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Nikkei X-TECH_2022.11.9

수지 재활용에 마이크로파 적용
직접 가열로 범용 플라스틱도 분해

최근 마이크로파 대역 주파수의 전자파를 이용한 수지(플라스틱) 재활용 기술에 대한 연구개발이 각광받고 있다. 기존의 방법에 비해 에너지 효율이 높고, 지금까지 재활용이 어려웠던 수지에도 적용할 수 있다는 것이 특징이다. 2025년경의 실용화를 목표로 기업들이 연구개발을 추진하고 있다.

마이크로파란 주파수가 300M~300GHz인 전자파를 말한다. 현재는 주로 전자레인지나 휴대전화기에서 사용되고 있다. 이 마이크로파를 수지 재활용에 이용함으로써 대상 물질을 직접적이고 선택적으로 가열할 수 있어 에너지 효율이 높아진다.

수지를 열분해시킬 경우, 리액터(반응기) 내부까지 선택적으로 에너지를 보낼 수 있기 때문에 가열 시간이 짧아져 에너지 효율화로 이어진다. 기존 방법으로는 리액터 벽면 쪽에서 가열하기 때문에 열분해까지 시간이 걸렸다.

마이크로파 기술로 재활용할 수 있는 수지의 범위도 넓어지고 있다. 에너지 효율화를 통해 에너지 비용을 절감할 수 있게 된다면, 기존에는 채산이 맞지 않는다는 이유로 재활용이 미뤄져 왔던 수지도 재활용의 길이 열릴 것이다.

예를 들어, 내열성이 높아 기존 방법으로는 열분해가 어려웠던 수지라도 마이크로파 기술을 통해 고온으로 가열할 수 있다. 높은 선택성을 응용한다면 분해가 어려운 수지 복합재도 재활용이 가능하다.

-- 실적이 풍부한 마이크로파 화학 --
수지 재활용을 비롯해 화학 분야에 있어서의 마이크로파 가열 응용에서 실적을 가지고 있는 곳은 2007년 창업한 마이크로파화학이다. 마이크로파화학은 현재, 수지 재활용에 마이크로파를 응용하는 것을 목표로 신에너지 산업기술종합개발기구(NEDO)의 연구개발 프로젝트에 참여. 마이크로파 기술을 이용해 기존의 열분해 프로세스 대비 약 50%의 에너지 절약 효과를 실현하는 것을 목표로 내걸고 있다.

마이크로파화학은 그 일환으로 11월 1일, 하루 1톤의 처리 성능을 갖춘 케미컬 재활용을 위한 범용 실증 설비를 완성했다고 발표했다. 올해 안에 본격 가동할 예정이다. 마이크로파화학은 범용 수지 분해 기술 개발을 목적으로 한 소형 실증 설비를 2021년 9월에 구축. 이때에는 시간 당 5kg 정도의 처리 성능이었다. 이번에는 설비의 대규모화와 더 확대된 범용화를 추진했다.

마이크로파화학은 이미 수지 재활용 검증을 시작하고 있다. 폐기 수지를 원료(Monomer)로서 회수하는 것을 목표로 한다. 재활용 대상으로 상정하고 있는 것은 폴리프로필렌과 폴리스틸렌이다. 예를 들어, 폴리스틸렌 분해에서는 스티렌모노머(Styrene monomer)를 주성분으로 회수. 이 스티렌모노머를 정제, 재중합해 폴리스틸렌을 만들 수 있다는 것을 확인했다고 한다.

-- 마그네트론보다 더 생산성이 높아 --
미쓰비시덴키(三菱電機)도 마이크로파를 이용한 재활용 기술 개발을 추진하고 있다. 미쓰비시덴키는 자체 제작한 반도체 소자의 마이크로파 가열 모듈을 활용하고 있다. 반도체 중에서도 고주파 특성이 우수한 질화갈륨(GaN)을 이용. 이동통신에서 이용되는 GaN의 고주파 소자를 고출력화해 마이크로파 가열에 응용하고 있다.

가열원에 마그네트론(Magnetron)을 이용하는 방법도 있지만, 미쓰비시덴키에 따르면, 마그네트론보다 GaN 소자가 생산성을 높이기 쉽다고 한다. 미쓰비시덴키는 시험 장치로 복수의 마이크로파 모듈을 이용해 kW급 출력을 달성하는 데 성공했다.

미쓰비시덴키는 마이크로파 가열을 통한 재활용 기술 개발 활동을 올 10월에 개최된 'CEATEC 2022'에서 패널로 전시했다. 미쓰비시덴키는 앞으로 재활용 업체 등과 연계해 실용화를 목표로 연구 개발을 추진할 방침이다. CEATEC로의 참가는 제휴처와 수요를 모색하는 것이 목적이었다고 한다.

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