2021. 07. 23
투명 방패에 사용되는 폴리카보네이트(Polycarbonate, 이하 PC)! PC는 금속의 역할을 대신할 수 있는 공업 재료로 금속 및 세라믹을 대체할 수 있는 엔지니어링 플라스틱의 일종입니다. 투명 방패에 쓰이는 만큼 PC 소재는 투명하지만 강화 유리보다 150배 더 강하고 120℃ 이상의 열에도 견딜 수 있습니다. 무엇보다도 전체적인 소재의 특성을 결정 짓는 기계적 물성이 우수하고 가공이 쉽고 내구성이 뛰어나 다양한 제품 외관을 구현할 수 있는 점이 큰 특징입니다. 또한 착색이 용이해 다양한 색을 표현할 수 있습니다. 이러한 특징으로 스마트폰 같은 전자 기기부터 자동차 부품과 항공기 소재 등 다양한 분야에 널리 사용되고 있습니다. 그렇다면 PC 앞에 붙는 PCR은 무슨 뜻일까요?
PCR은 포스트 컨슈머 리사이클(Post-Consumer Recycled)의 약자로, 최종 소비자가 사용한 후 버린 플라스틱 제품을 선별, 수거하여 재활용한 원료를 뜻합니다. 일반적인 플라스틱은 원유 채취부터 제조되기까지 많은 에너지가 사용되어 다량의 탄소가 발생합니다. PCR 플라스틱은 사용한 후 버려지는 플라스틱을 회수해 재활용하기 때문에 비교적 적은 에너지로 제품 생산이 가능합니다. 에너지 사용량 감소에 따른 탄소 발생량도 줄일 수 있습니다. 더불어 쓰고 버려지는 제품을 재활용하기에 폐기물을 줄인다는 측면에서 환경에 큰 도움이 됩니다.
탄소 발생량도 줄이고 환경에도 이로운 PCR 플라스틱은 어떻게 만들어질까요? 먼저 플라스틱을 재활용하는 방법은 크게 기계적 재활용, 화학적 재활용, 열적 재활용이 있습니다. 조금 더 자세히 알아볼까요?
기계적 재활용은 플라스틱을 재활용하는 방법 중 가장 대표적이고 오랫동안 사용된 방법입니다. 다 쓰고 수거된 플라스틱을 파쇄한 후 세척하고 이를 다시 녹여서 재생 펠릿(초기 원료 단계, Pellet)으로 만드는 방법입니다. 이렇게 만들어진 재생 원료를 버진 원료(순수한 원료)와 적절한 비율로 혼합하여 최종 제품을 만듭니다. 우리가 사용하는 플라스틱에는 주요 화학물질인 고분자 외에 첨가제, 염료와 같은 유기물 첨가제와 염료, 유리섬유(Glass fiber) 및 이산화타이타늄(Titanium dioxide, TiO2)과 같은 무기물 첨가제 등이 있는데요. 기계적 재활용을 하면 고분자와 첨가 물질이 고온 용융하는 과정에서 변형이 생길 수 있습니다. 이렇게 일정 횟수 이상 기계적 재활용이 누적되면 플라스틱 본연의 물성이 약화될 수 있다는 한계가 있습니다.
이러한 한계를 극복하고자 최근 들어 화학적 재활용에 관한 연구가 활발히 진행되고 있는데요. 플라스틱에서 특정 고분자만 추출하거나, 고분자 구조를 단분자로 분해해 순수한 단분자 물질로 회수하여 재중합하는 방법입니다.
열적 재활용은 플라스틱을 연소하여 열에너지를 회수하는 방법입니다. 플라스틱의 원료는 석유이기 때문에 발열량이 큰 점을 이용한 것인데요. 다른 방법에 비해 비용이 적게 드는 장점이 있지만, 폐플라스틱 자원을 여러 번 재활용할 수 없고 공정 시 많은 탄소 및 미세먼지가 발생한다는 한계가 있습니다.
PCR PC는 일정 비율의 재생 원료와 버진 PC를 혼합하여 만드는 기계적 재활용을 거친 폴리카보네이트입니다. 고품질의 재생 원료와 수준 높은 물성을 구현하는 게 중요한데요. 버려진 폐 PC를 수거하고 세척해서 펠릿을 만들고 이 펠릿을 일정 비율로 버진 PC와 혼합하는 과정을 콤파운딩(Compounding)이라 합니다. 이 콤파운딩 과정에는 높은 수준의 기술과 노하우가 요구됩니다. 이 과정을 지나 버진 PC와 동등한 수준의 내충격성, 내열성, 투명성 등을 갖춘 PCR PC가 완성되는 것입니다.
고품질 PCR PC를 만들 때 제일 중요한 것은 재생 원료의 품질입니다. 버진 원료의 경우 새롭게 만들어지는 깨끗한 물질이기 때문에 관리 포인트가 비교적 적은데요. 그에 반해 PCR PC는 다 사용하고 버려지는 제품을 수거하여 만들어지기 때문에 오염 물질을 완벽하게 제거하고 이물이 들어가지 않도록 철저히 관리해야 합니다. 오염 물질과 이물은 플라스틱의 품질 문제를 일으킬 수 있기 때문입니다.
버진 수준의 물성을 구현하는 데 필요한 깨끗한 폐 PC 원료는 어떻게 확보할 수 있을까요? 우선 고품질 재생 원료를 공급하는 공급망을 확보해야 합니다. 품질 관리 기준이 높은 공급사로부터 엄격하게 관리된 재생 원료를 공급받는 것입니다. 한편 투명한 PC를 별도로 수거하여 재생산하는 프로세스를 구축하는 것도 방법이 될 수 있습니다. 플라스틱의 종류는 매우 다양하기 때문에 버려지는 수십 종의 플라스틱 속에서 PC만 선별해 추출하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 처음부터 투명한 색상의 PC를 선별하여 수거하는 프로세스가 있다면 PC가 다른 플라스틱과 오염 물질에 섞이는 것을 방지할 수 있습니다. 또한 높은 수준으로 관리되는 재생 원료를 공급받고 별도의 순환 프로세스를 구축하는 것도 중요하지만 분류가 용이하고 재활용이 가능한 플라스틱의 연구와 개발이 선행되어야 합니다. 처음부터 재활용하기 쉬운 플라스틱을 만들어 사용함으로써 플라스틱 재활용 시 생기는 어려운 점을 개선할 수 있습니다.
PCR PC는 온실가스를 줄이고 폐플라스틱을 재활용할 수 있다는 측면에서 환경 이슈에 도움을 줄 수 있습니다. 플라스틱의 원료인 석유는 온실가스를 많이 배출하는 환경 부하가 높은 자원입니다. 석유 대신 폐플라스틱을 활용하여 재활용 플라스틱을 생산하면 석유를 적게 사용해 온실가스 감축에 기여할 수 있습니다. 그뿐만 아니라 물과 에너지 사용량 측면에서도 긍정적인 효과가 있는데요. 제품이 만들어지는 전 과정 측면을 고려하면 기존 석유 추출과 정유 공정에 투입하는 물과 에너지를 절약할 수 있습니다. 이때 절약된 에너지 역시 온실가스 저감에 기여할 수 있습니다.
수치로 보면 재생 원료가 50% 비중으로 사용된 PCR PC/ABS를 쓰면 버진 PC/ABS 대비 40%의 탄소 절감 효과가 있습니다. 1만 톤의 PC/ABS 생산에서 50% 적용하면 PCR PC/ABS를 쓰면 약 2,000만 kg의 이산화탄소가 절감됩니다. 이 정도 탄소는 1년에 약 15,000 대의 자동차가 배출하는 이산화탄소의 양입니다.
수많은 국제 이니셔티브 및 글로벌 기업들이 플라스틱 사용에 대한 심각성과 재활용 플라스틱의 필요성을 느끼고 움직이기 시작했습니다. 기존에 직접 생산하거나 사용하던 플라스틱 및 포장재를 줄이고 재활용 플라스틱의 비율을 높이며 이를 의무화하고 권장하고 있습니다. 이는 재활용 플라스틱에 대한 수요 증가로 이어지는데요. 시장 전문 조사기관인 마켓앤드마켓에 따르면 글로벌 친환경 플라스틱 시장은 2020년 11조8500억 원에서 2025년에는 31조5000억 원 규모로 확대될 것으로 전망됩니다. 2020년에서 2025년까지 예상하는 복합 연간 성장률(CAGR)은 무려 21.6%에 이르는 수준입니다.
유례없는 팬데믹으로 한 번만 사용하고 버려지는 플라스틱이 증가하면서 이에 대한 논의가 활발히 진행되고 있습니다. 그 대안 중 하나인 재활용 플라스틱에 대한 관심도 높아지고 있는데요. 탄소 발생량을 획기적으로 줄이고 환경에 이로운 재활용 플라스틱. PCR 플라스틱이 연구되고 생산되어 사용되기까지 우리 모두가 함께 노력해야 합니다. 고품질의 PCR PC를 생산하기 위해서는 높은 품질 기준으로 재생 원료를 관리하는 공급사부터 재활용하기 용이한 플라스틱을 연구∙개발하고 생산하는 제조사, 플라스틱 재활용을 적극적으로 권장하고 효율적인 플라스틱 수거 프로세스를 구축하는 정부, 다 사용한 플라스틱의 분리배출을 실천하고 일회용 플라스틱 사용을 줄이는 개개인까지. 우리 모두가 소중한 환경을 보호하기 위해 노력해야 할 때입니다.
감수: LG화학 첨단소재사업본부 엔지니어링소재.Phoenix.사업개발팀(1P) 유석재 책임
정 말 혁명적이군구려!
엘지 대단합니다 항상 좋은 소식 전해주십쇼 ^^