폐플라스틱을 활용해 새로운 플라스틱을 만들다! PCR ABS 제품 개발 연구원 인터뷰

LG화학은 지난 1년간 폐플라스틱을 재활용해 새로운 플라스틱 소재를 개발/연구하는 프로젝트를 진행했습니다. 기존 플라스틱 제품과 동등한 수준으로 물성을 끌어올린 플라스틱 제품 PCR-ABS가 그들의 핵심 연구 제품이었는데요. 화학 업계 최초로 확보한 기술력을 이용해 화이트 색상의 재활용 플라스틱을 만들었습니다. 폐플라스틱 재활용 사업은 LG화학의 2050년 탄소 배출량 절감 목표를 달성할 수 있는 가장 빠른 접근 방법이라 앞으로 더욱 커질 것입니다. 시장의 트렌드를 따라가며 친환경 선순환을 고려하고, 고객을 위한 제품을 개발/연구한 해당 프로젝트의 연구원 두 분을 만나 자세한 이야기를 들어볼까요?

새로운 플라스틱 개발·연구를 위해 노력중인 연구원의 이야기

안녕하세요. 자기소개와 하고 있는 업무에 대해 소개 부탁드립니다.

•김서화 책임: 안녕하세요. 저는 석유화학연구소 Styrenics 센터 HME PJT에서 ABS 소재 개발을 담당하고 있는 김서화 책임입니다. 제가 주로 연구하는 부문은 폐플라스틱을 원재료로 사용한 PCR(Post-Consumer Recycled) ABS 개발과 프리미엄 가전 제품의 트렌드인 메탈룩을 도장 공정없이 플라스틱으로 바로 구현해내는 소재 개발 그리고 친환경 발포제를 적용한 냉장고에 사용할 수 있도록 내화학성을 강화한 압출용 소재 등을 개발합니다.

•김창술 책임: 안녕하세요. LG화학 석유화학사업본부 ABS 사업부 상품기획팀에서 가전 및 전기, 전자 제품군 소재의 상품 기획 업무를 담당하고 있는 김창술 책임입니다. 저희 사업부에서는 다양한 제품에 필요한 플라스틱의 소재 특성 및 규제 현황 등을 파악하고 연구개발 부서와 협업해 시장성 있는 소재를 발굴/제안하는 업무를 합니다.

LG화학의 ABS가 무엇인지 이 글을 읽는 분을 위해 간단히 설명해주세요.

•김서화, 김창술 책임: 는 LG화학 석유화학사업본부의 핵심 개발 플라스틱 제품 중 하나로 글로벌 시장점유율 1위를 차지하고 있습니다. ABS는 내충격성, 내열성, 외관 등이 우수한 고기능성 플라스틱으로 가공성이 뛰어나 다양한 모양과 색상으로 구현이 가능합니다. LG화학은 국내 외 연간 205만 톤의 ABS를 생산하고 있으며 우리 주변의 가전제품, 사무기기, 자동차 내외장재, 장난감 등 다양한 제품의 소재로 사용되고 있습니다.

그럼 두 분이 같이 협업해 개발/연구하고 있는 PCR-ABS 소재는 무엇인가요?

•김서화 책임: PCR 소재는 Post-Consumer Recycled material로 고객이 실제로 사용하고 버려진 플라스틱을 재활용해 만든 플라스틱 소재입니다. 최종 소비자가 사용하던 제품을 수거해 플라스틱의 원료로 분쇄, 분리하는 과정을 거쳐 저희가 연구한 기술을 더해 새롭게 만든 소재입니다. 저희의 연구 목적은 PCR-ABS를 기존 플라스틱(ABS) 소재와 동등한 수준의 제품을 만드는 것이었습니다. 현재 기존 플라스틱으로 만들어진 제품과 비교했을 때 PCR-ABS 소재로 만든 제품은 육안으로는 구분할 수 없을 정도로 높은 품질까지 끌어올렸습니다.

이 사업을 시작하게 된 계기는 무엇인가요?

•김서화 책임: 전 세계의 플라스틱 생산량은 약 연간 3억 6천만 톤(2018년 기준)이라고 합니다. 이 중 플라스틱 재활용 목적으로 수거되는 플라스틱의 양은 40%밖에 되지 않는데요. 버려지는 플라스틱을 줄이면서 친환경적으로도 도움이 되는 제품을 만들어야겠다는 생각으로 PCR-ABS 제품 연구 개발 프로젝트를 시작하게 되었습니다.

•김창술 책임: 우선 PCR-ABS 제품의 시장성이 매우 높다고 생각되었습니다. 전 세계적으로 환경보호를 위한 국가별 환경규제가 강화되고 있는 만큼 재활용된 플라스틱을 원료로 사용하는 사업 정책도 늘고 있기 때문입니다. 더불어 소비자들이 순환 경제를 기업과 함께 생각하며 동참할 수 있는 가치를 부여할 기회이기도 합니다.

플라스틱을 재활용하는 여러 방법이 있다고 들었는데요. 어떤 재활용 방법이 있고 그 원리는 무엇인가요?

•김서화, 김창술 책임: 맞습니다. 플라스틱을 재활용하는 방법은 여러 가지가 있는데요. 기계적, 화학적, 열적 재활용 등이 있습니다.

먼저 기계적 재활용은 수거된 플라스틱의 화학적 구조 변화 없이 물리적 형태만을 변화시켜 최대한 동일한 플라스틱 원료로 선별한 뒤 재가공 하는 방법입니다. 국내에서는 일부 폴리올레핀 및 PET 소재를 예로 들 수 있습니다.

화학적 재활용은 재활용 플라스틱의 화학 구조 자체를 변화 시켜 원료로 재생하는 방법인데요. 화학 구조를 변화시키기 위한 반응 및 공정이 까다롭고 ABS와 같이 다 성분 계 구성 물질인 수지에는 사용할 수 없는 단점이 있습니다. 따라서 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PS(Polystyrene)와 같은 단일 물질로 구성된 플라스틱에 제한됩니다.

마지막으로, 열적 재활용은 열에너지 회수 방법으로 재활용 플라스틱 자체가 발열량이 많다는 점을 이용하는 것인데요. 이를 연료의 형태로 이용하는 방법으로 플라스틱을 태우는 과정에서 발생하는 유해물질과 에너지로 인해 재활용 능률이 낮다고 알려져 있습니다.

최근에는 여러 플라스틱 재활용 방법 중 플라스틱의 성분과 구조적 형태에 영향을 주지 않고 원래(기존)의 플라스틱과 동일한 플라스틱으로 재활용이 가능한 기계적 재활용이 주목받고 있는데요. 저희도 기계적 재활용 방법을 통해 PCR-ABS 소재를 개발하게 되었습니다. 하지만 플라스틱은 다른 종류가 혼합되면 기계적 성질이나 외관, 가공성 등이 크게 저하되어 사용이 어렵기 때문에 최대한 순도가 높게 플라스틱을 종류별로 구분하는 것이 중요합니다.

PCR-ABS의 개발 과정은 어떤가요?

•김서화 책임: 우선 버려진 가전, 플라스틱 제품 등을 전문 재활용 업체가 수거해 초기 원료 단계인 Pellet(알갱이) 형태로 변환시켜 받습니다. 제공 받은 알갱이들을 분류하는 게 첫 번째 단계인데요. 플라스틱 종류에는 ABS뿐만 아니라 PP, PE, PS 등 다양한 종류로 분류되는 데 그중에서 ABS만을 분류하는 과정이 가장 중요합니다. LG화학뿐만 아니라 세계적으로 플라스틱 재활용에 대한 필요성이 커지면서 분리 기술 역시 발전되고 있는데요. 이 기술을 활용해 분리 과정에서 불순물을 제거하고 순도 높게 만들며 이렇게 만들어진 재생 원료를 신원료와 혼합해 최종 제품으로 만듭니다.

이번 연구/개발에서 확보한 기술력과 LG화학 PCR-ABS만의 장점은?

•김서화, 김창술 책임: 저희 LG화학의 PCR-ABS의 장점은 기존 플라스틱의 물성과 동등한 수준으로 만든 기술력과 재활용 플라스틱의 색상을 화이트로 만들 수 있다는 점입니다. 전 세계적으로 화이트 색상의 재활용 플라스틱은 개발되지 않았는데요. 폐플라스틱의 특성상 여러 가지 색상이 혼합되어 있어 결국 어두운 색상(블랙, 그레이)으로 만들어질 수밖에 없었습니다. 저희와 함께 PCR-ABS를 개발 중인 업체에서 공급하는 재활용 플라스틱 원료 역시 대부분 블랙과 그레이색으로 구분되어 생산되는데, 이런 문제로 백색도가 높은 제품 개발에 어려움이 있었습니다.

그래서 저희 연구팀과 컬러디자인팀은 그레이 색상을 화이트로 구현하기 위해 목표 컬러 수치를 정하고 그 수치와의 차이를 극복하기 위해 기존 LG화학이 보유하고 있는 기술들을 면밀히 살펴보았습니다. 연구 방향의 핵심은 백색 안료의 선택과 배합, 그리고 백색을 보다 잘 발현할 수 있는 핵심 처방을 개발하는 것이었습니다. 결과적으로 오랜 연구와 분석을 통해, 냉장고 내부 벽면을 이루고 있는 소재가 다른 소재들과 비교했을 때 백색도가 우수한 특성이 있다는 점을 도출했고 이 결과를 통해 저희만의 솔루션을 찾은 최종 PCR-ABS를 얻을 수 있었습니다.

개발/연구하면서 힘든 점이 있었다면? 그리고 더 발전된 미래를 위해 필요한 부분은?

•김서화 책임: PCR을 개발하면서 가장 어려웠던 점은 기존 신제품을 개발할 때와 달리 컨트롤이 불가능한 특성을 가진 물질을 사용해 제품을 개발해야 한다는 부분이었습니다. 특성을 향상할 수 있는 여러 기술을 반영하더라도 PCR 소스(최종 소비자가 사용하던 제품) 자체의 색상, 이물, 물성 등의 문제를 완전히 극복하기에는 한계점이 있었습니다. 이 때문에 그 동안 PCR 제품이 가지고 있던 한계를 뛰어넘어 고객이 만족하는 제품을 만들 수 있을지에 대한 두려움과 사업 가능성에 대한 확신이 들지 않아 연구 초기 단계에는 혼란스럽기도 했습니다.

다행히 여러 어려운 점을 극복해 제품 개발에 성공했지만, PCR 소재 시장의 지속가능성을 위해서는 깨끗하게 분리 선별된 PCR 소스를 최대한 많이 확보하는 게 필수적입니다. 이를 위해서는 플라스틱을 사용한 가전 제품을 개발할 때 개발 단계에서부터 재사용을 고려해서 분리 배출이 용이하도록 소재의 종류, 제품 구조, 색상 등을 선정하고, 정책적으로도 이러한 플라스틱 순환이 용이하도록 시스템 구축이 필요할 것 같습니다.

•김창술 책임: 상품을 기획하는 입장에서 자원 순환 생태계 구축 관점에서 제품 개발을 위해 새로운 아이디어를 도출해야 하는 과정이 어려웠습니다. 재활용 수지의 단순 혼합이 아닌 고객이 만족할 수 있는 기대 이상의 제품으로 탄생시켜야 한다는 게 정말 쉽지 않은 일이었습니다.

물론 어려운 문제일수록 해결방법을 찾았을 때의 기쁨은 이루 말할 수 없습니다. 하지만 국내의 순환 생태계 구축에는 많은 정책적 지원이 필요합니다. 재활용 플라스틱이 쓰레기가 아닌 지속가능한 삶의 일부가 되는 것임을 알리고, 재활용에 기여하는 고객에게는 인센티브를 제공하거나 재활용 생태계 구축에 참여할 중견기업을 육성하는 등 적극적인 정책 지원이 필요합니다.

마지막으로 앞으로의 비전과 목표를 말씀해주세요!

•김서화 책임: 수많은 실패와 노력을 통해 올해 6월 PCR 기술 개발을 완료했는데요. 기존 ABS 양산 라인에서도 PCR 생산이 가능하다고 확인했습니다. 현재는 여러 고객사를 대상으로 신제품을 소개하고 있는 단계이며 고객사 별로 원하는 제품의 형태, 디자인, 컬러가 다르기 때문에 그 규정에 맞게 PCR 소재를 개발해 본격적인 납품까지 완료하는 게 목표입니다. 더불어 본격적으로 시작된 PCR-ABS 소재 시장에서 선도적인 지위를 확보하기 위해서 이번 개발 제품을 시작으로 PCR 함량이 더 높은 소재를 개발하고 싶습니다. PCR 소스를 다양하게 확보하거나 PCR 소재에 적합한 새로운 컬러를 적용한 제품 개발/연구 등 재활용 가능한 플라스틱을 개발하는 것을 최종 목표로 두고 있습니다. 궁극적으로는 LG화학의 지속가능성(Sustainability) 전략에 기여해 다양한 재사용이 용이한 소재 개발을 하고 싶습니다.

•김창술 책임: 사실 지금부터가 시작 단계인 것 같습니다. 다만 확실한 것은 고객을 위한 재활용이 되어야 한다는 사실입니다. 재활용하기 위한 제품이 아니라, 재활용하는 게 고객에게 도움이 되도록 품질 측면에서 더욱 진일보된 기술을 적용하고, 고객과 함께 협업해 순환 생태계를 바르게 구축해야 합니다. 투명한 소재의 재활용 제품을 시장 내에 선 제안할 수 있고 단순한 재활용이 아닌 고객을 위한 재활용이 될 수 있도록 삶의 현장에서 고민하고 아이디어를 발굴하려고 노력할 것입니다.

플라스틱은 더 이상 버려진 쓰레기가 아니며 본연의 사용 가치에 사회적 가치를 더한 개발이 필요해졌습니다. 이를 위해서는 사용자 개개인의 노력과 더불어 정책적 지원 및 기업의 적극적인 연구와 투자가  필수적일 것입니다.  LG화학은 플라스틱을 비롯한 자원의 순환 생태계 구축을 위해 지속가능한 소재 연구에 앞으로도 지속적으로 앞장서겠습니다.