플래스틱 리사이클은 CR(Chemical Recycle)로 중심이 옮겨가고 있다.
석유화학기업들은 최근 순환경제 이행을 본격화하면서 폐플래스틱을 분쇄한 다음 선별‧세정해 재이용하는 MR(Mechanical Recycle) 대신 화학제품 원료로 되돌리는 CR 사업화를 본격화하고 있다.
국내 석유화학기업들도 CR을 추진하고 있으나 아직까지 별 진전이 없는 것으로 파악된다.
해외 기술을 도입하고 있으나 선진 기술을 소화해 적용할 수 있는 자체 기술을 확보하지 못함으로써 활용성이 떨어지는 것으로 평가된다.
다우, 무라 기술 협력으로 글로벌 CR 리드
글로벌 화학기업들은 CR 사업에 박차를 가하고 있다.
글로벌 화학 메이저 다우(Dow)는 영국 무라테크놀로지(Mura Technology)와 함께 2030년까지 재활용능력 60만톤을 목표로 글로벌 리사이클을 추진하고 있다.
다우와 무라는 독일 뵐렌(Bohlen)에 있는 다우 화학단지에 12만톤 재활용 설비를 건설해 2025년 가동할 계획이다. 2030년 총 60만톤으로 확장하는 방안을 고려하고 있다.
무라는 영국 파일럿플랜트에 독자적인 HydroPRS(Hydrothermal Plastic Recycling Solution) 전환공정을 도입했으며 초기에는 열분해유 2만톤
을 생산하고 이후 8만톤으로 확대할 계획이다.
파일럿플랜트는 2023년 가동을 앞두고 있으며 시험가동 데이터를 베이스로 뵐렌에 상업설비를 건설함으로써 열분해유 운송을 최소화하고 탄소 배출을 줄일 수 있을 것으로 기대하고 있다.
뵐렌 공장에 투입되는 폐플래스틱 원료는 약 13만5000톤으로 전처리 및 수소처리 설비투자를 포함해 1억유로 이상을 투입할 것으로 알려졌다.
다우는 2030년까지 세계적으로 폐플래스틱 100만톤 이상을 수집해 재사용 및 재활용하는 것을 목표로 하고 있으며 2025년 유럽에 판매하는 생산제품에 최소 10만톤의 재활용 플래스틱을 포함할 계획이다.
다우는 오염 여부 및 멀티레이어 플래스틱 구성으로 식품 포장재 MR에 한계가 있다고 판단하고 폐쇄 루프(Closed-Loop)를 달성하기 위해 CR을 적극적으로 도입하는 것으로 알려졌다.
버려지는 식품 포장재로 PE(Polyethylene)를 생산하고 PE로 다시 식품 포장재를 생산하는 순환을 구상하고 있으며 PE 뿐만 아니라 자동차 및 가전제품에도 적용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
다우는 넥서스(Nexus Circular)와 텍사스에 2만6000톤 재활용 설비를 별도로 건설하고 있으며, 넥서스는 독자적인 열분해 기술을 사용해 폐플래스틱을 원료로 전환하고 다우에게 공급할 예정이다.
또 Valoregen과 함께 프랑스에 MR과 CR을 결합한 하이브리드 재활용 설비를 건설하고 있으며 폐플래스틱 처리능력은 7만톤으로 2023년 1분기에 가동할 것으로 알려졌다.
유럽을 중심으로 플래스틱 300만톤 리사이클
다우는 CR 사업에서 1단계로 무라 영국 공장에서 원료를 조달해 2023년부터 순환형 원료 생산을 시작하고 2단계로는 설비 규모화에 속도를 낼 예정이다.
2단계에 해당하는 독일 프로젝트에서는 HydroPRS로 생산한 재생 PE(Polyethylene)를 자동차, 가전용으로 투입할 계획이다.
다우는 독일에서 뵐렌과 함께 Schkopau에서 석유화학 컴플렉스를 가동하고 있으며 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 등 기초화학제품 생산을 위한 스팀 크래커부터 PE 플랜트까지 일관생산체제를 갖추고 있다.
아울러 화학제품 생산‧가공‧물류 등 밸류체인을 갖추고 플래스틱 가공기업, 화학제품 관련 서비스기업 등 27사와 함께 밸류파크를 형성하고 있어 폐플래스틱 조달이 용이한 것으로 평가되고 있다.
뵐렌 공장에서는 무라가 CR 플랜트에서 분해유를 생산해 다우에게 공급하면, 다우가 Schkopau 기지로 옮겨 플래스틱 가공에 사용하고 최종 생산물을 글로벌 시장에 투입하는 방안을 검토하고 있다.
다우는 각각의 프로젝트로부터 폐플래스틱으로 생산한 수지를 공급받아 PE를 생산할 계획이어서 재활용 원료의 최대 소비자로 부상할 것이 확실시된다.
다우는 2030년까지 100만톤의 플래스틱을 회수‧재이용‧리사이클할 계획이었으나 최근 폐기물 회수 시스템 구축 작업이 예상보다 순조롭게 진행됨에 따라 300만톤으로 목표를 확대하고 대상지역 역시 유럽‧미국에서 아시아, 아프리카로 확대하기로 했다.
다우는 포장‧특수 플래스틱 사업부문에 신규 사업 플랫폼인 서큘러‧재생가능에너지‧솔루션을 설치하고 플래스틱 리사이클 사업 확대를 본격화하고 있으며 리사이클 원료 확대를 위해 2021년 5월 초임계수를 사용해 촉매수열반응으로 플래스틱을 CR 처리하는 무라와 연계하고 있다.
무라, HydroPRS 기술로 리사이클 주도
플래스틱 리사이클에서는 무라테크놀로지의 HydroPRS 기술이 주목받고 있다.
초임계수를 이용해 매립, 소각처리만이 가능하고 리사이클이 어려웠던 폐플래스틱을 효율적으로 화학제품 원료로 재생하는 CR 방식 가운데 하나로 PCR(Post Consumer Recycled) 플래스틱 확대에 기여할 것으로 기대되고 있다.
무라테크놀로지의 HydroPRS 기술은 초임계수의 성질을 이용해 플래스틱의 탄소 혹은 수소 결합을 절단하는 방식으로 작용한다. 물은 섭씨 374도 고온과 22MPa 고압 조건에서 밀도가 액체보다 낮고 기체보다는 높은 초임계수로 전환되고, 초임계수는 물과 수증기의 성질을 모두 갖추어 용매 기능이 우수하고 물체를 단시간 분해가 가능하다.
풀이나 돌, 모래 등 이물질을 제거한 폐플래스틱을 절단한 다음 고온고압으로 용해하고 반응로 안에서 초임계수와 혼합해 온도를 높이면 약 25분의 짧은 시간에 기름(액체 탄화수소) 등이 생성되며 이후 기름을 증류 처리해 나프타(Naphtha)나 가스오일 등으로 전환하고 플래스틱, 화학제품 원료 등으로 재이용한한다.
HydroPRS로 재생된 플래스틱은 식품용기에도 적용이 가능한 것으로 알려졌다.
세계 폐플래스틱 발생량은 매년 3억톤에 달하며 50%는 1회용 플래스틱이어서 HydroPRS 기술이 실용화되면 기름이나 식품이 달라붙어 있는 필름 등 연포장 소재와 다른 종류의 플래스틱이 사용된 다층필름, 혼합 플래스틱 등 그동안 재생이 어려웠던 폐플래스틱까지도 효율적으로 재생함으로써 화석 베이스 원료 사용을 억제할 수 있을 것으로 기대된다. 
HydroPRS 기술을 최초로 채용한 플랜트는 영국 중부 티스사이드(Teesside)에 건설할 예정이다. 전체 생산능력은 8만톤이며 No.1 2만톤은 2023년 가동할 예정이다.
무라테크놀로지는 2022년 6월 다우와 공동으로 처리능력 12만톤의 HydroPRS 플랜트를 여럿 건설해 2030년까지 총 생산능력을 최대 60만톤으로 확대하는 대규모 투자 프로젝트를 진행하고 있다.
무라는 미국 4곳, 독일 6곳에서 각각 처리능력 10만톤 수준의 리사이클 플랜트 건설을 검토하고 있으며 브라질에서도 기술 개발 및 라이선스 분야의 파트너인 엔지니어링 메이저 KBR과 공동으로 사업 타당성 조사를 진행하고 있다.
무라는 다우나 셰브론필립스(Chrvron Phillips) 등 플래스틱 메이저나 KBR과 공동으로 스케일업을 위한 연계를 강화하고 있다. 2022년 6월 KBR로부터 1억달러를 출자받았다.
2022년 1월에는 LG화학이 지분 일부를 인수했고, LG화학은 무라 기술을 활용해 처리능력 2만5000톤의 리사이클 플랜트를 신규 건설하는 방안을 검토하고 있다.
HydroPRS 라이선스 사업도 본격화하고 있으며 2021년 6월 미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)에게 라이선스를 결정했다. 미츠비시케미칼은 정유기업 에네오스(Eneos)와 공동으로 이바라키현(Ibaraki)에서 처리능력 2만톤의 리사이클 플랜트를 건설해 2023년 가동할 예정이다.
유럽을 중심으로 아시아·남미까지 진출
무라는 다우 출신 스티브 마혼 CEO(최고경영자)가 2016년 영국에서 설립한 CR 전문기업이며 폐플래스틱 베이스로 화학제품 원료를 생산할 수 있는 HydroPRS 기술 개발 및 라이선스, HydroPRS 프로세스를 이용한 폐플래스틱 분해유 및 가스 공급 사업을 영위하고 있다.
2025년까지 다우의 독일 프로젝트를 추진하는 등 100만톤에 달하는 플래스틱 리사이클 체제를 확립하는 것을 목표로 하고 있다.
무라는 유럽‧미국에 처리능력 12만톤의 CR 플랜트를 여럿 건설하고 다우에게 리사이클 원료 60만톤을 공급할 예정이며 다우의 독일 뵐렌 공장에 2025년까지 CR 설비를 도입하기로 했다.
프랑스에서는 CR, MR 등으로 폐플래스틱 7만톤을 처리하는 공장을 건설하고 있는 Valoregen과 협업하고 있고, 미국에서는 텍사스에 CR 2만6000톤 플랜트를 건설한 넥서스로부터 원료를 공급받는다.
브라질에서는 Boomera LAR과 MR 사업에서 협업하고 있으며, 아프리카는 케냐 MGA에게 투자해 4년 동안 약 9만톤의 폐플래스틱을 회수하고 포장용으로 리사이클할 계획이다.
인디아에서는 현지 리사이클기업 Lucro Plastecycle, 소비재 메이저 Marico와 파트너십을 체결하고 Marico 소비재에 리사이클 소재를 활용한 집적 쉬링크 필름을 도입한다.
무라 기술을 대규모 플랜트에 적용하기 위해서는 엔지니어링이 반드시 필요하며 세계 80여개국에서 2만9000명을 고용한 미국 엔지니어링 메이저 KBR이 2021년 1월부터 플랜트 설계‧조달‧건설을 독점적으로 담당하고 있다. KBR은 2022년 6월 무라에 1억달러를 추가 출자했다.
무라는 유럽에서 다우 외에 셰브론필립스와 전략적 파트너십을 체결했고 아시아에서는 기술 라이선스 사업을 본격화하고 있다.
2021년 일본 미츠비시케미칼이 아시아 최초로 무라 기술을 도입했고 2022년 LG화학까지 도입함에 따라 한국을 중심으로 아시아에서 라이선스 사업을 확대하는 방안을 검토하고 있다.
앞으로도 자사 플랜트 건설과 라이선스 사업을 동시에 강화할 예정이며 라이선스 사업에서는 기술 제공처의 가동실적을 통해 노하우를 축적함으로써 세계적인 수준의 리사이클 플랜트 확대에 활용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
사이클릭스, 엑손모빌‧라이온델바젤과 협력
미국 사이클릭스(Cyclyx International)는 엑손모빌(ExxonMobil), 라이온델바젤(LyondellBasell)과 공동으로 텍사스의 휴스턴(Houston)에 플래스틱 분리‧전처리 공장을 건설한다.
회수된 폐플래스틱의 조성을 분석하고 리사이클기업의 사양에 맞추어 가장 유효한 방법으로 재이용할 수 있도록 분류할 계획이다.
화학제품 원료 약 15만톤 정도를 생산해 엑손모빌과 라이온델바젤의 CR 플랜트나 MR 시장에 공급하는 것을 목표로 하고 있다. 2023년 초 최종투자를 판단할 방침이다.
사이클릭스는 해중합을 통해 PS(Polystyrene)를 CR 처리하는 기술을 상업화한 아질릭스(Agilyx)와 엑손모빌이 2020년 설립한 폐플래스틱 리사이클용 원료 생산기업이다.
아질릭스는 2004년 설립된 이후 축적한 폐플래스틱 조성 데이터베이스와 인공지능(AI) 기계학습을 활용해 플래스틱의 리사이클성을 예측하고 리사이클 사업자별로 최적화시키는 기술을 보유하고 있다.
휴스턴 프로젝트는 최근 커스텀 사양으로 폐플래스틱 원료를 블렌드하고자 하는 수요가 확대됨에 따라 준비하고 있으며, 사이클릭스가 폐플래스틱 이용률 향상을 위해 컨소시엄을 형성하고 엑손모빌과 라이온델바젤이 참여하는 형식으로 진행한다.
다우나 셰브론필립스(Chevron Phillips), 이네오스(Ineos) 등도 참여하며 사이클릭스 주도 아래 휴스톤 공장과 비슷한 설비를 멕시코만을 중심으로 미국 각지에 건설하는 방안을 검토하고 있다.
엑손모빌은 2026년 말까지 글로벌 사업장에서 50만톤의 플래스틱을 CR 처리하는 것을 목표로 하고 있으며, 현재 미국 텍사스의 베이타운(Baytown) 소재 CR 공장을 확장하고 완공 후 북미 최대 리사이클 능력 3만톤을 갖출 것으로 예상된다.
라이온델바젤은 2030년까지 폐플래스틱, 바이오매스 등 재생가능 자원을 베이스로 200만톤의 재생 플래스틱을 생산하겠다는 목표 아래 23 Oaks Investments와 독일에서 폐플래스틱 고도분별을 위한 합작기업 Source One Plastics를 설립하고 전공정 투자를 진행할 방침이다.
풍력, 바이오매스 등으로 얻은 전력을 사용해 그동안 소각 처리했던 플래스틱 용기·포장재 등을 처리할 예정이며 생산능력은 독일인 130만명이 사용할 수 있도록 구축하고 라이온델바젤이 독일 베셀링(Wesseling)에 건설하는 CR 플랜트에 원료로 공급한다.
23 Oaks Investments는 폐플래스틱 업사이클과 관련된 전략적 솔루션 프로바이더로 라이온델바젤과의 합작을 통해 폐기물 조달‧선별‧전처리 등 폭넓은 서비스를 제공하고 고품질 재생 플래스틱 생산에 적합한 원료를 공급할 계획이다.
라이온델바젤은 베셀링에 독자적인 폐플래스틱 CR 기술인 MoReTec을 적용한 최초의 상업 플랜트를 건설할 예정이다. MoReTec은 기존에 리사이클이 어려웠던 다층 식품용 용기 및 포장재와 혼합 플래스틱 용기 등 대부분의 플래스틱 가공제품을 리사이클할 수 있는 기술로 평가된다.
바스프(BASF)는 플래스틱 폐기물 열분해 기술을 활용하는 독일 최초의 상업 플랜트를 건설하고 있는 Arcus Greencycling Technologies와 열분해유 제조 및 조달 관련 계약을 체결했으며 매년 최대 10만톤의 열분해유를 공급받아 페어분트(Verbund)에서 원료로 활용할 예정이다.
노르웨이 Quantafuel, 독일 Pyrum, 헝가리 New Energy와도 파트너십을 확립했다.
Quantafuel은 혼합 폐플래스틱 열분해와 추출유 정제 전문기업이며 Pyrum, New Energy는 폐타이어 열분해에 특화된 것으로 알려졌다.
SK, 퓨어사이클과 손잡고 폐플래스틱 처리·생산
국내에서는 SK그룹이 다우와 유사한 방법으로 CR 사업을 추진하고 있다.
SK지오센트릭은 2022년 3월 미국 퓨어사이클(PureCycle)에게 5500만달러의 지분 투자를 단행했다. 
퓨어사이클은 용제를 활용해 폐플래스틱에서 오염물질, 냄새, 색을 제거한 초고순도 재생 PP(Polypropylene)를 추출하는 CR 기술을 보유하고 있으며 2022년 4분기에 미국 오하이오에 5만톤 생산설비를 완공하고 조지아에도 30만톤의 제2공장을 건설하고 있다.
용제를 고온에서 높은 압력을 가해 기체와 액체의 중간 상태로 만든 후 PP 조직에 침투시켜 오염물질을 제거함으로써 순수한 PP를 추출하는 기술이다.
퓨어사이클은 피앤지(P&G), 로레알(L'Oreal) 등과 공급계약을 체결하며 기술력을 인정받은 것으로 파악된다.
SK지오센트릭과 퓨어사이클은 한국에 합작법인을 설립하고 울산 컴플렉스에 폐플래스틱 7만3000톤을 처리할 수 있는 재활용 설비를 건설하고 있다.
울산에는 PP 재활용 뿐만 아니라 PET(Polyethylene Terephthalate) 재활용을 위해 캐나다 루프인더스트리(Loop Industry)의 기술을 도입한 해중합 설비, 미국 브라이트마크(Brightmark) 기술과 국내 소규모 열분해 관련기업들의 후처리 기술을 적용한 열분해 설비를 건설하고 있다.
울산 리사이클 클러스터는 2025년 완공을 목표로 하고 있으며 폐플래스틱 25만톤을 재활용해 석유화학제품 22만7000톤을 생산할 계획이다.
SK케미칼, CR 밸류체인 완성
SK케미칼은 CR 체제를 갖추고 글로벌 시장 진출을 추진한다.
SK케미칼은 3월6일 이사회에서 중국 그린소재 전문기업 슈에(Shuye)의 CR 원료 및 CR PET 사업 관련 자산을 1300억원에 인수하는 계약을 승인했다.
인수 대상에는 폐플래스틱을 CR해 재활용 원료를 생산하는 해중합 공장과 CR 원료를 투입해 다시 PET를 제조하는 설비가 포함됐다.
SK케미칼은 슈에 자산 인수를 통해 다른 국내기업들보다 약 1-2년 빠르게 해중합 기술이 적용된 CR 원료 및 재생제품 상업생산체계를 갖
추게 됐고 CR 원료, CR PET, CR 코폴리에스터로 이어지는 리사이클 플래스틱 밸류체인을 완성함으로써 핵심사업인 코폴리에스터의 지속가능성을 확보하고 새로운 성장의 발판을 마련한 것으로 평가되고 있다.
글로벌 재활용 PET 시장은 2022년 기준 약 970만톤으로 성장했으나 아직 MR PET가 대부분을 차지하고 있다.
SK케미칼은 글로벌 CR 시장이 2030년 460만톤에 10조원으로 성장할 것으로 예상하고 성장 잠재력이 높은 CR 원료 및 CR PET 사업을 성장동력으로 시장 형성 초기부터 사업역량을 집중할 방침이다.
슈에의 생산 및 파일럿 설비 운영을 통해 자체 보유기술을 빠르게 검증해 국내 해중합 설비투자를 가속화하고 파트너를 발굴해 글로벌 생산 인프라를 구축할 계획이다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com)
