환경 문제는 현대 사회에서 가장 큰 이슈이다. 특히 폐기물의 과잉과 에너지의 과소비로 인한 자원 고갈 문제는 심각하다. 이를 해결하기 위한 기술 개발이 지속적으로 이루어지고 있으며, 그중 폐기물과 바이오매스를 이용해 대체 연료유를 생산하고 활용하는 기술이 많은 관심을 끌고 있다. 원유추출기술은 가스화 기술과 함께 현재 개발 중인 기술로, 폐기물 또는 기타 원료에서 에너지 자원을 얻을 수 있어 주목받고 있다. 이와 관련 전남대학교 에너지공학부 학생들이 원유추출 기술들을 소개했다. 

▲ 장재영, 정석희 교수, 이지수, 윤승휘

저온열분해 기술이란?
저온 열분해 기술은 폐플라스틱 등을 고온에서 가열하여 오일을 추출하는 방식이다. 이 기술은 섭씨 300~600℃의 저산소 및 무산소 환경에서 플라스틱을 가열해 가스, 오일, 잔류물 등으로 환원시키며, 이를 통해 고분자 물질을 저분자 화합물로 전환한다. 이 과정에서 생성된 액체는 회수하여 발전소 등에 공급되며, 생성된 기체는 반응기의 가열 연료로 재공급된다. 열분해 기술은 기존의 물리적 기계적 재활용 방식과 달리 복합 재질의 혼합 폐플라스틱도 처리할 수 있다는 장점이 있다. 또한 목질 섬유소, 옥수수 짚 등의 비석유계 고분자 물질에서도 동일한 방식으로 원유를 생산할 수 있다. 국내에서는 LG화학과 한화를 비롯한 16개의 업체가 이 기술을 상용화하고 있으며, 해외에서도 많은 기업이 열분해유 생산에 투자를 진행 중이다. 독일의 BASF, 미국의 Shell, 핀란드의 Neste 등도 이 기술을 적극적으로 개발하고 있다. 열분해 기술은 폐기물의 재활용을 통한 자원 재순환 기술로 평가받고 있지만, 에너지 소비와 탄소 배출량 측면에서는 여전히 개선의 여지가 있다. 특히, 열분해 과정에서 발생하는 에너지 소비량과 탄소 배출량은 기계적 재활용에 비해 높은 편이어서 지속적인 연구와 기술 개선이 필요하다.

▲ 주요 기질별 원유 추출 기술 분류

파동에너지 기술이란?
파동 에너지 기술은 세라믹볼의 파동에너지를 활용하여 폐플라스틱을 유증기로 분해하는 혁신적인 방법이다. 이 기술은 플라스틱을 고온에서 저산소 환경으로 분해하는 기존 방식과 달리, 파동에너지를 이용하여 저온에서 효율적으로 분해할 수 있다. 파동에너지 기술은 전처리 과정이 필요 없어 오염된 혼합재질류 폐플라스틱도 한꺼번에 처리할 수 있으며, 환경친화적인 공정으로 유해 물질과 악취를 배출하지 않는다. 이 과정에서 생성된 유증기는 냉각 및 응축 과정을 거쳐 재생 연료유로 전환된다. 국내에서는 ㈜도시유전이 이 기술을 상용화하고 있으며, 광양시와 춘천시에서 상용화 공장을 건설하고 있다. 또한, 영국의 b.grn사와의 협력을 통해 대규모 플랜트를 구축할 계획이며, 핀란드와 동남아시아 시장에서도 기술을 확장하고 있다. R.G.O 기술은 환경 친화적이며, 고품질의 연료유를 생산할 수 있는 장점이 있지만, 상용화 초기 단계로 더 많은 연구와 적용이 필요하다. 특히, 이 기술이 다양한 폐기물 원료에 적용될 수 있는 가능성을 탐구하고, 대규모 상용화를 위한 경제성을 확보하는 것이 중요하다.

전이에스테르화 기술이란?
전이에스테르화 기술은 유지나 지방을 알코올과 반응시켜 에스터와 글리세롤을 형성하는 반응으로, 이를 통해 바이오디젤과 바이오중유를 추출한다. 이 과정에서 발생하는 에스터는 자동차 연료로 사용될 수 있는 바이오디젤로 전환되며, 글리세롤은 화장품이나 제약 산업에서 사용된다. 바이오디젤은 수집 및 전처리, 정제, 전이에스테르화, 증류 과정을 거쳐 생산되며, 바이오중유는 전처리 공정, 처리 공정, 혼합 공정을 통해 생산된다. 우리나라와 유럽, 여러 아시아 국가에서는 바이오디젤을 자동차용 경유에 혼합하여 사용하고 있으며, 이는 온실가스 배출 저감에 크게 기여하고 있다. 바이오중유는 화력발전소에서 사용된다. HMM과 ㈜단석사업 등이 바이오중유를 선박유로 상용화하고 있으며, 이는 CO2 저감 효과와 경제적 이점을 제공한다. 그러나 유기성 폐자원을 이용하지 않을 경우, 바이오매스를 생산하는 과정에서 경작지 확보를 위한 산림 파괴, 농약 사용으로 인한 토양 오염 문제를 유발할 수 있다. 따라서 지속 가능한 바이오디젤과 바이오 중유 생산을 위해서는 폐식용유와 같은 유기성 폐자원 활용이 확대되어야 한다.

열수액화 기술이란?
열수액화 기술은 고온 고압 상태에서 바이오매스와 물을 반응시켜 오일을 추출하는 방법이다. 이 기술은 다양한 바이오매스와 폐플라스틱을 원료로 사용할 수 있어 범용성이 높다. 이 과정에서 생성된 하이드로차와 바이오오일은 에너지 원료로 활용될 수 있다. 호주의 Licella, 터키의 Altaca Energy, 덴마크의 Steeper Energy 등이 열수액화 기술을 상용화하고 있으며, 바이오매스와 폐플라스틱을 이용한 열수액화 기술이 발전하고 있다. Steeper Energy는 하이드로팩션(Hydrofaction)이라는 독점 버전의 열수액화 기술을 개발하여 바이오매스 폐기물을 재생 가능하고 지속 가능한 바이오원유로 전환하는 데 성공하였다. 열수액화 기술은 다른 연료와는 달리 반응물의 수분 함량에 큰 영향을 받지 않으며, 기존 석유 인프라에서 직접 분배가 가능한 드롭인 특성을 가진 바이오오일을 생성할 수 있다. 그러나 열수액화 기술은 아직 연구 수준에 머물러 있으며, 상용화까진 오랜 시간이 걸릴 것으로 판단한다.

글을 마치며
유기성 폐기물에서의 원유추출기술은 기후변화에 대응하여 친환경적인 에너지를 생산하며 폐자원을 처리하는 뛰어난 장점을 가지고 있다. 현재 기술의 상용화를 위해 많은 연구와 투자가 활발하게 진행되고 있다. 본 기술이 성숙하여 환경, 에너지, 경제성 측면에서 효용성이 입증되어 널리 쓰인다면, 생산에서 폐기로 이어지는 선형 구조의 한계를 벗어나 자원순환 및 그린 에너지 생산 모두를 이룰 수 있는 매우 거대한 잠재력을 가진 유망한 기술이다.

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기후파괴 시대 대응하는 에너지 순환 기술 ＂심봤다 폐기물에서 기름이＂ (ecomedia.co.kr)