플래스틱은 기후변화, 해양 플래스틱 쓰레기, 폐기물 수입규제 강화 등의 영향으로 자원순환에 대한 요구가 높아지고 있다.
특히, CR(Chemical Recycle)은 폐플래스틱을 재생할 수 있는 기술로 각광받고 있으며 관련 연구개발(R&D) 프로젝트가 잇따르고 있다.

일본, 2050년 CR 처리량 250만톤으로 확대
일본은 2019년 기준 폐플래스틱 유효이용률이 85%에 달했으나 TR(Thermal Recycle)이 약 60%를 차지하고 CR은 27만톤으로 약 3%에 불과한 것으로 파악되고 있다.
폐플래스틱을 연소해 열에너지를 회수하는 TR은 발전에 필요한 화석자원 사용을 억제할 수 있으나 연료, 폐플래스틱을 연소하면서 이산화탄소(CO2)를 배출하는 문제점이 나타나고 있다.
또 폐플래스틱을 세정‧분쇄해 입자화한 후 용융해 재생산하는 MR(Material Recycle)은 자원순환에 기여하는 중요한 기술로 인정받고 있으나 리사이클을 반복하면서 품질이 열화돼 신규 소재 혼합이 필요한 사례가 많으며 단일소재, 오염 및 이물질이 적어야 하는 등 조건이 엄격해 처리가능량에 한계가 있는 것으로 파악된다.
CR은 원료 수준에서 같은 성능까지 회복할 수 있는 유일한 기술로 업사이클이 가능한 이점이 부각되고 있다.
일본 화학공업협회는 순환형 CR에 따른 폐플래스틱 처리량을 2030년 150만톤, 2050년 250만톤으로 끌어올리겠다는 목표를 세우고 있으며, 화학기업들도 대응전략을 강화하고 있다.
미쓰이케미칼(MCI: Mitsui Chemicals)은 바스프(BASF) 기술을 도입한 열분해유 설비 설치를 검토하고 있으며, 세계에서 유일하게 가스화 설비를 장기 가동한 경험을 보유한 쇼와덴코(Showa Denko)는 2050년 탄소중립을 실현하는 핵심기술로 유화기술을 주목하고 있다.
PS(Polystyrene) 생산기업인 PS재팬(PS Japan), 도요스타이렌(Toyo Styrene), DIC는 외부기술을 이용한 실증체제 구축에 박차를 가하고 있다.

SCC‧MCC, 해중합 기술 도입 가속화
스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)은 2022년 하반기에 에히메(Ehime) 공장에 아크릴수지(Acrylic Resin)를 해중합하는 CR 설비를 도입할 방침이다.
독자 개발한 기술을 적용해 자동차 램프 등에 사용된 PMMA(Polymethyl Methacrylate) 폐기물을 회수한 후 섭씨 40도로 가열해 열분해함으로써 모노머로 되돌리며, 재생 MMA(Methyl Methacrylate)는 외부에 공급하거나 직접 폴리머로 제조할 계획이다.

스미토모케미칼은 1990년대 환경부담 저하를 요구하는 일부 자동차기업 등의 니즈에 대응하기 위해 CR 사업을 시작했으나 당시에는 모노머 수율이 낮고 수요가 한정적이어서 사업을 확대하지 못했으나 최근 세계적으로 리사이클에 대한 니즈가 높아짐에 따라 CR 사업을 다시 적극화하고 있다.
특히, 유럽연합(EU)의 리사이클 컨소시엄 MMAtwo에 자극을 받은 것으로 알려졌다.
MMAtwo는 유럽 지역의 리사이클 비율이 약 10%에 불과하던 PMMA 폐기물을 원자재로 되돌리는 프로젝트로 2018년 아케마(Arkema)를 비롯한 화학기업과 리사이클기업 등이 매립, 소각에 대한 비난에 대응하기 위해 시작했으며 2022년 이후 설비 가동을 목표로 하고 있다.
스미토모케미칼도 폐기물이 대부분 소각되고 있는 상황을 우려해 우선 소규모 실증설비 건설을 결정했으며 생산부터 폐기까지 이르는 전과정에서 발생하는 이산화탄소를 약 60% 감축할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
미츠비시케미칼(MCC: Mitsubishi Chemical)은 2021년 7월 에네오스(ENEOS)와 공동으로 CR 유화 사업을 시작한다고 발표했으며 아크릴수지 리사이클, 기린홀딩스(Kirin Holdings)와의 PET(Polyethylene Terephthalate) 재자원화 프로젝트를 동시에 진행할 계획이다.
미츠비시케미칼은 리사이클 대상 플래스틱, 지역 등에 각각 적합한 체제를 구축할 방침이며, 2024년 가동을 목표로 일본, 유럽에 해중합 설비를 건설하고 있다.
아크릴수지는 리사이클 생태계가 확립된 유럽에서 불특정 다수의 수요처로부터 회수한 페기물을 리사이클해 불특정 다수에게 공급하는 개방적인 모델을 구상하고 있다.
일본은 폐쇄적인 구조로 특정기업에게 공급한 자사 생산제품을 회수해 리사이클한 후 다시 해당기업에게 공급하는 시스템을 계획하고 있다. 혼다(Honda)와는 테일램프 등을 대상으로 검토를 시작한 것으로 알려졌다.

유화기술, 에틸렌 원료 제조기술로 주목
CR은 폐플래스틱, 폐고무 등을 귀중한 자원으로 인정하고 화학제품의 원료로 재이용한다는 점에서 주목받고 있다. 
특히, 폐플래스틱을 고온에서 열분해해 유화하는 기술은 기존 나프타(Naphtha) 크래커를 이용할 수 있는 이점이 있어 에틸렌(Ethylene) 크래커를 가동하고 있는 석유화학기업을 중심으로 기술 도입을 검토하는 움직임이 잇따르고 있다.
2050년 탄소중립 실현을 목표로 하는 쇼와덴코는 CR 기술 개발에 주력하고 있다.
쇼와덴코는 이미 폐플래스틱에서 수소와 이산화탄소를 추출하는 CR 가스화 기술을 확립하고 있으며 폐플래스틱 유화기술에 대해서도 R&D를 추진하고 있다.
유화기술은 폐플래스틱, 폐타이어 등을 산소가 없는 환경에서 고온으로 열분해해 유화, 나프타(Naphtha), 중질유를 얻는 프로세스로 설비 건설에 많은 비용이 소요되나 기존 석유화학 설비를 활용해 다양한 화학제품에 부가가치를 부여할 수 있어 가장 유력한 CR 기술로 주목받고 있다.
유화기술 개발을 선도하고 있는 바스프는 2025년까지 재생소재를 25만톤 이용하겠다는 목표를 세우고 있는 가운데 2018년 2월 폐플래스틱을 유화해 주로 에틸렌, 프로필렌(Propylene)을 생성하는 ChemCycling 프로젝트를 통해 처음으로 재생소재 생산에 성공했다고 발표했다.
다우(Dow)는 2030년까지 전세계에서 플래스틱 100만톤을 회수, 재이용, 리사이클하겠다는 목표를 세우고 CR 기술을 보유한 영국 무라테크놀로지(Mura Technology)와 제휴하고 있으며 사빅(Sabic), 쉘(Shell), 라이온델바젤(LyondellBasell) 등도 잇따라 관련대책을 발표했다.

석유정제 연계에 물질수지 방식 채용도 추진 
유화기술로 생성된 열분해유는 일반적으로 나프타 수율이 20-40%에 불과하고 나머지는 등유, 경유, 중유 등으로 구성돼 있으며, 현시점에서는 나프타 수율이 낮아 나프타 유분만 이용해서는 리사이클 모델로 적합하지 않은 것으로 평가되고 있다.
이에 따라 석유정제와 연계하는 방안이 주목받고 있다.
미츠비시케미칼은 2021년 7월 말 에네오스와 공동으로 이바라키(Ibaraki) 공장에 수십억엔을 투입해 CR 사업을 시작하기로 결정했다.
외부에서 조달한 폐플래스틱을 유화하며 원료인 폐플래스틱의 60-80%를 열분해유로 전환해 나프타 유분은 미츠비시케미칼의 에틸렌 크래커에, 중질유분은 에네오스의 석유정제 설비에 투입할 방침이다.
원하는 유분만 선택적으로 추출할 수 있는 기술 개발도 이루어지고 있다.
스미토모케미칼은 무로란(Muroran)공업대학과 공동으로 촉매를 이용한 올레핀(Olefin)화 프로세스를 개발하고 있다. PE(Polyethylene), PP(Polypropylene)가 주성분인 폐플래스틱을 열분해해 가스화할 계획이다.
C2-C5 유분을 높은 수율로 얻을 수 있는 기술로 2030년까지 상업화할 방침이나, 열분해 프로세스는 폐플래스틱에 함유된 염소가 설비를 부식시킴에 따라 PVC(Polyvinyl Chloride)를 제거하는 전처리가 필요한 것으로 파악되고 있다.
미츠비시케미칼이 라이선스 공급계약을 체결한 무라테크놀로지 기술은 온도와 압력이 높은 초임계수 안에서 폐플래스틱을 분해함으로써 PVC, 바이오매스 원료 등 유기물 처리가 가능할 것으로 판단하고 기술 개량을 추진하고 있다.
생성된 열분해유는 대부분 크래커에 투입하며 이후 생산되는 유도제품에 친환경적인 부가가치를 부여하기 위해서는 특별한 시스템이 필요한 것으로 판단하고 있다.
화학기업들은 물질수지(Mass Balance) 방식 채용을 검토하고 있다.
석유 베이스 원료와 폐플래스틱 베이스 리사이클 원료를 혼합해 플랜트를 가동할 때 제3자 인증을 획득함으로써 사용한 리사이클 원료의 비율을 임의의 생산제품에 분배할 수 있기 때문이다.
2021년 가을 오사카(Osaka) 공장에 바이오매스 나프타를 도입한 미쓰이케미칼은 바스프 기술을 채용한 열분해 설비 건설을 추진하고 있으며, 전문팀을 구성해 해당 프로세스를 거쳐 생산하는 플래스틱을 어디에 얼마나 적용할지 검토하고 있다.
미츠비시케미칼도 CR 설비 건설을 위해 물질수지 도입을 고려하고 있다.

테이진, 섬유제품 순환모델 구축 가속화
글로벌 패션산업은 이산화탄소 배출량이 2015년 약 17억톤에서 2030년 약 28억톤으로 대폭 증가할 것으로 예상되나 리사이클 비율은 약 10%에 머무르고 있다.
특히, 의복으로 재활용되는 비율은 2-3%에 불과할 것으로 파악되고 있다. 
이에 따라 섬유제품 생산단계를 친환경화하거나 헌옷을 자원화하는 기술이 온실가스 감축에 기여하는 유효한 수단으로 주목받고 있으며 섬유 메이저들은 독자적 기술을 개발함으로써 리사이클 생태계 구축에 박차를 가하고 있다. 
테이진(Teijin)은 2021년 4월 이토추상사(Itochu), JGC와 공동으로 폴리에스터(Polyester) 섬유 폐기물의 CR 기술 라이선스를 사업화하는 방안을 검토하기 시작했다.
섬유에서 석유 베이스와 동등한 품질의 폴리에스터를 추출할 수 있는 테이진의 EG(Ethylene Glycol) 해중합 프로세스를 라이선스하는 것으로, 폐섬유를 분쇄한 후 EG를 추출해 분해‧정제하고 염료 등 이물질을 제거함으로써 DMT(Dimethyl Terephthalate)를 재생하고 다시 중합해 재생 PET를 제조하는 방식이다.
병에서 병으로 순환이 가능할 뿐만 아니라 착색된 섬유도 리사이클할 수 있는 강점이 있어 섬유 생산기업을 비롯해 중합기술 보유기업을 대상으로 제안할 계획이다.
테이진은 1960년대부터 CR 기술을 활용했으나 2000년대 이후 추진한 상업화에서는 고전을 면치 못했다.
생산자책임재활용제도(EPR)가 시작된 2002년에는 CR 기술을 기반으로 하는 폴리에스터섬유 회수 및 리사이클 시스템 ECO CIRCLE을 시작했으나 광역인증제도로 원료인 의류를 충분히 확보하지 못해 어려움을 겪었고, 이후 중국 협력공장에 수출해 리사이클하는 체제로 전환했으나 중국 정부가 폐기물 베이스 원료 수입을 금지하면서 일본에서 산업폐기물로 처리한 원료를 중국에 수출하는 모델이 붕괴됨에 따라 2018년 철수가 불가피했다.
그러나 최근에는 기후변화에 대한 관심이 높아지면서 의류의 대규모 폐기, 생산공정의 이산화탄소 배출 문제가 다시 부각되기 시작했다.
유럽위원회는 2021년 봄 발표한 순환경제 액션플랜에서 섬유를 중점분야 중 하나로 설정했으며, 일본 경제산업성은 순환경제 비전 2020에서 순환 시스템 검토가 시급한 분야에 섬유를 포함함으로써 CR을 추진할 수 있는 토양이 재정비되고 있다.
테이진을 비롯한 3사는 바젤협약으로 헌옷의 국가간 이동이 불가능해짐에 따라 지역마다 재생 칩을 생산하는 플랜트 수요가 확대될 것으로 예상하고 새로운 리사이클 생태계 구축을 추진하고 있다.

도레이, PA를 카프로락탐으로 CR
도레이(Toray)는 리사이클에 대응하기 위해 기존 설비를 응용하는 방안을 모색하고 있으며, 나고야(Nagoya) 공장에 PA(Polyamide) 6 전용 CR 설비 도입을 검토하고 있다.

PA를 생산할 때는 일반적으로 중합 불가능한 모노머, 올리고머가 재이용되며 올리고머는 해중합해 카프로락탐(Caprolactam)으로 되돌려 다시 사용하고 있어 CR에서도 해중합 기술을 활용할 방침이다.
도레이는 약 20년 전부터 직접 생산한 PA6 베이스 우비를 회수해 해중합 공정에 투입함으로써 소규모 CR을 실현했다.
기존에는 신규 카프로락탐 소재와 혼합해 이용했으나 환경의식이 높은 수요기업이 어패럴용을 중심으로 100% CR 섬유를 요구함에 따라 새롭게 증류장치 등을 설치해 신재와 구별해 생산할 수 있는 체제를 구축할 계획이다.
2022년에는 100% CR 칩을 월평균 수십톤 생산한 후 실, 직물 등으로 가공해 공급할 방침이다.
도레이는 PA6의 MR도 진행하고 있으며 열 등에 따른 열화로 MR이 불가능한 폐섬유, 폴리머 등을 CR에 활용할 계획이다.
나고야 공장에서 기술을 확립한 후 2020년대 말까지 해외 생산체제도 구축하겠다는 목표를 세우고 있다.

엑손모빌, 미국에 3만톤급 상업 플랜트 건설
글로벌 석유‧화학 메이저들도 플래스틱 리사이클 사업을 본격화하고 있다.
엑손모빌(ExxonMobil)은 미국 텍사스의 베이타운(Baytown)에서 독자적 기술을 채용한 소규모 CR 공장을 가동하면서 총 1000톤의 폐플래스틱을 처리함으로써 유효성을 확인했으며 2022년 말 상업가동을 목표로 북미 최대 처리능력인 3만톤급 상업 플랜트를 건설한다.
소규모 파일럿 공장에서는 혼합 폐플래스틱을 원료로 에탄(Ethane), 프로필렌(Propylene)을 경유한 다음 에틸렌, PE, PP를 제조하는 일련의 프로세스를 확립했고 개별 단계마다 ISCC+ 인증을 취득해 2022년부터 상업판매를 시작한 것으로 알려졌다.
상업 플랜트는 소규모 공장의 성과를 바탕으로 건설했으며 처리능력은 폐플래스틱 회수 및 선별 추진을 위한 정책과 규제가 정비되는 대로 추가 확대할 방침이다.
엑손모빌은 앞으로 5년 동안 전세계에서 약 50만톤의 CR 플랜트를 건설하는 것을 목표로 하고 있으며 유럽에는 플래스틱에너지(Plastic Energy)와 공동으로 유럽 최대 처리능력인 2만5000톤 공장을 건설할 예정이다.
추후 처리능력을 3만3000톤으로 확대하고 네덜란드, 미국 멕시코만, 캐나다, 싱가폴에서도 플랜트를 건설하는 방안을 검토하고 있다.
리사이클 활성화를 위해서는 폐플래스틱 회수량 확대와 선별능력 향상을 목표로 아질릭스(Agilyx)와 합작으로 사이클릭스인터내셔널(Cyclyx International)을 설립하고 대량의 폐플래스틱을 다양한 원료로 변환하기 위한 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

쉘케미칼, 유럽에서 리사이클 사업 확장
쉘케미칼(Shell Chemicals)은 유럽에서 폐플래스틱 리사이클 사업을 적극화하고 있다.
쉘케미칼은 네덜란드 뫼르딕(Moerdijk)과 독일 라인란트(Rheinland) 사업장에서 플래스틱 CR 사업을 추진하기로 위해 폐플래스틱 열분해 공장을 건설하고 있는 프라임(Pryme)과 열분해유 거래 계약을 체결했다.
프라임은 네덜란드 로테르담(Rotterdam)에 2022년 상업가동을 목표로 폐플래스틱 처리능력 6만톤의 열분해 공장을 건설하고 있으며 2024년에는 No.2 35만톤 공장도 건설할 계획이다.
쉘케미칼과 프라임은 벨기에 겐트(Ghent)에 소재한 프라임 테스트 플랜트에서 나온 열분해액 샘플 시험 및 평가를 위해서도 협력할 방침이다. 크래커에서 사용하기 적합한지 확인하고 폐플래스틱 리사이클 효율을 높이는 작업에 활용할 것으로 알려졌다.
쉘케미칼은 2025년까지 전세계에서 100만톤의 플래스틱 폐기물을 리사이클하겠다는 목표 아래 2021년 9월 블루알프(BlueAlp)와 폐플래스틱 열분해 기술 개발 및 실용화를 위한 전략적 파트너 관계를 체결하고 블루알프의 지분 21.25%를 취득했다.
앞으로 합작기업을 설립하고 네덜란드에 2023년 상업가동을 목표로 처리능력 3만톤 이상의 폐플래스틱 분해장치 2기를 건설한 다음 합작공장에서 나온 열분해유를 모두 쉘케미칼의 뫼르딕 및 라인란트 스팀 크래커의 원료로 사용하는 방안을 구상하고 있다.
싱가폴에서도 원료용으로 활용할 2번째 열분해유 공장을 확보하기 위해 아시아 지역에 대한 기술 라이선스 공급기업을 물색하고 있다. (박한솔 책임연구원)