폐타이어를 고무·나일론 원료로

환경오염을 가중시키는 폐타이어를 고부가가치 화학 원료인 고순도 고리형 알켄으로 전환시키는 기술이 개발됐다. 폐타이어 재활용의 새로운 전환점을 마련한 것으로 평가된다.

26일 KAIST에 따르면 화학과 홍순혁 교수 연구팀은 이성질화 반응과 이중결합 복분해 반응을 정밀하게 결합한 이중 촉매 시스템(ISOMET)을 개발해 폐타이어 문제를 효과적으로 해결할 수 있는 방법론을 제시했다.

합성고무와 천연고무의 복합체로 구성된 타이어는 실리카, 카본블랙, 산화방지제 등 첨가제를 통해 물리적 강도와 내구성을 극대화하고 특히 가황 공정을 통해 고무 사슬 간 가교가 형성돼 열과 압력에 강한 구조를 갖는데 이는 폐타이어의 화학적 재활용을 어렵게 만드는 주요 원인 중 하나다. 그래서 현재 폐타이어 재활용은 주로 열분해 방식이나 물리적 분쇄 재활용에 의존하고 있다. 열분해 방식은 350~800도의 고온 환경에서 고분자 사슬을 분해해 연료유로 전환하는 기술인데 높은 에너지 소비, 낮은 선택성, 저품질의 탄화수소 혼합물 생성이라는 한계가 명확하다.

연구팀은 두 가지 촉매를 활용해 폐고무를 유용한 화학물질로 바꾸는 방식을 적용했다. 첫 번째 촉매는 고무 분자 안의 결합 구조를 바꿔 분해가 잘 되도록 돕고 두 번째 촉매는 고리를 닫는 반응을 통해 고리 모양의 화합물을 만들어낸다. 이 과정은 최대 92%의 높은 선택성과 82%의 수율을 보여준다. 만들어진 고리형 펜텐은 다시 고무로 재활용할 수 있고 고리형 헥센은 나일론 섬유의 원료로 쓰일 수 있다.

연구팀은 이 기술을 이용해 폐타이어를 고순도의 고리형 알켄으로 전환하는 데 성공했다. 고리형 알켄류는 나일론 전구체, 재활용 고분자 원료 등으로 활용할 수 있어 자원 고갈 문제와 환경 이슈 해결에 기여할 수 있다. 또 이 기술은 다양한 종류의 합성고무와 폐고무에 폭넓게 적용될 수 있어 자원 순환형 경제 실현에 기여할 수 있는 핵심 원천기술로 주목받고 있다.

이기준 기자 lkj@ggilbo.com