폐플라스틱 재활용 기술의 모든 것: 종류, 처리 공정, 최신 동향까지 완전 정리

1. 서론: 폐플라스틱 문제, 왜 중요한가?

현대 사회에서 플라스틱은 일상생활 전반에 걸쳐 사용되고 있으며, 식품 포장, 가전제품, 건축자재, 의료기기 등 다양한 분야에서 없어서는 안 될 소재입니다. 그러나 이처럼 편리한 플라스틱도 사용 이후에는 심각한 환경 문제를 야기합니다. 특히 폐플라스틱은 자연 상태에서 분해되기까지 수백 년이 걸리며, 바다로 유입될 경우 해양 생물의 생존을 위협하고, 인체에도 잠재적인 위험을 미칩니다.

세계적으로 플라스틱 소비량은 해마다 증가하고 있으며, 이에 따라 폐기물 처리의 부담도 커지고 있습니다. 단순한 매립이나 소각은 한계가 있으며, 탄소중립 및 순환경제의 관점에서 폐플라스틱 재활용은 더 이상 선택이 아닌 필수 과제가 되었습니다.

2. 폐플라스틱의 분류 방식

폐플라스틱의 재활용 효율을 높이기 위해서는 정확한 분류가 선행되어야 합니다.

① 재질별 분류

• 열가소성 플라스틱(Thermoplastics): 재가열하면 녹는 성질이 있어 재활용이 용이한 플라스틱입니다.
  • 예: 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리스티렌(PS), 폴리염화비닐(PVC)
• 열경화성 플라스틱(Thermosets): 고온에서 일단 경화되면 다시 녹지 않아 재활용이 어려움
  • 예: 페놀수지, 에폭시수지, 멜라민수지

② 형태별 분류

• 필름형: 농업용 비닐, 포장용 필름 등
• 경질형: 페트병, 용기류, 플라스틱 의자 등
• 복합재질형: 여러 플라스틱 또는 금속, 종이 등이 혼합된 형태 (예: 감자칩 봉지)

③ 오염도 기준

• 1종류: 깨끗한 투명 PET병
• 2종류: 세척 가능한 플라스틱
• 3종류: 오염이 심하거나 이물질이 혼합된 플라스틱

이와 같이 세분화된 분류는 재활용 가능성을 높이고, 품질 저하를 막는 데 필수적인 절차입니다.

3. 폐플라스틱 재활용의 4가지 주요 방법

① 기계적 재활용 (Mechanical Recycling)

폐플라스틱을 기계적으로 분쇄하고 세척한 후 열을 가해 새로운 제품으로 재성형하는 방식입니다.

• 장점: 비교적 에너지 소모가 적고 공정이 단순함
• 단점: 반복 재활용 시 물성이 저하되어 고품질 재료로의 재활용에는 한계가 있음
• 적용 분야: 플라스틱 의자, 파렛트, 건축자재 등

② 화학적 재활용 (Chemical Recycling)

플라스틱을 분자 단위로 분해해 원료 상태로 되돌리는 방식입니다.

• 열분해(Pyrolysis): 고온에서 산소 없이 가열하여 오일, 가스 등으로 분해
• 해중합(Depolymerization): 화학 반응을 통해 원래의 단량체로 환원
• 용매 기반 처리(Solvolysis): 특정 용매를 사용해 플라스틱을 선택적으로 분해
• 장점: 고순도의 재료를 얻을 수 있어 고급제품에 활용 가능
• 단점: 설비비용과 에너지 소모가 크며 상업화가 아직 제한적

③ 열적 재활용 (Thermal Recycling)

플라스틱을 연료처럼 태워 에너지를 회수하는 방식으로, RDF(고형연료), SRF(고급 고형연료) 등으로 사용됩니다.

• 장점: 대량 처리 가능, 에너지 회수가 가능
• 단점: CO₂ 및 유해물질 배출

④ 바이오재활용 (Biological Recycling)

특정 미생물이나 효소를 이용해 플라스틱을 생물학적으로 분해하는 방식입니다.

• 아직은 실험단계이나 미래 친환경 재활용 기술로 주목받고 있음
• PET를 분해하는 박테리아(예: Ideonella sakaiensis) 연구 활발

 

4. 주요 재활용 공정 사례 및 기술 설명

PET병 재활용 (Bottle-to-Bottle)

• 회수 → 이물질 제거 → 세척 → 분쇄 → 건조 → 재용융 및 압출 → 재생원료
• 이를 통해 식품 등급의 투명 재생 PET 제조 가능

비닐류 재활용

• PE/PP 계열 비닐은 압출 성형 후 파이프, 시트, 포장재 등으로 재활용
• 농사용 폐비닐은 이물질이 많아 별도의 세척 설비 필요

복합소재의 선별 기술

• 광학 선별기: Near Infrared(NIR) 기술을 통해 소재별 자동 분류
• 밀도차 분리: 물에 띄우거나 가라앉히는 방식으로 분리

열분해 설비

• 폐플라스틱 → 400~600℃ 반응기 → 유분/가스 → 정제 → 연료/화학원료로 활용

5. 국내 폐플라스틱 처리 현황 및 정책

• 한국 폐플라스틱 발생량: 약 800만 톤/년 (2023년 기준)
• 재활용률: 약 60%, 실제 자원화율은 30%대 추정
• 정부 정책:
  • 생산자책임재활용제도(EPR)
  • 투명 PET병 별도 분리배출 제도
  • 자원순환기본법 시행

문제점

• 세척되지 않은 플라스틱의 재활용율 저하
• 폐기물 수출입 규제 강화로 내수 처리 부담 증가
• 재생원료 품질 불균일

 

6. 해외 주요국의 재활용 전략

독일

• 이중분류제도(DSD)를 통해 철저한 분리배출 및 재활용
• 폐기물 매립률 < 1%

일본

• 열적 재활용 비율이 높음 (RDF, SRF 활용)
• 플라스틱 자원 순환촉진법 시행 중

네덜란드

• 재생 플라스틱을 활용한 플라스틱 도로 시범 사업
• EU 순환경제 전략 주도

미국

• 주(州)별로 상이하나 최근 Extended Producer Responsibility 법안 추진 중

 

7. 폐플라스틱 재활용 산업의 도전과 과제

• 다층포장재, 혼합재질 제품의 분리 어려움
• 재생원료의 수요 기반 부족
• 재활용품 가격 경쟁력 열위 (원유 가격 하락 시 원료 가격과 역전)
• 소비자의 인식 및 분리배출 습관 미비

 

8. 최신 기술 및 미래 동향

• AI 기반 분리기: 색상, 재질 분석을 통한 고속 자동 선별
• 광분해 기술: 자외선과 촉매를 이용한 플라스틱 분해 연구
• 바이오 기반 분해효소 개발: 플라스틱을 빠르게 자연 분해시키는 효소 연구 활발
• 케미컬 루핑 열분해로: 산소 전달체를 활용해 유해가스 배출 없이 열분해 가능

 

9. 업사이클링과 사회적 가치 확장

• 재활용 그 이상, 업사이클링은 새로운 가치를 부여하는 방식으로 각광
• 예: 폐플라스틱으로 만든 가방, 신발, 가구 등
• 친환경 기업, 스타트업의 사업화 활발

10. 결론: 순환경제 실현을 위한 실천

폐플라스틱 문제는 단순히 환경문제에 그치지 않습니다. 이는 곧 자원순환, 에너지 절약, 산업 경쟁력과 직결되는 핵심 과제입니다. 정부의 정책, 기업의 기술개발, 소비자의 분리배출이 조화를 이룰 때 진정한 지속가능한 자원순환사회가 구축될 수 있습니다.

앞으로는 단순한 '재활용'을 넘어, 플라스틱의 생산-소비-처리 전 과정에 걸쳐 시스템적인 접근이 필요합니다. 폐플라스틱을 미래 자원으로 보는 시각의 전환이 그 어느 때보다 절실합니다.