SCC, 폐플래스틱 직접분해 수율 60% 달성
스미토모케미칼(SCC: Sumitomo Chemical)은 CR(Chemical Reccle) 기술 스케일업 작업을 추진하고 있다.
스미토모케미칼은 화석 자원을 대체하기 위해 폐플래스틱이나 이산화탄소(CO2)를 화학제품의 원료로 투입하는 CR 기술을 개발하고 있다.
폐플래스틱 직접분해를 통한 올레핀 생산기술은 미니 벤치 설비에서 수율 60%를 달성해 이르면 2023년 가을 벤치 시험장비를 도입할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
이산화탄소와 수소를 원료로 메탄올(Methanol)을 제조하는 반응 프로세스는 독자적인 내부 응축형 반응기에서 기존의 2배에 달하는 수율을 달성했고 2023년 말까지 파일럿 설비를 도입할 예정이다.
폐플래스틱 베이스 합성가스로 에탄올(Ethanol)을 생산한 후 에탄올을 원료로 올레핀류까지 제조하는 기술은 2024년 이후 벤치 설비를 설치하는 것을 목표로 기술 확립을 서두르고 있다.
스미토모케미칼은 탄소자원 순환을 위해 회수‧분별을 마친 폐플래스틱을 직접 분해하는 올레핀 제조기술과 가스화로 에탄올을 유도하는 기술, 이산화탄소와 수소로 메탄올을 생산하는 알코올류 제조기술, 알코올에서 올레핀을 생산하는 기술 등을 개발하고 있으며 모두 일본 신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)의 그린이노베이션기금 사업으로 채택됐다.
폐플래스틱을 원료로 올레핀을 제조하는 기술은 폴리올레핀(Polyolefin) 함유량이 풍부한 폐플래스틱에서 에틸렌(Ethylene), 프로필렌(Propylene) 등 기초화학제품 원료를 추출하며, 유화공정을 거치지 않고 폐플래스틱을 섭씨 500도 열분해한 다음 제올라이트(Zeolite) 촉매로 접촉 분해해 올레핀 가스(C2-C5)를 추출하는 방식이다.
올레핀 가스는 스플리터에서 정제한 후 에틸렌, 프로필렌으로 유도하며, 접촉분해 과정에서 발생한 부생유는 직접 NCC(Naphtha Cracking Center)에 투입한다. 마루젠석유화학(Maruzen Petrochemical)과는 크래커에 접속하는 방식으로 연계한다.

올레핀 추출수율 80% 달성 위해 개발 집중
스미토모케미칼은 치바현(Chiba) 소데가우라(Sodegaura) 소재 에센셜 케미칼 연구소에서 미니 벤치 설비를 통해 올레핀 수율 목표 60%를 달성했으며 2023년 가을부터 2024년 초 사이에 수십킬로그램 수준으로 벤치 시험을 진행할 예정이다.
2025년 1000톤급 파일럿 플랜트를 도입하고 2029년 실증 플랜트를 통해 마루젠석유화학의 에틸렌 크래커에 연결하는 것을 목표로 하고 있다.
중장기적으로는 올레핀 수율을 80% 수준으로 높이고 C2-C3 유분을 더 선택적으로 추출할 계획이다.
폐플래스틱 베이스 합성가스를 사용한 에탄올 제조기술 분야에서는 불순물을 다량 함유하고 있는 폐플래스틱을 유동상식 가스화로에서 가스화한 다음 합성가스를 추출하고 필요에 따라 수소를 더해 일본 산업기술종합연구소와 공동 개발한 촉매로 반응시킴으로써 에탄올을 제조할 예정이다.

증류탑 등에서 정제해 에탄올 선택률을 70% 이상으로 높이는 것이 목표이다.
쓰쿠바(Tsukuba) 소재 산업기술종합연구소 연구실에서 개발을 진행하고 2024-2025년에는 수십에서 100kg 수준의 벤치 장치를 도입한다.
파일럿 플랜트는 2026-2028년까지 완공하며 촉매는 산업기술종합연구소의 하이스루풋 고속촉매 조제와 촉매 인포매틱스 등을 활용해 로듐 등을 중심으로 생산할 예정이다.
이산화탄소와 수소를 원료로 메탄올을 제조하는 프로세스는 2023년 말까지 파일럿 스케일 시험으로 이행할 방침이다. 평충 반응으로 물과 메탄올을 생성한 다음 메탄올이 기체 상태에서 이산화탄소로 돌아가려 하는 특징을 활용한 프로세스로 반응기를 한번만 거치는 원패스 수율이 낮아 일반적으로는 반응가스를 수차례 순화시킬 필요가 있다.
하지만, 스미토모케미칼이 개발한 내부응축형 반응기는 생성된 메탄올을 순식간에 냉각수로 액화해 제거함으로써 평충 반응을 일으킬 수 있으며 연구실에서 일반적인 수준의 2배 이상인 평충 수율 20% 이상을 달성한다는 사실을 확인했다.
2023년 말 수백톤의 파일럿 플랜트를 가동하고 반응기는 에탄올 제조에 적용하는 방안을 검토하고 있다.
에탄올을 주요 원료로 사용해 프로필렌 등 C3 이상 올레핀류를 높은 수율로 제조하는 기술은 연구실에서 프로필렌 수율 50% 정도를 실현해 2024년 벤치 설비를 도입할 예정이다.
수율 80-90%를 달성하기 위해 산업기술종합연구소와 금속산화물을 바탕으로 한 촉매 및 프로세스 개발을 진행하고 있다.

리사이클, 일본이 유럽을 앞섰다!
일본은 유럽과 거의 비슷한 수준으로 플래스틱 리사이클을 달성한 것으로 파악된다.
일본 플래스틱공업연맹은 플래스틱 리사이클 선진 지역인 유럽의 폐플래스틱 회수율이 일본에 비해 현저히 낮고 리사이클율과 에너지 리커버리(ER) 비율은 사실상 일본과 동일한 수준이라는 분석 결과를 내놓았다.
플래스틱 리사이클률은 일반적으로 회수한 양을 분모로 계산하나 유럽은 소비량 중 45%를 회수하지 못했고 폐플래스틱 대부분이 어떻게 처리됐는지 파악하지도 못해 자연환경에 흘러 들어갔을 가능성이 있어 해양 폐플래스틱 문제 해결을 위해서라도 회수율을 지표로 리사이클률을 비교했다.
일본 플래스틱공업연맹은 유럽 플래스틱 관련단체인 Plastics Europe이 2022년 공개한 플래스틱을 위한 순환경제 자료와 일본 플래스틱순환이용협회 자료를 바탕으로 유럽과 일본의 플래스틱 리사이클률을 비교한 결과, 일본은 2020년 수출입을 고려한 플래스틱 소비량 901만톤 중 822만톤을 회수했기 때문에 플래스틱 폐기물 회수율이 91.2%에 달하는 것으로 나타났다.
반면, EU(유럽연합) 27개국과 영국, 스위스, 노르웨이를 추가한 30개국은 소비량 5360만톤에 회수량 2950톤으로 회수율이 55.0%에 그쳤다.
플래스틱 폐기물 회수율을 고려한 리사이클률은 일본 22.2%, EU+3개국 19.0%로 일반적인 예상과 달리 일본이 더 높게 나타났다.
일본은 일부 관계자들이 열회수를 리사이클로 간주하지 않고 있음에도 에너지 리커버리율이 62.0%에 달한 반면, EU+3개국은 42.0%에 머물렀고 플래스틱 리사이클 선진국인 독일마저 57.0%로 일본보다 낮았다.
회수된 플래스틱은 △사회에서 사용하거나 △사회에 필요 이상 축적된 상태 △환경에 유출되거나 축적된 상태일 가능성이 높고 만약 건축소재로 사용한다면 수십년에 걸쳐 유효하게 활용하거나 폐기했어야 하는 플래스틱이 불법 폐기되거나 의도치 않게 환경에 유출된다면 폐플래스틱 오염을 일으킬 수 있다.
일반적으로 플래스틱 MR, CR 비율을 계산할 때 분모에 회수된 플래스틱 폐기물의 총량을 넣으나 회수되지 않은 폐플래스틱이 어떻게 사용됐는지 파악하는 작업은 환경이슈에 대처할 때 필요한 일이고, 리사이클률 향상과 회수율을 함께 높여야 진정한 의미의 환경보호가 가능할 것으로 판단된다.
일본 플래스틱공업연맹은 플래스틱 폐기물 회수율이 하나의 지표가 될 수 있다는 판단 아래 경제산업성과 활용 방안을 검토하고 있다. (K)