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NEW 안병민 교수팀, 폐플라스틱을 고부가원료로- 고엔트로피 합금 촉매 활용 업사이클링 기술 개발
- 2026-05-26
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아주대학교 공동 연구팀이 플라스틱 폐기물을 석유화학 산업의 핵심 원료로 직접 전환할 수 있는 새로운 합금 촉매 기반 초고속 가열 시스템을 개발했다.
안병민 교수팀(첨단신소재공학과·대학원 에너지시스템학과)은 고엔트로피 합급 촉매를 활용한 이중층 초고속 가열 반응기를 개발, 폐플라스틱을 에틸렌과 프로필렌 등 석유화학 기초원료로 직접 전환하는 기술을 제안했다고 밝혔다.
해당 내용은 ‘고엔트로피 합금 촉매 열분해를 이용한 이중층 초고속 가열 반응기 내 폴리올레핀 공중합체의 선택적 해중합(Selective depolymerization of polyolefin copolymer via high-entropy alloy catalyzed pyrolysis in a double-layered ultrafast heating reactor)’이라는 제목의 논문으로 화학공학 및 환경·에너지 분야의 최상위 국제 학술지 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)에 5월 게재됐다.
아주대 안병민 교수팀과 성균관대 이제찬 교수팀, 미국 델라웨어대학(University of Delaware) 및 한국화학연구원 연구진이 공동으로 연구에 참여했다. 아주대 이한성 박사(첨단신소재공학과 박사 졸업, 現 미국 예일대 박사후연구원)와 성균관대 김승원 석박통합과정 학생이 공동 제1저자로 참여했고, 아주대 안병민 교수와 성균관대 이제찬 교수는 교신저자로 함께 했다.
플라스틱 폐기물은 전 세계적으로 배출량이 계속 증가하고 있으나, 재활용되는 비율이 적고 폐기물은 소각 및 매립되어 환경 오염을 유발한다. 특히 PE나 PP 등 폴리올레핀계 폐플라스틱의 열분해 공정은 에너지 요구량이 높아 화학적 재활용이 쉽지 않았다.
공동 연구팀은 이를 해결하기 위해 코발트(Co), 구리(Cu), 철(Fe), 망간(Mn), 니켈(Ni)로 구성된 고엔트로피 합금(high-entropy alloy, HEA) 반응 촉진 촉매를 기반으로 전기저항 기반 줄 가열 방식을 적용한 이중층 초고속 가열 반응기(Double-layered Ultrafast Heating Reactor, DUHR) 시스템을 개발했다. 연구팀이 개발한 고엔트로피 합금 촉매를 적용한 DUHR 공정은 실제 산업용 폴리올레핀 공중합체를 고부가가치 에틸렌과 프로필렌으로 최대 70% 비율까지 선택 전환하는 효율을 보였다.
이번 연구는 폐플라스틱을 단순 연료나 부가가치가 낮은 열분해유로 전환하는 기존의 접근 방식을 넘어, 석유화학 산업의 핵심 원료인 에틸렌과 프로필렌을 직접 회수할 수 있는 첨단 금속 촉매 기반 전기-화학적 재활용 전략을 제시했다는 점에서 의미가 있다.
특히 아주대 연구팀은 고엔트로피 합금 촉매의 설계와 열화 메커니즘 분석을 통해, 앞으로의 촉매 내구성 향상과 재사용성 확보를 위한 소재 설계 방향을 제시했다. 연구팀이 개발한 고엔트로피 합금 촉매는 여러 금속 원소가 단순 고용체 구조를 이루는 소재로, 다양한 국소 원자 배열 기반 촉매 활성점을 제공해 초고속 가열, 선택적 열분해, 반복 열분해 조건에서도 반응을 향상시킬 수 있는 촉매 플랫폼 소재로의 확장이 기대된다.
아주대 안병민 교수는 “이번 연구는 고엔트로피 합금 촉매와 전기 기반 초고속 반응기를 결합해 폴리올레핀계 폐플라스틱을 고부가 화학 원료로 전환할 수 있음을 보여준 사례”라며 “미국-이란 전쟁 중의 나프타(naphtha) 수급 위기 등에서 경험한 것과 같이 해외 자원 의존도 낮추기는 국가적 과제이며, 이번에 개발한 기술을 통해 이를 해결할 단초를 제공할 수 있을 것으로 기대한다“고 말했다.
이번 연구는 한국연구재단 교육부 대학기초연구소지원(G-LAMP) 사업, 개인기초연구사업 핵심연구, 산업통상자원부 탄소중립산업핵심기술개발사업, 미국 에너지부 Center for Plastics Innovation의 지원을 받아 수행됐다.