[이미디어= 황원희 기자] 노스웨스턴 대학교 연구진이 공기 중의 수분을 활용해 플라스틱 폐기물을 분해하는 새로운 기술을 개발했다. 이 기술은 무독성·무용매 공정으로, 플라스틱을 단순히 공기에 노출시키는 것만으로도 분해가 가능하다. 연구 결과는 최근 그린 케미스트리(Green Chemistry) 저널에 게재됐다. 

▲ 가열 후 4시간마다 다양한 실행(총 반응 시간 = 20시간)에서 TPA 생성물이 형성되는 모습(출처: 그린 케미스트리(2025))

연구팀은 폴리에스터 계열의 대표적인 플라스틱인 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)의 결합을 저렴한 촉매로 먼저 분해한 후, 이를 공기에 노출시키는 방식으로 분해했다. 공기 중 미량의 수분이 반응을 촉진해 PET는 플라스틱의 주요 원료인 단량체로 변환된다. 이 단량체는 재활용돼 새로운 PET 제품이나 고부가가치 재료로 활용될 수 있다.

연구를 공동 주도한 노스웨스턴 대학교 화학과 요시 크라티쉬(Yossi Kratish) 교수는 "현재 미국에서 사용된 플라스틱의 5%만이 재활용된다"며 "기존 기술은 주로 플라스틱을 녹여 낮은 품질의 제품으로 다운사이클링하는 방식이기 때문에 더 효율적인 재활용 기술이 절실하다"고 강조했다.

현재 사용되는 플라스틱 분해 기술은 높은 온도, 강한 용매, 고가의 촉매를 필요로 하며, 이 과정에서 독성 부산물이 발생하는 단점이 있다. 반면, 이번 연구에서 개발된 기술은 용매 없이 공기 중의 수분만을 활용하는 방식으로, 보다 경제적이고 지속 가능하다.

연구진은 저렴하고 독성이 없는 몰리브덴 촉매와 활성탄을 활용해 PET를 분해했다. 이어 공기 중 수분과 반응시켜 PET를 테레프탈산(TPA)으로 변환했다. 테레프탈산은 폴리에스터 플라스틱의 핵심 원료로, 재활용 및 업사이클링이 가능하다.

연구의 공동 저자인 나빈 말릭(Navin Malik) 박사는 "평균적으로 공기 중에는 상당량의 수분이 포함돼 있으며, 이는 화학 반응을 일으키기에 충분한 수준"이라며 "이 기술은 용매 사용을 줄이고 에너지 소비를 절감하는 동시에 환경 친화적인 방식으로 플라스틱을 분해할 수 있다"고 설명했다.

연구팀은 실험 결과, 단 4시간 만에 PET의 94%를 TPA로 회수할 수 있었으며, 촉매는 반복 사용해도 성능을 유지하는 것으로 나타났다. 또한, 혼합 플라스틱에서도 선택적으로 폴리에스터만 재활용할 수 있어, 기존 플라스틱 재활용 공정의 가장 큰 걸림돌이었던 분류 과정의 필요성을 줄일 수 있다.

크라티쉬 교수는 "이 공정은 기존 플라스틱 재활용 방식보다 훨씬 효율적이고 간단하며, 환경에도 부담을 주지 않는다"며 "이 기술이 산업적으로 적용된다면 플라스틱 오염 문제 해결에 큰 기여를 할 것"이라고 기대했다.

현재 연구팀은 실험실 수준에서 검증된 이 기술을 산업적으로 확장할 수 있도록 최적화하는 작업을 진행 중이다. 연구진은 "이번 기술이 플라스틱의 순환 경제를 촉진하고, 지속 가능한 환경을 만드는 데 중요한 역할을 할 것"이라고 밝혔다.

 

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