中, 폐플라스틱을 저비용 ‘제트 연료’로 바꾼다… 항공·환경 족쇄 동시 해소

전 세계 플라스틱 생산량이 연간 4억 6,000만 톤을 넘어서며 매립과 소각에 따른 환경적 오염 펜스가 극에 달한 가운데, 중국 연구진이 환경 오염의 주범인 폐플라스틱을 저비용으로 항공(제트) 연료로 전환하는 파괴적인 화학 기술 수율을 확보했다.

고가의 귀금속 대신 저렴한 비귀금속 촉매를 활용해 반응 효율을 끌어올림으로써, 친환경 항공유(SAF) 자강론 및 글로벌 탄소중립 가치사슬의 패러다임을 바꿀 초석을 마련했다는 평가다.

7월 20일(현지시각) 홍콩 사우스차이나모닝포스트(SCMP) 보도와 글로벌 기술 전문 연구진 분석에 따르면, 중국과학원(CAS) 상하이고등연구소와 복단대학교 공동 연구팀은 폴리올레핀(Polyolefin)의 정밀 수소분해(Hydrocracking) 기술을 적용해 폐플라스틱을 제트 연료 성분으로 전환하는 저비용 반응 경로를 개발했다.


전 세계 플라스틱 폐기물의 60% 이상을 차지하는 폴리올레핀은 주로 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)으로 구성되어 있다. 분자 구조 특성상 악명 높을 정도로 화학적 비활성이 강해 자연 분해나 가치 재창출이 매우 어려운 화학적 족쇄에 묶여 있었다.
기존 폴리올레핀 수소분해 방식은 분자 사슬 끝의 C-C(탄소-탄소) 결합이 내부 결합보다 쉽게 끊어지는 한계가 있었다. 이로 인해 항공유로 쓰이는 고부가가치 액체 연료 대신 메탄 등 저가치 기체 부산물만 주로 생성되는 구조적 적자 펜스를 마주해 왔다.

연구팀은 항공 연료가 C8~C16 범주의 중간 크기 탄화수소에 크게 의존한다는 점에 착안해, 거대한 탄소 사슬 분자를 '어망을 다루듯' 쓸모없는 미세 조각으로 찢지 않으면서도 항공 유통망에 적합한 탄소 사슬 길이로 일정하게 절단·재배열하는 반응 기술을 디자인했다.


이 기술의 핵심 펀더멘탈은 연구팀이 독자 개발한 니켈(Ni)-코발트(Co) 이중 금속 촉매다. 기존 연구들이 백금이나 팔라듐 같은 고가의 귀금속 촉매에 의존해 산업화 상용화 장부가 마비되었던 것과 달리, 니켈과 코발트는 매장량이 풍부하고 비용 효율성이 압도적으로 뛰어난 원소다.

코발트 성분은 니켈의 내부 전자 상태를 정밀하게 제어해 촉매 활성 수율을 격상시킨다. 이를 통해 과도한 분자를 파편화하지 않으면서도 수소 활성화와 긴 탄소 사슬 내부 절단을 유도한다.
실험 결과, 해당 촉매는 온화한 반응 조건 속에서도 C8–C16 알케인(Alkanes)에 대해 79%의 높은 선택성과 82.3%에 달하는 액체 수율을 기록해 기존 기술의 한계를 완벽히 상각 처리했다.

전 생애주기 평가(LCA)에 따르면, 이 공정이 재생에너지 전력 기반으로 가동될 경우 기존 전통 제트 연료 생산 경로 대비 온실가스 배출량을 무려 80% 상각시킬 수 있는 것으로 분석됐다.


다만 이번 성과가 산업 현장에 완전히 안착하기까지는 해결해야 할 실무 족쇄도 명확하다. 현재 확보된 반응 데이터는 실험실(Lab) 스케일에 머물러 있어, 향후 대형 산업용 반응로에 맞춘 스케일업(Scale-up) 공정 고도화가 필수적이다.

또한, 실제 수거되는 폐플라스틱 속의 각종 불순물이 촉매 표면을 오염시켜 장기 가동 시 성능을 비활성화할 위험이 크므로, 폐기물 원료를 효율적으로 사전 정제·수송하는 전처리 기술 인프라 구축이 상용화의 최종 분수령이 될 전망이다.

폐플라스틱을 고부가가치 항공유로 탈바꿈시키려는 중국의 이번 비귀금속 촉매 탠덤 기술 전술은 하반기 글로벌 친환경 항공유(SAF) 단가와 탄소 자원화 가치사슬의 패권 향방을 결정할 기술 변수로 작용할 전망이다.


신경원 글로벌이코노믹 기자 shincm@g-enews.com