태우지도 못하고 매립하기도 어려운 폐플라스틱이 무진장 쏟아진다. 세계의 큰 바다에는 다수의 거대한 플라스틱 쓰레기섬까지 생겨났다. 최근 미국을 비롯한 몇 나라 화학회사에서는 폐플라스틱을 열분해하여 연료로 사용할 수 있는 기름(열분해유)을 생산하기 시작했다. 통나무를 태우지 않고 공기가 차단된 가마 안에 넣고 뜨겁게 가열하면, 나무 타르와 목탄 가스가 발생하고 나무는 검은 숯으로 변한다.
이 대목에서 확인할 내용은 무엇일까?
석탄도 마찬가지로 태우지 않고 가열하면 석탄 타르(콜타르)와 석탄가스가 발생하고 코크스라는 탄소 덩어리가 남는다.
이렇게 연소하지 않고 생성된 숯이나 코크스를 공기 중에서 태우면 그 탄소 덩어리는 산소와 결합, 이산화탄소를 생성하면서 열과 빛을 내게 된다.
중학교 2학년이 되면 과학 과정에 ‘화학반응의 규칙과 에너지 변화’라는 단원에서 목재와 석탄 같은 유기화합물에 열을 가해 다수의 물질로 분해시키는 열분해(pyrolysis) 반응에 대해 배우게 된다.
건류(乾溜 carbonization)라 불리기도 하는 pyrolysis는 열(fire)과 분해(separation)를 뜻하는 고대 그리스어에서 나온 말이다.
오늘날 열분해 기술은 화학공업에서 중요하게 이용된다.
정유공장에서는 석탄, 석유, 천연가스 등을 태우지 않고 열분해 과정을 거쳐 플라스틱 원료를 비롯한 온갖 물질을 생산한다.
물을 고온으로 처리하여 산소와 수소를 생산하는 것을 물열분해(hydrous pyrolysis)라 한다.
피부 관리에서 확인할 내용은?
그리고 천연가스(주성분 메탄CH4)를 열분해하면 수소(H2)와 고체 상태의 숯(C biochar)이 생겨난다. 이를 메탄 열분해(methane pyrolysis)라 한다.
CH4 → C + 2H2 이 과정은 이산화탄소를 발생시키지 않고 수소 연료를 생산하는 방법이다.
장작이 타는 불꽃은 휘발성 연료 성분이 산소와 화학적으로 결합하는 연소(combustion) 현상이다.
나무를 태우지 않고 가마에 넣고 열분해하면 탄소 덩어리인 숯이 남는다.
뜨거운 프라이팬 위에서 요리를 하는 것, 빵을 맛있게 굽는 것 역시 음식 일부를 열분해시키는 것이다.
이어지는 이야기에는 무엇이 담겼을까?
플라스틱 쓰레기에서 연료를 생산하는 산업 1970년대에 석유파동이 일어나 연료값이 급등하고, 플라스틱 쓰레기가 폭증하게 되자, 과학자들은 장작이나 석탄을 열분해하듯이 폐플라스틱을 열분해하여 액체연료와 석유화학공업에 이용 가능한 원료를 생산하는 방법을 찾기 시작했다.
이러한 연구는 2000년대에 들어오자 촉매기술이 발전하면서 폐플라스틱 열분해 기업들이 등장하기 시작했다.
한편 수거된 낙엽과 나뭇가지, 지푸라기, 음식물 쓰레기 등(biomass 유기체)을 열분해하여 여러 가지 합성가스(synthegas)와 생물탄(바이오숯)을 생산하는 연구도 함께 진행되었다.
다음으로 살펴볼 내용은 무엇일까?
플라스틱 쓰레기를 열분해하여 연료를 생산하는 장치의 원리를 설명한다.
shredded plastic retort: 조각낸 플라스틱 담는 증류기, ice-water condenser: 냉수 응축기, heat source: 가열장치, liquid fuel: 액체연료, syngas vent: 합성가스 배출 현재 폐플라스틱에서 연료와 여러 가지 부산물을 생산하는 연구는 우리나라와 같은 자원 빈국에서 열정적으로 이루어지고 있다.
이미 몇 개의 국내 기업이 열분해한 기름(열분해유)를 시험생산하고 있으며, 언론에서는 열분해유 생산 기업을 ‘도시 유전’이라 말하고 있다.
바이오매스나 폐플라스틱을 탱크에 넣고 열분해하여 연료(biofuel)와 동시에 부산물로 바이오숯을 생산하는 방법을 설명한다.
본문이 전하는 핵심은 무엇일까?
그림 왼쪽 위(바이오매스 또는 폐플라스틱)을 분쇄하여 탱크(중앙)에 담고 열이나 마이크로웨이브로 가열하면, 오른쪽의 생물탄(biochar), 생물가스(biogas), 생물연료(bio-oil)를 얻고, 이때 나오는 연료로 난방을 하고 전력을 생산할 수 있다.
열분해 방식으로 생산된 현재의 생물연료는 불순물이 포함되어 있어 자동차 연료로는 사용하지 못하고, 난방용 연료 등으로 사용하려 한다.
2020년대 이후 열분해 공학이 빠르게 발전하고 있기 때문에 폐플라스틱을 효과적으로 재활용하는 날이 가까이 오고 있다.
문제는 열분해에 필요한 원자력 발전과 같은 경제적 에너지를 충분히 얻는 것이다. - YS
- 석탄도 마찬가지로 태우지 않고 가열하면 석탄 타르(콜타르)와 석탄가스가 발생하고 코크스라는 탄소 덩어리가 남는다.
- 그리고 천연가스(주성분 메탄CH4)를 열분해하면 수소(H2)와 고체 상태의 숯(C biochar)이 생겨난다.
- 플라스틱 쓰레기에서 연료를 생산하는 산업 1970년대에 석유파동이 일어나 연료값이 급등하고, 플라스틱 쓰레기가 폭증하게 되자, 과학자들은 장작이나 석탄을 열분해하듯이 폐플라스틱을 열분해하여 액체연료와 석유화학공업에 이용 가능한 원료를 생산하는 방법을 찾기 시작했다.
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