호주 애들레이드 대학교 연구진이 플라스틱 폐기물을 청정에너지인 수소 연료로 전환하는 혁신 기술을 개발해 주목받고 있다.

과학매체 인터레스팅엔지니어링은 국제 학술지 ‘켐 카탈리시스(Chem Catalysis)에 발표된 해당 논문 결과를 최근 보도했다.

현재 전 세계는 연간 4억6000만 톤이 넘는 플라스틱 폐기물 문제와 화석연료 의존 탈피라는 이중 과제에 직면해 있다. 이번 연구는 플라스틱을 단순한 환경 오염원이 아닌 청정에너지 전환의 자원으로 활용할 수 있다는 가능성을 제시했다는 점에서 의미가 크다.

연구진은 플라스틱이 탄소와 수소가 풍부한 화학 구조를 지니고 있어 에너지 전환 소재로 적합하다고 설명했다. 연구에 참여한 샤오 루 애들레이드대 박사과정생은 “플라스틱은 심각한 환경 문제이자 동시에 중요한 기회”라며 “태양광을 활용해 폐플라스틱을 효율적으로 청정 연료로 전환할 수 있다면 환경과 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있다”고 밝혔다.

플라스틱은 기본적으로 탄소와 수소가 길게 연결된 사슬 형태다. 연구팀은 빛을 받으면 활성화되는 특수 광촉매 물질을 사용해 비교적 낮은 온도에서 이 사슬을 끊어낼 수 있었다.

이번 기술의 핵심은 태양광을 이용한 ‘광재생(photoreforming)’ 방식이다. 연구팀은 빛을 받으면 활성화되는 광촉매를 활용해 비교적 낮은 온도에서 플라스틱의 긴 탄소 사슬을 분해하는 데 성공했다. 이 과정에서 폐플라스틱은 산화되고 물은 환원되며, 그 결과 수소와 다양한 화학 물질이 생성된다.

특히 기존 수소 생산 방식이 에너지 소모가 큰 물분해에 의존하는 것과 달리, 플라스틱의 화학 결합은 상대적으로 쉽게 끊어지기 때문에 보다 효율적인 대안이 될 수 있다는 설명이다.

이번 연구를 이끈 두안 샤오광 교수는 최근 실험에서 플라스틱 폐기물을 기반으로 수소 뿐만 아니라 아세트산과 디젤 계열 탄화수소를 높은 비율로 생산하는 데 성공했으며, 일부 시스템은 100시간 이상 안정적으로 작동했다고 밝혔다.

다만 상용화를 위해서는 해결해야 할 과제도 적지 않다. 플라스틱 폐기물은 종류와 첨가물에 따라 특성이 크게 달라 공정 효율을 저하시킬 수 있어, 정교한 선별과 전처리 과정이 필수적이다.

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또한 광촉매는 가혹한 환경에서도 높은 효율과 내구성을 유지해야 하며, 반응 과정에서 생성되는 가스와 액체 혼합물을 효율적으로 분리하는 기술도 요구된다. 현재 공정에서는 이러한 분리 과정이 에너지 소모를 증가시킬 수 있어 개선이 필요하다는 지적이다.

이에 연구진은 촉매 기술 혁신과 첨단 반응기 설계, 실시간 공정 모니터링을 결합한 통합 전략을 제안했다. 연구팀은 지속적인 기술 개발을 통해 태양광 기반 플라스틱 전환 기술이 저탄소 에너지 전환의 핵심 역할을 할 수 있을 것으로 기대하고 있다.