[이미디어= 황원희 기자] 플라스틱 재활용의 난제를 해결할 새로운 돌파구가 제시됐다. 미국 노스웨스턴대 연구진이 혼합 플라스틱 폐기물을 효율적으로 분해할 수 있는 저비용 니켈 기반 촉매를 개발, 기존의 복잡한 분류 과정을 생략할 수 있는 길을 열었다. 이번 연구 성과는 국제학술지 네이처 케미스트리(Nature Chemistry)에 실렸다.

현재 전 세계 플라스틱 소비의 약 3분의 2는 일회용 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP) 등 폴리올레핀 소재가 차지한다. 그러나 이들은 화학적으로 안정적이고 분해가 어려워 재활용률이 1~10%에 불과하다. 대부분 매립되거나 소각되며, 환경에 미세플라스틱을 남긴다.

노스웨스턴대 토빈 마크스 교수 연구팀은 새로운 유기 니켈(Ni) 촉매를 통해 이 문제에 접근했다. 연구팀은 폴리올레핀의 C-C 결합을 선택적으로 절단하는 ‘수소 분해(hydrogenolysis)’ 방식으로 폐플라스틱을 액체 오일과 왁스로 전환했다. 이로써 저가의 일회용 플라스틱이 윤활유, 연료, 양초 등 고부가가치 제품으로 업사이클링될 수 있음을 보여준 것이다.

특히 이번 촉매는 여러 차례 반복 사용이 가능하며, 기존 재활용 공정을 가로막던 폴리염화비닐(PVC) 오염에도 강한 내성을 보였다. PVC가 포함된 혼합 폐기물 속에서도 오히려 촉매 반응이 가속화되는 결과가 나타나 ‘재활용 불가능’으로 분류되던 폐기물 처리에도 적용 가능성이 확인됐다.

공동저자인 요시 크라티쉬 연구원은 “폴리올레핀은 식품 용기, 일회용 봉투, 의료용품 등 생활 전반에 널리 사용되지만 수명이 짧아 폐기물로 직행한다”며 “효율적 재활용 방법이 없다면 결국 매립지와 바다로 흘러 들어가 수십 년간 잔존하게 된다”고 지적했다.

이번 연구에서 주목할 부분은 ‘정밀 공학적 접근’이다. 기존 귀금속 기반 촉매는 고온·고압을 요구했지만, 노스웨스턴대의 단일 사이트(single-site) 니켈 촉매는 낮은 온도와 압력에서도 높은 선택성과 안정성을 보였다. 연구팀은 “귀금속 의존도를 줄이고, 저비용·고효율 플라스틱 재활용을 가능케 하는 새로운 모델”이라고 설명했다.

이번 성과는 전 세계적으로 심각한 플라스틱 쓰레기 문제 해결에 기여할 수 있을 것으로 기대된다. 매년 2억 톤 이상 생산되는 폴리올레핀 폐기물의 재활용률을 획기적으로 높일 수 있다면, 자원순환은 물론 탄소 감축에도 큰 영향을 줄 전망이다.

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