[공학저널 김하늬 기자] 인류 생활의 편의성을 높이는 데 있어 크게 이바지한 자원으로 평가받는 플라스틱은 최근 환경 문제와 맞물려 지구환경을 저해하는 요소로 손꼽히고 있다. 이에 탄소 중립 실현에 앞장서고 있는 각국은 플라스틱 저감과 효율적인 후처리 방안 등에 대한 논의가 이뤄지고 있는 상황이다.
이에 국내에서는 폐플라스틱을 수소·화학 원료 등으로 재생산하는 기술이 주목받고 있다. 바로 ㈜우석이엔씨에서 개발한 ‘열분해·가스화 합성가스 생산기술’이 그 주인공이다.
우석이엔씨가 고등기술연구원과 한국전력기술㈜의 협력을 통해 개발한 이 기술은 과거 우석이엔씨에서 개발한 수소와 산소를 양론 비로 공급해 고온의 증기를 생성함에 따라 반응제로 사용하는 Steam Gasification을 기반으로 폐플라스틱 원료와 산소를 공급하는 산소 가스화로 발전시킨 합성가스 생산기술이다.
열분해·가스화 단일 환원로 내 중간격벽 설치를 통한 2단 구조 설계로 건설비·운영비를 동시에 절감할 수 있다는 점에서 손꼽히는 기술이다.
환원로 하부 4개 버너의 설치 각도 차별화를 통해 산소와 증기를 선회하는 유동장을 형성해 가스화 반응 촉진과 충분한 체류 시간을 확보한 유일한 기술이라는 점에서 여타 기술과는 다른 차별화를 모색했으며, 무전원 금속제 슬랙 탭을 설치해 용융된 슬랙을 안정적으로 배출하는 것이 특징이다.
특히 이 기술은 1,450도 이상의 고온에 적합한 내화재를 개발해 구성했고, 개발된 내화재에 대한 축로 기술 확보로 330일/년 이상 안정적인 운전이 가능하며, 산소·증기 공급량 제어로 합성가스 내 H₂와 CO 생산량을 특정적으로 제어할 수 있다.
이를 통해 폐플라스틱의 화학적 재활용을 다양한 방법(메탄올, 천연가스, 수소, 나프타 등 다양한 에너지 및 원료 생산)으로 고부가가치로 높이는 자원순환사회 실현의 근간 기술로서 평가받고 있다.
이와 함께 공급원료의 투입 방법을 폐플라스틱 원물 또는 1차 가공된 원료를 선택해 투입하면 에너지 생산 장소를 확대할 수 있고, 재활용 원료를 사용하면 수소법 저촉을 받지 않는 생산시설이다. 식품 제조공장의 생산 잔재물로 합성가스를 생산해 가스엔진을 통한 발전으로 RE100 효과와 탄소배출권을 적용받을 수 있는 친환경적 기후 기술로 기대를 모으고 있다.
기술의 생산·활용 측면에서도 우석이엔씨의 기술력은 빛을 발한다. 지역 맞춤이 가능한 시설용량 10톤/일급을 표준모델로 개발해 수요처 요구조건에 따른 설치가 가능하도록 했으며 이는 지역 에너지 자립화에도 이바지할 전망이다.
또한, 수요처 용도별 H₂와 CO 생산이 탄력적 운전이 가능한 활용성 높은 기술로 평가받으면서 유지보수의 유연성은 물론 플랜트 운전의 신뢰도를 높일 수 있는 가스화 플랜트 설계·운전기술로 자리 잡을 것으로 보인다.
우석이엔씨는 국내 유수의 엔지니어링 기업과의 협업을 통해 축적한 건축, 토목, 에너지, 환경 플랜트, 연료전지 등의 영업·기술력을 바탕으로, 2015년부터 Owner’s Engineering 업무를 주요 사업으로 하는 건설 사업관리 엔지니어링업의 PM, CM 분야로 도약하기 시작했다.
꾸준하고 폭넓은 기술력을 바탕으로 사업 분석 및 경제성·기술적 사업성 검토, 지구 단위 개발행위 업무와 재건축 재개발의 건축인 허가 업무, 필수 사업비 조달, 시공사 선정, 기본·상세 설계, 기자재 구매, 공사관리·시 운전, 분양·매각 업무 등 전 과정을 아우르며 최상의 품질과 서비스를 제공하기 위해 최선의 노력을 다하고 있다.
우석이엔씨 최용기 회장(사진)은 “탄소 중립 지구를 만들기 위해 화석연료와 원료를 대체하는 방법으로 유기성 폐기물을 활용한 합성가스 생산기술을 개발했다”며 “합성가스 생산 기계를 제조하는 전문기업으로서 우석이엔씨의 가스화 기술은 고순도의 H₂와 CO를 사용자가 요청하는 곳에, 소규모부터 대규모까지 요구사항에 따라 합성가스 생산설비를 거점형, 지역 분산형 시설로 가능하게 개발한 것이 차별점”이라고 말했다.
그는 이어 “고등기술연구원, 한국전력기술㈜ 등 국내 최고의 기관과 협업을 통해 열분해·가스화 기술에 대한 개발을 완료했다”며 “이와 함께 유관분야 세계 최고기술과 중국 내 다수의 실적을 보유한 기술사와 기술협력을 추진, 일본 내 가스화기 전문운영사와 운전기술에 대한 협력 추진을 통해 국내외 재생플라스틱의 고온열분해·가스화의 상업화 연속운전을 진행하고 있다. 본 기술은 순환경제 구조를 정착하고 화석연료를 저감하는 기술로서 미래에 풍요로운 삶을 추구하는데 그 역할을 다 할 것”이라고 덧붙였다.
우석이엔씨는 지난 2022년부터 고등기술연구원과 열분해·가스화 연구를 시작했다. 우석이엔씨 본연의 가스화기 축조기술과 Steam, 산소를 사용한 Gasification 기술을 바탕으로 고등기술연구원의 수행 노하우를 더해 지금의 실증 플랜트를 완성했으며, 실제 운전을 통해 보완·개선해나가며 상용화 모델을 개발했다.
현재 우석이엔씨는 열분해·가스화 기반 합성가스 생산기술을 수소생산 분야, 수소 모빌리티 분야 등에 적용하기 위해 지방자치단체 및 기업과 폐플라스틱 처리에 대한 협의를 진행 중이다.
최 회장은 “산업체 전기생산, RE100 효과 등에 대해 일반 기업체와 협의를 진행하고 있는 한편 산업 전반에 걸쳐 기술을 확산해 화석연료 사용량과 탄소배출 저감 등 기후기술에 이바지할 수 있도록 최선의 노력을 다할 것”이라며 “각 지자체에서 폐플라스틱을 에너지원으로 사용해 미래의 에너지로 손꼽히는 수소를 지역주민들이 더욱 저렴하게 사용할 수 있는 순환경제를 구축하고, 이러한 기술로 국가는 미래 에너지 공급사업을 안정적으로 확보할 수 있도록 도울 것”이라고 설명했다.
이밖에도 우석이엔씨는 혼합폐플라스틱에 대한 꾸준한 연구개발을 시행 중이다.
현재 매립/소각 외에 처리가 어려운 폐플라스틱 혼합물의 처리 수요 증가와 함께 석유화학산업의 재생 나프타 원료확보에 어려움을 겪고 있다.
이에 혼합폐플라스틱의 물리적 재활용, 해중합, 열분해 등을 통해 플라스틱 단량체 또는 열분해 오일을 생산할 수 있으나, 이들 기술은 폐플라스틱에 포함된 부산물, 첨가제 등의 영향을 크게 받아 순도가 낮을수록 재활용 공정이 어려운 실정이다.
반면, 가스화는 오염물, 부산물, 혼합물 등의 특성에 영향을 적게 받아 합성가스를 생산하는 것이 가능하고, 이로부터 나프타를 생산해 석유 대체와 온실가스 감축 원료 생산이 가능하다. 이를 통해 재활용이 어려운 PVC 함유 폐플라스틱으로부터 합성가스를 생산할 경우 나프타 등의 다양한 화합물을 제조할 수 있는 기초 원료로 활용할 수 있다.
최 회장은 “에틸렌 생산량 기준 세계 4위 수준의 국내 석유화학산업은 해외의 온실가스 감축 규제에 따라 재생 원료 공급망 확보가 시급함에 따라 수소와 일산화탄소를 생산하는 모델과 달리 추가적인 공정을 통해 메탄올, 나프타 등을 생산하는 모델을 연구 중에 있다”고 말했다.
이에 우석이엔씨는 혼합폐플라스틱도 가스화가 가능하도록 관련 기술을 개발 중이며, 궁극적으로 PVC를 포함해 현실적으로 처리가 곤란한 혼합폐플라스틱도 처리가 가능하도록 기술을 발전시켜, 폐플라스틱 전반에 걸쳐 사업역량을 확대한다는 계획이다.
이와 관련해 현재 폐플라스틱 가스화 사업과 연계해 폐플라스틱 원료확보를 위한 전략을 수립해 추진 중이다. 인도네시아에 폐플라스틱 가공공장을 설립하고 있으며, 향후 태국과 베트남에 추가 건립을 계획하고 있다.
최 회장은 “현재 연속운전에서 이상적인 운전데이터를 확보해 지자체에서 발생하는 폐플라스틱을 자원으로 ‘수소에너지 생산 및 충전소 사업 제안서’를 작성해 여러 참여기업과 함께 지자체와 수소에너지 관련 공사에 사업을 제안 중”이라고 전했다.
그는 이어 “우석이엔씨의 생산 플랜트는 기능별로 컨테이너 형태로 공장에서 제작하고 현장에서 조립해 운전하는 방법의 모듈화로 설계됐기 때문에 공장에서 대량생산을 통해 미국 등 해외로도 기술 진출이 가능하다. 국내외의 수소에너지 공급이 필요한 지역에 파이프라인을 통한 직접 공급과 마더스테이션으로 대규모충전소를 운영하면서 인근 지역에 튜브트레일러로 공급하는 형태의 사업망을 구축할 계획”이라며 “e메탄올 생산도 모듈화해 조선소 인근에 플랜트를 설치하면서 대형선박에 에너지를 보급하는 사업도 계획하고 있다”고 덧붙였다.
