출처 : https://news.mt.co.kr/mtview.php?no=2021052611370397830&type=1

 

[1편] ‘기후악당’ 오명 벗겨줄 ㈜도시유전의 환원기술

[편집자주] 태우거나 매립할 수 밖에 없는 폐플라스틱과 폐비닐은 인간과 동식물의 생존을 위협하는 주요 탄소배출원이다. 이들 탄소기반 저급 폐기물을 친환경적으로 환원하여 석유까지 추출해내는 기업이 있다. 머니투데이는 ‘넷제로'(Net Zero)의 선두기업 ㈜도시유전의 기술과 사업분야, 비전을 심층취재해 소개한다.

 

 

우리는 왜 이렇게 체면을 구기고 있는가?

2020년 61개국 중 58위, 2021년에는 53위. 각 국가별 기후변화에 대응하는 정도를 평가하는 CCPI(기후변화 성과지표)에서 한국이 받은 성적이다. OECD 국가 중 탄소 배출 증가율은 가장 높고, 재생에너지 발전 비중 최하위, 에너지소비량은 평균보다 40% 더 높다. 한국은 국제사회로부터 기후악당 국가로 찍히고, 일부 기업들은 투자금지 블랙리스트에 오르고, 국민들은 게으르고 무책임하다고 손가락질 받는다. 이제는 말과 행동이 다른, 기후위기에 대응하는 척 하는 꼼수는 국제시장에서 통하지 않을 수 있다.

 

온실가스 감축은 생산방식과 소비방식, 일자리 변화 등 우리 모두의 삶을 좌우한다. 그래서 정부는 산업계 피해를 앞세우고, 국민은 2050년의 공기의 질보다 당장의 소득감소와 실업을 걱정한다. 그러나 관점을 바꿔 생각하면 기후위기는 거대한 투자의 기회이자 도약의 기회이다. 위기의 시대에는 그것에 도전하고 극복해 새로운 질서를 만들어내는 사람과 기업이 있다. 2050년까지 ‘넷제로'(Net Zero)를 달성하려면 새롭고 획기적인 기술이 필요하다.

 

 

‘넷제로'(Net Zero)에 필요한 것들

(서울=뉴스1) 송원영 기자 = 16일 오후 서울 송파구 송파자원공원에서 직원들이 일회용 재활용품 선별 작업을 하고 있다. 사회적 거리두기 상황에서 배달음식이용 및 택배물량의 급증으로 플라스틱 일회용품의 사용이 늘어 쓰레기의 양은 늘어가고 있다. 2021.2.16/뉴스1
(서울=뉴스1) 송원영 기자 = 16일 오후 서울 송파구 송파자원공원에서 직원들이 일회용 재활용품 선별 작업을 하고 있다. 사회적 거리두기 상황에서 배달음식이용 및 택배물량의 급증으로 플라스틱 일회용품의 사용이 늘어 쓰레기의 양은 늘어가고 있다. 2021.2.16/뉴스1

태평양에는 지구의 여덟번째 대륙이라 불리는 거대한 플라스틱 쓰레기 지대가 있다. 북대서양, 인도양, 남태평양에도 거대한 쓰레기 지대가 존재한다는 사실이 확인되었다. 문제는 바다에 떠다니는 크고 작은 플라스틱 쓰레기를 다시 육지로 수거해 올 방법이 없다는 것이다.

‘탈탄소’나 ‘클린테크’만으론 오염된 지구환경이 정화되지 않는다. 배출된 탄소 기반 폐기물을 묻거나 태워서 오염을 항구적으로 고착시키고 가속시키는 것을 막아야 한다.

바다와 육지의 쓰레기의 대부분이 플라스틱이나 비닐로 이들은 화석원료로 만들어졌다. 이들을 화학적으로 분해해 원료 또는 유류로 환원시키는 유화환원(油化還元) 기술이 여러 나라에서 연구돼 일부는 산업현장에 적용됐으나 환경오염물질 배출과 고비용이라는 문제를 해결하지 못해 확산되지 못하고 있다.

 

 

“기름에서 나온 것을 다시 기름으로”

저온에서도 폐플라스틱류의 유화환원이 가능하다면 오염물질 배출과 고비용이라는 문제가 해결된다. 폐플라스틱, 폐비닐 등 탄소원료 기반의 저급 폐기물을 파동에너지를 이용해 분해해 다시 원래의 탄소원료인 석유로 환원시키는 궁극의 환원기술을 개발한 기업이 있다.

전세계에서 최초로 열분해(열만 사용해 비등 분리하는) 기술이 아닌 파장분해(열과 제3의 파동을 사용하는) 기술을 이용해 폐플라스틱을 친환경적으로 분해 처리하는 원천기술을 개발한 기업은 10년 전, 선박용연료절감장치를 개발해 성가를 높인 바 있는 ㈜도시유전이다.

제5회 한국해양수산산업대상에서 '해양산업대상(해양수산부 장관상)'을 수상한 도시유전 정영훈 대표(오른쪽)/사진=머니투데이
제5회 한국해양수산산업대상에서 ‘해양산업대상(해양수산부 장관상)’을 수상한 도시유전 정영훈 대표(오른쪽)/사진=머니투데이

㈜도시유전은 <파동에너지를 이용한 폐플라스틱 분해처리기술>을 개발한 공훈으로 머니투데이가 주관하는 2021년 제5회 한국해양수산산업대상에서 ‘해양산업대상(해양수산부 장관상)을 수상했다. 수상을 계기로 알려진 ㈜도시유전의 혁신기술에 대해 환경관련 정부기관과 공기업, 지자체, 대기업들이 적극적인 관심을 표명해 왔다.

머니투데이는 ㈜도시유전의 신기술이 타국에서 개발해내지 못한 원천기술인 점과 그 파급효과가 매우 크다는 사실을 확인하고 이 사실을 국내외에 적극적으로 홍보할 필요가 있다고 생각했다. 먼저, 머니투데이는 ㈜도시유전의 정영훈 대표, 함동현 사업총괄본부장, 박경민 고문과의 합동인터뷰를 통해 “기름에서 나온 것을 다시 기름으로” 되돌리는 프로세스와 기술의 가치, 그리고 ㈜도시유전의 비전을 2회에 나누어 소개한다.

인터뷰는 5월 17일, 머니투데이 본사에서 사회적경제미디어 이로운넷의 대표이자 머니투데이 뉴미디어본부의 윤병훈 전무가 진행하고, 이로운넷의 김규태 편집장, 머니투데이 신재은 에디터가 배석했다. 인터뷰는 사전 질문과 답변을 기준으로 자유로운 대담형태로 진행됐으며 다음과 같은 순서로 정리했다.

석유에서 나온 것을 다시 석유로… ㈜도시유전

 

1-1. 파동에너지를 이용한 폐플라스틱 분해처리기술의 원리

(왼쪽부터) 도시유전 박경민 고문, 함동현 사업총괄본부장, 정영훈 대표/사진=머니투데이
(왼쪽부터) 도시유전 박경민 고문, 함동현 사업총괄본부장, 정영훈 대표/사진=머니투데이

㈜도시유전은 앞서 언급한 것처럼 파동에너지와 세라믹을 이용해 폐플라스틱, 폐비닐 등 탄소원료 기반의 저급 폐기물을 파동에너지를 이용해 분해하고, 이를 탄소원료인 석유로 환원시키는 원천기술을 보유하고 있다.

파동에너지로 분자의 결합구조를 깨트려 분자의 특정 운동을 유도하는 방식은 전자레인지의 원리와 비슷하다. 파동에너지를 이용한 폐플라스틱 분해기술을 이해하려면 (****)파동과 복사, 전자기파, 파동에너지, 공진 주파수, 세라믹 등의 개념이 이해돼야 한다.

 

1-2. 분자의 진동, 에너지의 흡수와 방출

소프라노의 고음에 유리컵이 깨질 수 있다. 이것은 그 컵의 고유 주파수와 가수의 소리 주파수가 공명 되어, 유리를 구성하는 분자가 격렬하게 진동하며 결합을 유지할 수 없기 때문에 깨지는 것이다.

분자에서 일어나는 다양한 운동은 종류가 다른 에너지의 방출과 흡수이다. 일반적으로 한 분자가 흡수하는 주파수는 그 분자가 활성화됐을 때 방출하는 전자파의 주파수와 같다. 이 흡수와 방출의 상호성을 키르히호프(kirchhof) 원리라고 한다. 주파수대의 경계는 명확히 정해져 있지 않다.

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. 에너지가 크다는 것은 복사에너지가 물질을 구성하는 분자의 이온화 에너지보다 크다는 것을 의미한다. 복사에너지에 의해 분자의 핵들을 풀어주는 전자가 쉽게 이온화되어 분자의 결합을 끊게 만들어 다른 분자로 변형되게 할 수 있다는 것이다.

화학 결합이 깨지는 화학적 현상은 힘의 작용에 의해 일어나는 것처럼 보이지만, 실제로는 진동 에너지의 상호 작용에 의해 일어난다. 물처럼 우리 눈에 무색으로 보이는 물질도 우리에게 안보이는 다양한 주파수의 진동을 계속 흡수하고 있는 것이다. 흡수된 에너지에 의해 분자 내에서 특정 운동이 시작된다. 전자레인지도 마이크로파와 물분자의 상호작용을 이용한 것이다.

 

1-3. 전자레인지의 원리는 파동에너지의 주파수

마이크로파는 주파수(진동수,1초 동안 파동이 진동하는 횟수)300MH~300GHz, 파장 1mm~1m로 빛 보다는 진동수가 낮고 파장이 길지만 전파(적외선 이하의 파장대를 가진) 중에서는 진동수가 크고 파장이 짧아 레이더나 통신에 사용된다.

위스콘신대학 프레밍과 크림의 실험. 과산화수소 분자에 특정주파수의 레이저①를 주사하면 과산화수소 분자의 산소-수소 결합②이 흡수하고 결합이 격렬하게 진동한다. 진동은 분자 전체에 전해져,산소-수소 결합보다 결합력이 약한 산소-산소 결합③이 끊어진다.
위스콘신대학 프레밍과 크림의 실험. 과산화수소 분자에 특정주파수의 레이저①를 주사하면 과산화수소 분자의 산소-수소 결합②이 흡수하고 결합이 격렬하게 진동한다. 진동은 분자 전체에 전해져,산소-수소 결합보다 결합력이 약한 산소-산소 결합③이 끊어진다.

물 분자는 양전하를 띠고 있는 수소와 음전하의 산소원자로 이루어져 있다. 물 분자는 1초에 200만 번 회전 또는 진동한다. 마이크로파의 진동수는 물 분자의 고유 진동수에 가깝다. 물 분자에 마이크로파를 쪼이면 수소와 산소원자는 마이크로파의 전기장이 양과 음으로 진동할 때 물 분자가 양과 음의 방향을 바꾸며 매우 빠르게 회전하게 된다.

마이크로파는 유리나 종이, 플라스틱 같은 물질은 그냥 통과하지만, 물이나 당분, 지방과 같은 분자와는 상호작용하여 분자의 결합고리를 분리시켜 분자의 회전을 가속하거나 방해하여 분자끼리 충돌을 유도해 열을 발생시켜 내용물을 가열시킨다.

두 에너지가 공명해 진동에너지를 교환하기 시작할 때 석영이나 조개 껍질 또는 돌 같은 결정성 물질이 진동을 더욱 증가시킨다고 한다.

 

2-1. 세라믹

(주)도시유전의 쓰레기 처리 기계 모습/사진제공=(주)도시유전
(주)도시유전의 쓰레기 처리 기계 모습/사진제공=(주)도시유전

세라믹을 한마디로 설명하면 ‘돌’이다. 군불로 달궈진 온돌이나 햇빛으로 뜨거워진 냇가의 돌에서 나오는 에너지와 세라믹에서 방사되는 파동에너지는 근본적으로 같다. 인체에 방사되면 건강에 도움이 되는 생체에너지(원적외선)이기도 하다.

전자레인지의 원리와 마찬가지로 석유로 만들어진 플라스틱류 석유화학물질의 탄소결합 분자의 진동수와 같은 진동수를 가진 파장에너지를 주사하면 플라스틱 분자 간의 연결고리를 끊을 수 있다. 석유화학제품이 다시 석유로 환원되는 것이다. 세계 각국에서 많은 연구자들이 이를 연구해 왔으나 현재까지 성공하지 못했고, 도시유전이 세라믹봉을 전기가열해 찿아낸 고유의 파장만이 유일하게 환유(還油)에 성공했다.

도시유전의 ‘세라믹봉에서 방출되는 파장에너지(원적외선)를 이용한 폐플라스틱 환유환원기술’의 아이디어는 아이러니하게도 기존의 열분해 환유업체의 문의에서 비롯됐다. 국내 한 열분해 회사가 생산한 기름이 왁스화되는 현상을 세라믹 볼로 해결할 수 있는지를 도시유전에 의뢰해 온 것이다. 정영훈 도시유전 대표의 부친인 정흥제씨는 세라믹 기술의 최초 개발자이다. 기술의 모태는 선박용연료절감장치인데, 선박 연료로 사용되는 중질유(벙커C유)를 세라믹봉에서 방사되는 파장에너지에 노출시키면 순간적으로 경질유로 바뀌는 원리다. 현재 부산의 선박들이 실제로 이 연료절감기를 장착해 연료비를 절감하고 바다환경 보호에 커다란 기여를 하고 있다. 도시유전은 왁스화된 기름을 세라믹봉으로 액상 처리하는데 성공했다. 동일한 테스트를 플라스틱에도 시도했고 마침내 플라스틱의 환유에 성공했다.

 

Q. 파장분해 방식에 유해성은 없는가
도시유전은 열분해 방식이 아닌 친환경 파장분해 방식의 원천기술을 보유한 회사로서 전체 공정 처리 온도가 300℃를 넘지 않는다. 즉 유해물질이 발생하는 온도점인 300℃를 넘기지 않아 원천적으로 환경유해물질의 발생을 차단하면서도 파장을 이용해 폐플라스틱을 깔끔하게 분해처리한다.

 

Q. 분리하는 전처리 과정없이 함께 투입되는 종이나 일반쓰레기는 어떻게 처리되는가

(주)도시유전의 기계를 통해 처리된 쓰레기(종이컵)/사진제공=도시유전
(주)도시유전의 기계를 통해 처리된 쓰레기(종이컵)/사진제공=도시유전

위 사진은 분해처리기에 폐쓰레기와 함께 투입된 종이컵의 처리 후의 모습이다. 탄소성분인 종이는 유화되고 잔재만 남는다. 탄소성분이 아닌 잉크만이 마치 아무 일도 없었다는 듯이 원래 그 모습대로 남아있다. 고온으로 태워서는 결코 생길 수 없는 일이다. 전문가들은 이 경우의 분해처리온도는 250℃를 넘지 않을 것이라고 설명했다.

 

2-2. 기술의 인정과 적용-중부발전

 

Q. 도시유전의 기술을 여러 기관들이 인정하고 있다고
도시유전은 지난 4월 한국중부발전, 한국환경공단, 수도권매립지관리공사와 폐플라스틱?폐비닐 등 쓰레기 대란 해결을 위한 ‘폐자원 재생유 고도화 및 활용’을 위한 비대면 업무협약을 체결한 바 있다.

4자 협약에 따라 한국중부발전은 폐플라스틱, 폐비닐 등 폐자원 재생유의 발전산업 활용성 검토 및 직접구매, 판로확대를 지원하고 한국환경공단은 폐자원 재생유 관련 연구 및 고도화를 지원한다. 수도권매립지관리공사는 연구시설 운영 및 공동연구를 통해 폐기물 자원화 기술 향상을 위해 노력하며, 도시유전은 폐자원 친환경 처리 기술이 적용된 장비와 생산된 재생유의 원활한 시장공급을 위한 고품질화를 추진해오고 있다.

중부발전측은 도시유전이 보유한 “세라믹 파장을 이용한 친환경적 폐플라스틱 분해처리”기술로 추출된 기름이 산업용뿐만 아니라, 선박용으로 쓰기에 적합하다고 밝히기도 했다. 도시유전에서 폐플라스틱 처리를 통해 생산하는 기름은 기존의 열분해 업체에서는 추출해낼 수 없는 고품질의 기름이라는 것이다.

도시유전에서 생산한 기름을 한국중부발전, 글로벌 석유화학기업인 INFINEUM(인피니엄)에서 직접 수령해가서 자체 품질 테스트를 한 결과는 놀라웠다. INFINEUM에서는 도시유전의 1차 중질유는 해상선박용 기름으로 쓰기에 적합하고 2차 최종 정제유는 Kerosene(등유) 수준이라는 시험결과보고서를 공유했고, 한국중부발전에서는 자체 보일러 기동용 연료유 사용 가능성을 시험하고 검토를 거친 후, 지난 17일 4자간의 업무협약 체결에 이르게 됐다.

 

2-3. 케임브리지대학, iQ international AG, OCI, 중국통용기계유한공사

 

Q. 해외에서의 반응은 어떤가
지난해 2월 영국 케임브리지 대학의 Melville Laboratory는 캠브리지 대학으로부터 £100,000(1억6천만원)의 연구자금을 지원받아 케임브리지 대학 내에 도시유전과의 공동 연구소를 설립했다. 도시유전은 네이처(Nature)지 같은 국제적인 과학 저널에 캠브리지 대학 연구소와 공동으로 수행한 연구결과를 지속적으로 발표한다.

또한 도시유전은 스위스 주그지역에 본사를 두고 미국에서 지속 가능한 기술을 통한 환경사업을 하고 있는 iQ International AG사로부터의 지분투자 및 공동 파트너십 구축을 마련해 미국 시장 진출을 적극적으로 모색하고 있다.

도시유전은 최종 처리 이후 남는 잔재물마저도 고품질의 고형연료로 사용할 수 있는 가능성을 확보했다. 친환경 화학소재를 개발하고 있는 OCI사는 도시유전에서 추출된 고형연료를 분석 중이다.

중국은 도시유전의 기술에 매우 적극적이다. 중국 국무원 산하 중국통용기계공정유한공사와 도시유전은 중국 내 폐비닐, 폐플라스틱 문제를 해결하기 위한 사업을 공동 추진키로 하는 협력약정을 3월에 체결한 바 있다.

*파장분해기술의 장점, 국내외 유사 환경기술과의 비교, 도시유전의 기술의 의의, 회사의 비전은 2편에서 계속됩니다.