국제학술지 ‘그린 케미스트리’ 표지에 실린 이번 연구성과 모식도.[UNIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 골치덩어리 마스크 폐기물을 첨단 물질로 가공해 배터리 성능을 향상시킬 수 있는 기술이 개발됐다. 폐플라스틱 재활용으로 환경을 보호하고 첨단 산업에 사용될 수 있는 핵심적인 기술로 발전할 것으로 기대된다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 안광진 교수팀은 서울시립대, 충남대와 함께 마스크 폐기물로부터 탄소나노튜브를 생산하고, 리튬이온 배터리의 양극 도전재로 적용하는 공정을 개발했다.

열분해는 대표적인 화학적 재활용 방식 중 하나로, 폐플라스틱으로부터 열분해유와 탄화수소 가스를 생산하는 기술이다. 이 과정에서 생성된 메탄, 에틸렌, 프로필렌 등의 탄화수소 가스는 고부가가치 탄소 소재인 탄소나노튜브(CNT) 합성을 위한 원료로 이용된다. 탄소나노튜브는 우수한 열·전기 전도성 및 기계적 강도로 인해 다양한 산업 분야에 응용된다.

안광진 교수는 “열분해와 고온에서 탄화수소를 분해하는 화학기상증착 두 가지 기술을 순차적으로 활용하면 폐플라스틱을 업사이클링해 첨단 소재인 탄소나노튜브를 생산할 수 있다”고 설명했다.

탄소나노튜브는 리튬이온 배터리의 양극 도전재로 많은 관심을 받고 있다. 도전재는 배터리의 용량을 결정하는 활물질 사이에서 전자의 이동을 촉진시키는 물질이다. 탄소나노튜브를 도전재로 활용하면 기존의 카본블랙 소재보다 높은 표면적 및 전도성을 가진다. 즉, 도전재 사용량을 줄이는 동시에 활물질의 투입량을 늘려 배터리의 용량과 수명을 향상시킬 수 있다.

안광진 UNIST 에너지화학공학과 교수와 남언우 연구원.[UNIST 제공]

안 교수는 “다양한 대학과 기관의 협업으로 큰 성과를 낼 수 있었다”며 “향후 해당 공정에 대한 스케일 확장 및 산업적 구현 가능성을 파악하기 위해 경제성 및 환경성 평가를 수행할 계획”이라고 후속 연구 계획을 밝혔다.

서명원 서울시립대 교수는 “기존 탄소나노튜브 생산법과는 달리 마스크 등 고형 폐기물의 열분해로 생산된 가스들을 별도의 분리 공정 과정 없이 이용 가능한 것이 이번 연구의 차별점”이라며 “이번 성과는 환경적 측면과 각종 첨단 산업에서 핵심적인 기술이 될 것”이라고 전망했다.

이번 연구성과는 영국왕립화학회가 발간하는 화학·환경 분야 국제학술지 ‘그린 케미스트리’ 표지 논문으로 선정돼 게재됐다.