출처 : https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2021060917253233565

 

[편집자주] 버려진 플라스틱을 태우지 않고, 묻지 않고, 자원화 하는 것이 진정한 환경기술이다. ㈜도시유전은 다른 어떤 영향도 끼치지 않고, 폐플라스틱을 에너지화하는, 지구환경문제에 패러다임의 대전환을 가져올 환원(還元)기술을 개발하였다. 이를 3회에 걸쳐 소개한다.

 

4. 이번 세기 지구문제의 초점은 폐기물

설비중인 R.G.O플랜트. 폐플라스틱의 석유성분만을 바로 유증기 상태로 추출함으로써, 분진, 악취, 공해물질 등의 인체 유해물질이 전혀 발생되지 않는다/사진제공=도시유전
설비중인 R.G.O플랜트. 폐플라스틱의 석유성분만을 바로 유증기 상태로 추출함으로써, 분진, 악취, 공해물질 등의 인체 유해물질이 전혀 발생되지 않는다/사진제공=도시유전

우리가 사는 지금 세상은 지구환경이라는 이슈가 모든 것에 앞서 있다. 세계 각국은 환경분야의 경쟁력을 확보하지 못하고서는 국민의 삶의 질 향상과 국가경쟁력을 확보하기 어렵다는 인식아래 환경산업을 주도함으로써 세계 경제의 주도권을 차지하려 치열히 경쟁하고 있다. 특히 폐기물의 자원화는 경제.환경정책의 효율성(Eco-efficiency)을 동시에 높일 수 있어 모든 나라가 기술개발에 힘을 쏟고 있는 분야이다.

우리의 경우 청정기술과 지구환경부문은 기초기술 습득 단계이고, 미래형의 환경복원기술과 생태계 등의 기초기술은 선진국에 비해 크게 뒤떨어져 있다. 이런 상황에서 세계 각국이 실현해 내지 못한 혁신적인 ‘폐플라스틱 에너지화 기술(R.G.O,Regenerated Green Oil)’을 ㈜도시유전이 개발에 성공한 것이다.

 

4-1. 패러다임의 대전환
우리가 세상의 이치를 이해하는데 그 이유를 제공해주는 것이 패러다임이다. 새로운 패러다임이 등장하면 낡은 패러다임은 역사 속으로 사라진다. 우주의 법칙이 천동설에서 지동설로, 뉴턴역학에서 상대성이론으로 낡은 패러다임이 새로운 것으로 전환될 때마다 세상의 모든 것들이 연동되어 바뀌기도 했다.

비록 R.G.O기술이 인류를 구원해줄 ‘노아의 방주’는 아니지만 닥쳐올 재앙에 대비할 약간의 시간은 벌어줄 수 있을 것이다. 더욱이, 탄소중립이 늦어질수록 환경전쟁에서 불이익을 받거나 성장시장에서 낙오될 가능성이 큰 우리에게는 ‘진짜 미래’가 있는 기술에 관심을 갖고 투자하는 것이 생존에 필요하다.

버려지는 플라스틱을 태우지 않고, 묻지 않고 자원화 하는 것이 진정한 환경기술이다. ㈜도시유전의 ‘폐플라스틱 에너지화 기술(R.G.O)’은 폐기물의 자원화 기술이 갖추어야할 모든 요소를 충족시키고 다른 어떤 영향도 끼치지 않으면서 원자원으로 되돌려놓는 새로운 패러다임을 가져올 환원(還元)기술이다.

우리의 구겨진 자존심(기후악당국 낙인)을 곧추 세워줄 우리만의 원천기술이다.

 

4-2. 세계표준이 될 폐플라스틱 처리기술
세계표준이 될 폐플라스틱 처리기술을 개발해내는 일은 환경과 경제, 두 마리 토끼를 잡는 일이다. 그래서 전세계의 많은 (부자)국가들이 플라스틱 재활용 및 재처리 분야의 투자·연구에 전례 없는 막대한 자원을 쏟고 있다. 플라스틱 재활용 능력을 강화하는 것이 기후위기 대응의 핵심이기도 하지만 무엇보다 경제적 가치가 크기 때문이다. 일자리가 늘어나고 경제도 성장한다.

많은 나라에서 석유기반 폐기물(플라스틱,비닐류)을 자원으로 활용하는 방안을 찾아 왔지만, 원하는 최상의 결과를 얻은 것은 도시유전의 ‘파동에너지를 이용한 폐플라스틱 분해 기술’이 유일하다. ㈜도시유전은 자사의 R.G.O기술이 조만간 글로벌 표준이 될 수박에 없다고 한다. 왜 그런가?

 

4-3. ㈜도시유전, 어떻게 유니콘의 뿔을 찿았나?
기업 가치가 10억 달러(1조 원) 이상이고 창업한 지 10년 이하인 비상장 스타트업 기업을 유니콘 기업 (Unicorn)이라 한다. 스타트업 기업이 상장하기도 전에 기업 가치가 1조 원 이상이 되는 것은 유니콘처럼 상상 속에서나 존재하고 실재하기 어렵다는 의미이다.

R.G.O플랜트 중앙의 원형창을 통해 폐기물에서 유화되어 나오는 기름을 볼 수 있다/사진제공=도시유전
R.G.O플랜트 중앙의 원형창을 통해 폐기물에서 유화되어 나오는 기름을 볼 수 있다/사진제공=도시유전

시장이든, 사회든 낡은 패러다임은 예측이 틀리고, 정책이 통하지 않고, 이론의 비과학성이 입증되었다고 해서 폐기되지 않는다. 한 개인 혹은 일군의 비주류 이단자들이 혁명을 일으켜 낡은 것들의 옹호자들을 권좌에서 몰아낸 뒤에야 새 패러다임으로 교체된다.

스타트업이 시장의 낡은 패러다임을 깨고 유니콘으로 탈바꿈되는 과정은 하나의 도식과 같다.

처음에는 믿을 수 없다. 그러다가 세상이 돌아가는 방식을 바꿔 놓는다. 점차 새로운 생태계를 형성한다. 마침내 이 모든 기술은 더해지고 섞인다. 서로 연결되고 축적되면서 갈수록 강력해지고 마법이 되어간다.

㈜도시유전의 ‘폐플라스틱 에너지화 기술(R.G.O)’은 이 도식을 따라가고 있다. 믿을 수 없지만 내가 믿지 못한다고 해서 세상에 없는 게 아니다. 존재가 확인되고 알려지면 각 나라에서 필요에 이끌린 정부, 기관, 기업들이 사용하기 시작할 것이고, 마침내 다른 환경기술들과 연결되면서 세상을 바꿔나간다.

㈜도시유전이 개발한 ‘폐기물 에너지화 기술(R.G.O)’이 가진 가능성과 그 가치는 유니콘을 넘어 10개의 뿔을 가진 ‘데카콘'(decacorn)과 가깝다. R.G.O의 파급효과 하나하나가 하나의 유니콘과 맞먹을 정도로 크기 때문이다. R.G.O는 궁극적으로 플라스틱 폐기물 처리에 관한 한 ‘글로벌 패러다임의 대전환’을 가져올 것이다.

 

4-4. 전처리도 필요 없고, 고온으로 소각하지 않는다

수도권 매립지 R.G.O플랜트와 정영훈 도시유전 대표/사진제공=도시유전
수도권 매립지 R.G.O플랜트와 정영훈 도시유전 대표/사진제공=도시유전

현재 각국에서 가장 많이 사용하는 폐기물 에너지화 방식은 MBT를 통한 분해방식과 소각 열처리 방식이다. MBT(Mechanical Biological Treatment, 폐기물 전처리 시설)는 가연성 폐기물의 유기물질을 호기성 미생물을 이용해 분해해 고형연료(SRF)로 에너지를 회수하는 방식이다. SRF는 발전소의 보조연료로 사용된다. 소각 열처리는 폐기물을 고온으로 태워 열 에너지를 회수하는 방식이다. 이 과정에서 회수하는 에너지는 열 뿐이다. 소각 때 발생하는 열을 난방이나 발전에 이용한다.

두 방식 모두 분리선별과 파쇄등의 전처리 과정이 필요하며, 위험인자가 많아 주거 밀집지역에는 시설 부지를 마련하기 어렵다. 도시유전의 R.G.O(Regenerated Green Oil)기술은 MBT나 소각 방식과 달리 전처리 과정을 거치지 않고, 고온으로 소각하지도 않으면서 폐기물에서 고품질의 석유를 뽑아낸다.

도시유전 R.G.O의 모듈(플랜트)에는 굴뚝이 없다. 태우는 방식이 아니므로 오염물질, 연기, 악취가 나지 않기에 도심 한 복판의 건물에도 설비가 가능하다. 폐기물을 먼 거리로 운반하는 비용과 탄소발생을 동시에 줄일 수 있다. 전처리도 하지 않고, 고온으로 태우지도 않고, 첨가제도 쓰지 않으면서 폐플라스틱을 석유로 되돌리는 에너지원과 그 원리는 무엇인가?

 

4-5. 파동에너지로 플라스틱을 석유로 환원시킨다
전처리와 고온이 필요하지 않은 것은 R.G.O가 에너지원으로 광자와 고주파 그리고 적외선의파동을 이용하기 때문이다. 모든 물질은 스스로의 존재를 유지하고자 하는 고유의 파동에너지를 가지고 있다. 따라서 모든 물질은 스스로의 형체를 유지하기 위해 분자운동을 한다. 한 물질에서 다른 물질로 파동이 전해지면 에너지가 전해지는 것이다. 그곳에 담긴 정보가 전달되는 것이다. 파동의 전달만으로도 에너지의 복잡한 상호작용이 일어난다.

주파수(진동)가 같은 2개의 리듬이 서로 간섭함으로서, 하나의 리듬이 되는 것도 파동에너지의 상호작용이다. 각기 아무렇게나 똑딱거리는 몇 개의 추시계를 같은 벽에 걸어놓으면 추의 흔들림이 벽에 전해져 진동이 되고, 진동이 서로 간섭하여 종내는 모든 추시계가 같은 리듬으로 똑딱거리게 되는 것과 같은 원리이다.

파동이나 입자의 형태로 에너지를 방출하는 것을 복사라고 하는데, 이렇게 방출되는 에너지가 복사에너지이다. 전자기파, 중력파 등과 같이 파동으로 전달되는 에너지와 알파, 베타 등과 같은 입자형태의 에너지가 모두 복사에너지이다. 복사에너지는 전자기파의 에너지 혹은 전자기파 그 자체와 같은 의미로 쓰이는 경우가 많다. 먼 우주로부터 오는 에너지가 큰 입자들인 우주선도 복사이다. 에너지가 크다는 것은 복사에너지가 물질을 구성하는 분자의 이온화 에너지보다 커서 복사에너지에 의해 분자의 핵들을 풀어주는 전자가 쉽게 이온화되어 분자의 결합을 끊게 하여 결국 다른 분자로 변형이 되게 할 수 있음을 의미한다.

수 십개의 탄소-수소 고리로 된 1차 정제물이 (왼쪽) 몇 개로 해체되면 중질유로 바뀐다.
수 십개의 탄소-수소 고리로 된 1차 정제물이 (왼쪽) 몇 개로 해체되면 중질유로 바뀐다.

 

4-6. 1차 공정, 빛 에너지가 탄소-수소 고리 해체
복사에너지를 광자의 (입자)에너지라고도 할 수 있다. 가시광선의 파장은 400~700nm 인데, 이는 화학결합에 주로 참여하는 최외각 전자의 결합에너지와 비슷한 영역이기 때문에 우리 주변에서 일어나는 화학적 변화와 관련이 많다. 일례로 자외선은 생체내의 단백질을 변성시켜 분자고리구조를 끊어 놓음으로써 효소활동을 손상시킨다.

탄소는 서로 연결되어 긴 사슬을 만든다. 여기에 수소가 주위를 둘러싼 듯이 결합한 것이 탄화수소이다. 플라스틱은 탄소와 수소가 결합된 고분자 폴리머이다. 탄소와 수소의 고리가 많을수록(수 천-수 만개) 단단한 폴리머가 되고, 적을수록(수 십개) 액체상태의 석유가 된다. 탄소의 수가 4개 이하이면 기체, 5개부터 십 수 개면 액체, 그 이상이면 고체가 된다. 도시가스로 쓰는 메탄은 탄소가 하나뿐이고, 탄소가 3~4개면 액화석유가스이다. 탄소가 5~10개면 가솔린,11~15개는 등유,15~20개는 경유(디젤유)이다. 20~40개가 벙커유이다.

R.G.O에 사용되는 것은 광자와 고주파, 그리고 UV-C(100_280nm파장의 자외선)의 파동 에너지이다. 이 세 종류의 파장을 각각 방출하는 세라믹볼에서 나오는 파동에너지가 수 천에서 수만 개의 탄소-수소 고리를 갖는 LDPE(열가소성 플라스틱)를 해체(크래킹)시켜 수 십개의 탄소-수소 고리를 갖는 물질(나프타)로 바꾸어 놓는다. 플라스틱을 원래의 소재로 환원시키는 것이다. 플랜트에서 1차 공정으로 추출된 기체상태의 탄화수소를 액화하면 중유(벙커유)가 된다. 이 중유를 다시 2차 공정을 거쳐 산업용 연료로 쓰일 수 있는 경유를 생산한다.

 

4-7. 일본의 열분해 유화기술과의 차이점
열분해유화기술은 폐플라스틱을 종류별로 선별하여 세척, 파쇄 등의 전처리 과정을 거쳐서 350~650°C로 가열하여 액체연료(석유)를 생산하는 방식이다. 지금까지 세계최고의 열분해유화기술을 보유한 일본의 회사로는 칸쿄에너지(kankyo-energy)와 리사이클 에너지(recycle-energy)가 잇다.

칸쿄에너지(kankyo-energy)사가 개발한 폐플라스틱 유화장치의 실용기인 ‘HiCOP-200’는 촉매에 의한 접촉 분해방식을 채용한 것으로 기존의 열 분해 기술로는 안되는 고품질의 유화가 가능한 것이라고 한다. 한국의 SKC는 칸쿄에너지사와 폐플라스틱 열분해 상업화 기술 협력에 대한 양해각서를 6월 8일 체결하였다. SKC는 칸쿄에너지사의 기술 공동 소유와 독점실시권을 확보하여, 2023년 상업가동을 목표로 폐플라스틱 5만t 이상을 투입해 3만5000t 이상의 열분해유를 생산할 계획이다.

CFP그룹의 리사이클 에너지(recycle-energy)사는 0℃이하의 저온에서도 고화되지 않는 생성유 제조가 가능한 특허기술을 보유하고 있다. 기존의 열 분해 방식으로는 겨울철에 저온에서 생성유가 고화하는 문제를 해결한 것이다. 4000kg/day(400kg/h)의 처리 능력을 가진 유화 장치가 2계열의 경우, 하루에 최대 8000kg의 폐플라스틱에서 8000L의 기름을 생성한다.

국내에서는 열분해유화기술을 2,000년 중반부터 개발했으나 탈염소기술 등의 부족으로 상용화 하지 못했다. 일본은 과감한 연구개발투자로 상용화에 성공하여 운영중이기는 하나, 전처리와 탈염소시설등 환경오염 저감설비비용의 높은 장벽을 넘어서지 못해 공급망을 구축하지 못하고 있다.

일본의 유화업체에서는 ㈜도시유전의 플랜트가 혼합 다층막수지(금속박 포함 라면봉지 등)와 기타 폐기물까지 포함된 폐기물을 함께 처리할 수 있다면 중국시장 진출에 매우 유리할 것이라며 주시하고 있다고 한다. 바꿔말하면, 전처리 없이 유화할 수 있다는 사실을 믿을 수 없지만, 만일 가능하다면 시장을 지배하는 기술이 될것이라는 의미이다. 중국에서는 최소한의 전처리 후, 장입 가능한 저온(400℃)유화 플랜트 제작 가능성 문의가 많이 오고 있어 논의를 진행중이라고 한다.