안을 검토하고 있다.
일본은 PS를 중심으로 CR을 통해 폐플래스틱 문제를 해결하기 위한 움직임을 본격화하고 있다.
PS재팬, PS 리사이클 실증설비 건설 …
PS는 열분해를 통해 원료 SM(Styrene Monomer)을 추출함으로써 액체로 회수할 수 있는 등 CR에 적합한 특성을 보유한 것으로 파악되고 있다.
다만, 식품 찌꺼기가 부착되거나 다른 플래스틱이 혼합된 상태로는 재생공장 연속가동이 어디까지 가능한지, 에너지 투입량이 타당한지 등 실용화를 위해 과제를 도출할 필요성이 제기되고 있다.
PS재팬은 외부 CR 기술 도입을 결정하고 스타트업을 포함해 여러 관련기업과 협상을 진행하고 있으며 제휴처 선정을 거쳐 2021년 실증설비 건설을 구체화할 방침이다.
설비투자액은 수억엔으로 추정하고 있으며 이르면 2021년 완공할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
PS재팬은 아사히카세이(Asahi Kasei)와 이데미츠코산(Idemitsu Kosan)이 62대38 비율로 합작한 PS 전문 생산기업으로 미즈시마와 치바(Chiba) 플랜트를 가동하고 있다.
미즈시마 플랜트에서는 2020년 대규모 시험제품 생산 등에 대응할 수 있는 대형 시험생산설비를 도입했으며, 앞으로 CR 실증설비를 설치해 폐플래스틱 재생부터 재생원료를 이용한 제품화까지 일괄생산 및 검증할 수 있는 체제를 구축할 계획이다.
CR에 따른 재생수지는 석유 베이스 신규 수지에 비해 상대적으로 가격이 높은 것으로 파악되고 있으나 PS재팬은 재생공정 열효율, 온실가스 배출량 등을 검증해 동등한 수준을 목표로 가능한 부분까지 기술 완성도를 높일 방침이다.
도요스타이렌, 미국 라이선스 기술 도입
도요스타이렌은 2020년 4월 PS 리사이클 기술을 보유한 미국 아질릭스(Agilyx)와 라이선스 계약을 체결하고 모기업 덴카(Denka)의 치바 공장에 수십억엔을 투입해 2021년 말 가동을 목표로 3000톤 수준의 실증설비를 건설하고 있다.
도요스타이렌이 도입하는 기술은 PS 베이스 폐플래스틱을 섭씨 400-500도의 고온에서 가스로 분해하고 급랭해 액체로 전환한 후 불순물을 제거해 SM만 회수하는 방식이다.
폐플래스틱을 소재로 되돌리는 MR(Material Recycle)은 품질 측면에서 폐기된 식품용기를 다시 용기로 재생하는 수평 리사이클이 가장 어려우나 CR은 기술이 확립되면 식품용기 원료로도 사용할 수 있어 재생수지 활용영역이 확대될 것으로 예상하고 있다.
DIC-FPCO, 트레이 투 트레이 실증 추진
일본에서는 도요스타이렌, PS재팬에 이어 DIC와 FPCO도 PS 용기포장을 CR하기 위한 협업에 나섰다.
기존에 FPCO가 MR 처리를 위해 운영해온 회수 시스템을 활용해 트레이 투 트레이(Tray to Tray) 방식으로 순환하는 체계를 마련할 방침이다. 
10억엔 정도를 투자해 DIC의 요카이치(Yokkaichi) 공장에 실증 플랜트를 건설하고 2022년 수천톤 수준으로 실용화하는 방안을 검토하고 있다.
DIC와 FPCO는 수년 전부터 모노머 환원기술을 외부로부터 도입하는 계획을 세웠고 2019년에는 후보를 몇곳으로 줄이는 등 상세한 내용을 결정해가고 있다.
모든 공정에서 이산화탄소(CO2) 배출량을 감축할 수 있는지를 중시해 선정했고 열분해 에너지 사용량 등을 이산화탄소로 환산해 배출량 감축에 적합한 기술 채용에 주력하고 있다.
라이선스 계약 등을 통해 기술을 도입할 예정이며 일본 케미칼법에서 지정하고 있는 완전순환형 리사이클 시스템을 구축하겠다는 목표를 세우고 있다.
DIC는 PS 용기 대부분이 단일소재로 구성돼 있어 방법을 다양화하면 트레이 투 트레이 리사이클 적용 범위가 넓어지고 PS 시장의 영속성을 극대화할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
그동안 유색이거나 오염되고 손상된 폐용기는 MR 처리할 때 캐스케이드(Cascade) 리사이클밖에 처리법이 없었으나 순환루트를 확립할 계획이다.
일본, 회수 시스템 정착에 유색용기도 재활용
일본은 PS 용기 생산기업들이 폐용기를 회수하는 시스템이 일찍부터 정착되고 있다.
FPCO가 1990년대부터 폐 PSP(PS Paper) 트레이 회수 및 재이용을 추진해왔고 슈퍼마켓 체인점 등에 회수박스를 설치‧운영하고 있다.
백색 PSP와 OPS(Oriented PS) 투명용기 외에 여러 색이 들어간 용기까지 회수하고 있으며 2019년 회수량이 9200톤에 달했다.
기존 MR 방법은 가공하면 기계적 물성이 저하될 뿐만 아니라 유색용기를 처리하기 어렵다는 문제가 제기되고 있고, 유색용기가 전체 PS 용기의 20-30%를 차지하며 매년 증가추세를 나타내고 있어 리사이클을 저해하는 요인으로 작용하고 있다.
FPCO는 유색용기를 헹거 등 일회용품으로 재이용함으로써 대응했으나 앞으로는 트레이 투 트레이 방식을 적용할 방침이다.
또 현재는 대부분을 MR 방식으로 처리하고 있는 착색 단재로도 재이용해 순환고리를 넓힘으로써 이산화탄소 배출량을 대폭 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
DIC와 FPCO는 합작기업 등 공동 사업체를 조기에 설립한 후 실증 플랜트를 건설할 계획이다.
DIC는 패키지 소재 생산기업으로서 축적해온 노하우를 활용해 착색제, 잉크 등 잔사물 처리와 리사이클 스타이렌(Styrene) 100% 생산을 위한 기술적 과제 등을 검토해나갈 계획이다.