기계적 재활용 & 화학적 재활용이란?!
재활용할 수 있는 플라스틱의 종류
어떤 플라스틱을 재활용할 수 있을까? 플라스틱에서는 다음과 같이 6가지 종류가 있습니다.
PS(폴리스티렌)은 거품이 있는 뜨거운 음료컵, 플라스틱 수저, 용기 및 요구르트 용기에 사용되고,
PP(폴리프로필렌)은 도시락, 테이크아웃 식품 용기 및 아이스크림 용기에 사용되며,
LDPE(저밀도 폴리에틸렌)은 쓰레기통 및 봉투에 사용됩니다.
또한 PVC(폴리염화비닐)는 코디얼(cordial), 주스 또는 짜는 병에 사용되고,
HDPE(고밀도 폴리에틸렌)는 샴푸 용기 또는 우유병에 사용되며,
PET(폴리에틸렌 테제프탈레이트)는
과일 주스 및 청량음료 병에 사용됩니다.
현재 PET, HDPE 및 PVC 플라스틱 제품만이 재활용되고 있으며, PS, PP 및 LDPE는
처리가 어렵고 비용이 많이 들기 때문에 일반적으로 재활용 되지 않습니다.
뚜껑과 병뚜껑도 재활용할 수 없습니다.
현재 우리가 사용하는 플라스틱의 약 50%는 한 번 사용한 후 버려집니다.
버려진 플라스틱이 분해되는데 수백년이 걸릴 수 있습니다.
바다로 플러가는 플라스틱은 작은 조각으로 분해되어 매년 약 100,000마리의 해양 포유류와
100만 마리의 바닷새가 이 오염으로 인해 죽습니다.
플라스틱 재활용
플라스틱을 재활용 수거함에 버린 후에는 어떻게 될까?
많은 기업과 가정에서 재활용품을 분리하고 있지만 플라스틱 재활용품을 재활용 수거함에
버리면 어떻게 되는지 알고 있는 사람은 많지 않습니다.
기계적 재활용
플라스틱은 어떻게 재활용될까?
가정, 기업 및 지역 재활용 센터에서 수거된 플라스틱은 플라스틱과 바플라스틱을
분리하는 재료 회수 시설 또는 플라스틱을 유형별로 분류하는 플라스틱 회수시설로 보내집니다.
이 시설은 다양한 유형의 플라스틱을 구별할 수 있는
광학 분류기와 같은 분류 장비를 사용합니다.
그런 다음 플라스틱은 세척, 파쇄 및 추가 분류를 거쳐 재처리됩니다.
그런 다음 플라스틱을 녹여서 새로운 재활용 플라스틱 펠릿으로 압출합니다.
이 펠릿은 새 제품에 사용되기 위해 판매합니다.
1) 수집 (Collection)
이것은 재활용 과정의 첫 번째 단계로 가정, 기업 및 학교에서
재활용품을 수거하는 것을 말합니다.
이 단계에서는 플라스틱을 올바르게 분류하고 가능한 한
모든 품목을 재활용하는 것이 중요합니다.
이 재활용품은 지역 당국에서 직접 수거하거나 폐기물 관리 계약자가 수거해 가기도 합니다.
재료 회수 시설 또는 플라스틱 회수 시설로 이동하여 분류할 준비를 합니다.
재활용 센터 또는 지역 재활용 사이트에서도 수거가 가능하며, 특정 매장 앞에서도 우유팩이나
아이스팩들을 수거할 수 있는 수거함이 비치되어 있습니다.
이렇게 재활용에 적합한 플라스틱이 많이 수거될수록 재처리하여
새 제품을 다시 사용할 수 있게 됩니다.
2) 분류(Sorting)
두 번째 단계는 회수 시설에서 플라스틱을 분류합니다.
그런 다음 추가 분류를 위해 플라스틱 회수 시설로 이동할 수 있습니다.
서로 섞인 재활용품은 처음에 수거 차량에서 내려져 컨베이너 벨트에 배치되어 분류됩니다.
수동 피킹(Manual picking)은 손으로 분류하는 작업으로 수동으로 피킹하는 동안
재활용 불가 제품을 제외하고 오염 물질을 제거됩니다.
제거된 품은 추가 처리를 위해 보내지거나 폐기됩니다.
3) 트롬멜(Trommels)
재활용할 수 없는 것을 제거한 후 폐기물은 트롬멜을 공급됩니다.
트롬멜은 회전할 때 미세한 재료가 빠져나갈 수 있도록 구멍이 있는 원통형 드럽입니다.
4) 골판지 스크리닝(OCC Screeing)
회전하는 디스크 시스템 위로 재활용품을 통과시켜 오래된 골판지(OCC)를 분리합니다.
골판지는 화면 상단을 가로질러 이동하고 다른 재료는 회전하는 디스크를 통해 떨어집니다.
5) 탄도 분리기 (Ballictic Seperator)
탄도 분리기는 두 개의 진동 패들로 구성된 기계 장치입니다.
이 진동하는 패들은 단단한 폐기물을 한쪽 끝으로 옮기고 유연한 품목(종이, 카드)을 다른 쪽 끝으
로 옮기고 유리와 더 미세한 재료가 메쉬를 통해 떨어질 수 있도록 하는 방식으로 작동합니다.
단단한 품목은 병, 용기 또는 캔이고, 유연한 품목은 종이, 카드, 신문 및 플라스틱 포장입니다.
6) 자석 분리기 (Magnet Separator)
자석 분리기는 금속을 제거하는데 사용됩니다. 폐기물은 자석이 아래에 위치한 컨베이너 벨트를
따라 이동하면서 금속이 분리되어 별도의 보관함에 들어갑니다.
7) 비철금속용 와전류 (Eddy Currents for non-ferrous metals)
와전류 분리기는 비금속 재료에서 알루미늄 및 구리와 같은 비철 재료를 제거하는데 사용됩니다.
비철 재료는 와전류를 생성하는 회전 자석이 포함된 쉘을 통과합니다.
차례차례로 금속 주위에 자기장을 생성하여 비철 재료의 반발력으로 인해
금속와 비금속을 분리할 수 있습니다.
8) 광학 분류기 (Optic Sorting Machine)
광학 분류기는 근적외선(NIR) 측정을 사용하여 빠르고
효율적인 속도로 플라스틱을 식별하는데 도움이 됩니다.
NIR 센서는 특정 파장에서 샘플의 흡광도를 측정하는 민감한 시시로서
빛의 흡수를 통해 플라스틱 유형을 식별합니다.
그런 다음 폐기물은 위쪽 또는 아래쪽으로 배출되어 분리됩니다.
처음에는 재료가 단일층으로 퍼지도록 하는 고속 컨베이너에 재료가 공급됩니다.
약12인치 떨어진 곳에서 NIR 센서로 스캔합니다.
PVC와 같은 다른 플라스틱은 알려진 NIR 스펙트럼 이미지가 다릅니다.
이를 통해 스캐너는 플라스틱 유형을 식별할 수 있습니다.
그런 다음 공기를 분사하여 다양한 플라스틱을 서로 다른 방향으로 분리합니다.
9) 습식 공정 (Sink-float Separator)
플라스틱 재료를 분리하는데 사용되는 또 다른 중요한 방법은
sink-float 분리기로 알려진 습식공정입니다.
탱크는 물, 플라스틱 재활용, 가라앉은 고밀도 플라스틱, 저밀도 플라스틱 부유물로 채워집니다.
분리된 플라스틱은 추가 처리를 위해 회수 됩니다.
10) 재처리 (Reprocessing)
남아 있는 오염 물질을 제거하기 위해 이미 분류된 재료에서 추가 분류를 수행합니다.
두께, 색상, 크기 및 플라스틱 유형별로 플라스틱을 분리하는 광학 분류기, 습식 공정이
포함될 수 있고 완전히 제거되지 않은 금속을 제거하기 위해 자석을 통과시킬 수도 있습니다.
11) 세척 (Washing)
세척은 접착제, 용기에 남은 잔류 폐기물, 음식물 및 라벨을 제거하는데 도움이 됩니다.
재활용품의 품질에 영향을 미칠 수 있으므로 이것들은 제거하고
재료를 가능한 한 깨끗하게 하는 것이 중요합니다.
이 단계는 가정에서 사람들의 행동이 큰 차이를 만들수 있는 단계입니다.
플라스틱을 빠르게 헹구어 음식이나 기타 재료가 건조되어 더 심하게 달라붙기 전에
일부 음식이나 기타 재료를 제거함으로써 재활용이 더 효과적이게 할 수 있습니다.
세척 과정에서 플라스틱은 오염의 종류 및 가공업체에 따라
다양한 세척 방법을 거칠 수 있습니다.
마찰 와셔(friction washer)는 저렴한 운영비와 효율성으로 가장 일반적인 형태로
오염 물질의 플라스틱을 세척하기 위해 열, 운동 에너지 및 압력을 사용합니다.
회전 와셔(rotary washer)는 가성 용액(caustic solution)을
사용하여 가열하여 기름과 음식물을 제거합니다.
12) 파쇄/분쇄 (Shredding / Grinding)
플라스틱 재활용의 중요한 단계는 플라스틱을 더 작은 조각으로 파쇄하거나 분쇄하는 것입니다.
세척 및 분류된 플라스틱은 파쇄기를 통해 더 작은 플라스틱 조각으로 분쇄됩니다.
플라스틱은 파쇄기의 분류 및 방법에 따라 다양한 방식으로 파쇄됩니다.
해머 밀 (Hammer Mills)은 회전식 해머를 사용하여
회전 드럼에서 플라스틱을 분쇄하는 데 사용됩니다.
다른 예로는 전단 분쇄기(shear shredders)가 있는데 회전식 절단기를 사용하여
플라스틱을 요구사항에 맞게 절단하는 것입니다.
13) 압출 (Extrusion)
플라스틱 재활용의 마지막 단계로서 플라스틱을 녹여서 압출기를 통해 밀어내는 과정입니다.
플라스틱은 압출기에서 나올 때 절단되어 펠릿을 형성하고 제조업체에서 판매됩니다.
화학적 재활용
기계적 재활용은 수십 년 동안 사용되어 온 전통적인 방법으로
전 세계 플라스틱 재활용의 대부분을 처리하는 데 사용되고 있습니다.
기계적 재활용은 플라스틱 재료의 용도를 변경하기 위해 연마(grinding), 세척(washing),
분류(sorting) 및 재처리(reprocessing) 등의 과정을 거칩니다.
그런 다음 플라스틱 재활용품은 천연 플라스틱(virgin plastics) 사용을 대체하는
다른 제품으로 전환될 수 있습니다.
화학적 재활용은 새로운 제품을 제조하는데 사용할 수 있는
고분자 구조의 화학적 변화를 통해 플라스틱을 재활용하는 과정입니다.
화학적 재활용은 기계적 재활용에 적합하지 않을 수 있는 플라스틱을 처리할 수 있습니다.
단순히 매립하거나 소각하지 않고 필름, 다층 밀 적층 플라스틱과 같이 이전에는
재활용이 어려웠던 플라스틱 제품을 처리할 수 있습니다.
(1) 정제(Purification)
플라스틱을 적합한 용매에 용해시킨 후 일련의 정제 단계를 거쳐 첨가제 및 오염 물질로부터
고분자를 분리하는 공정입니다.
고분자가 용매에 용해되면 선택적으로 결정화될 수 있습니다.
용매가 우리가 필요한 고분자를 제외한 다른 모든 고분자를 용해할 수 있다면 결과적으로
생성된 고분자는 침전된 고분자로서 플라스틱으로 재탄생할 수 있습니다.
PVC, PS, PE 및 PP에 사용할수 있습니다.
일반적으로 폐플라스틱은 혼합 고분자로 수거되므로 그중에서 선택적으로
분리하고 재활용하는 것이 필요합니다.
(2) 해중합(Depolymerisation)
해중합(화학분해, chemolysis)은 중합의 반대 개념이며 단일 단량체 분자 또는 올리고머로
알려진 더 짧은 중합체 단편을 생성합니다.
단량체는 중합체 제조에 사용되는 것과 동일하므로 해중합으로 제조된
플라스틱은 품질 면에서 virgin monomer와 유사합니다.
화학적 해중합의 주요단점은 PET, PA(폴리아미드), 폴리우레탄과 같은
'축합(condensation)' 중합체에만 적용할 수있다는 것입니다.
폐플라스틱의 대부분인 PP, PE, PVC의 분해에는 사용할 수 없습니다.
PET 분해는 메탄올분해(methanolysis) 밀 해당(glycolysis)
처리를 기반으로 하고 있습니다.
암모니아 분해(ammonolysis) 및 아미노-분해 기반 과정(aminolysis-based process)도
현재 개발된 방법입니다.
해당 과정과 가수분해는 현재 폴리우레탄 중합 반응을 역전시키기 위해
가장많이 사용되는 화학 분해 방법입니다.
폴리아미드의 화학적 해중합은 주로 가수분해에 의해 실시됩니다.
(3) 공급원료 재활용(Feedstock recycling)
공급원료 재활용은 석유화학 분야에 사용되는 공급원료를 형성하기 위해 중합체를 보다
단순한 분자로 변환하는 모든 열 공정을 말하며 열분해(pyrolysis)와
가스화(gasification)가 해당됩니다.
공급원료 재활용에서 생산물은 기본 화학물질인 탄화수소 또는 합성 가스이며 고분자를
생성하기 위해 추가 처리가 필요합니다.
1) 열분해(Pyrolysis)
열분해 공정에서 플라스틱은 산소가 없는 상태에서 가열하거나 분해(cracking, 열분해)에
의해 다양한 기본 탄화수소로 분해됩니다.
탄화수소 증기는 증류(distillation process) 공정을 이용하여 무거운 왁스와 오일에서
가벼운 오일과 가스에 이르기까지 다양한 제품으로 만들 수 있습니다.
단량체로 직접 해중합될 수 없는 폴리롤레핀[폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리부틸렌
(PB)], 폴리스티렌(PS), PMMA(폴리메타크릴레이트) 아크릴 유리 등이 해당됩니다.
열분해 기반 공정은 단일 고분자로 구성된 폐플라스틱을 재활용하는 데 사용되기도 하지만
오염된 혼합 폐플라스틱들 처리할 때 특히 유리합니다.
열분해로 가스, 오일 및 왁스를 포함한 다양한 기본 탄화수소 제품을 얻를 수 있습니다.
2) 가스화(Gasification)
가스화는 제한된 양의 산소가 있는 상태에서 혼합된 폐기물을 매우 높은 온도(1000~ 1500℃)
로 가열하여 분자를 가장 단순한 구성 요소로 분해하여 합성 가스(수소 H2, 일산화탄소 CO,
이산화탄소 CO2, 메탄 CH4 및 질소 N2)를 생성하는 과정입니다.
그런 다음 합성 가스는 연료 및 비료뿐 아니라 플라스틱 생산을 위한 다양한 화학 물질
(메탄롤, 암모니아, 탄화수소, 아세트산)를 생산하는데 사용할 수 있습니다.
가스화는 일반적으로 수분을 제거하고 발열량를 높이기 위한 전처리가 필요하고
높은 공정 온도에서 매우 효률적인 가스 세정 시스템이 필요합니다.
3) 열수 처리(Hydrothermal treatment, HTT)
가수분해(Hydrolysis)는 화합물이 거의 임계 조건에서 물 분자에 의해 분해되는 반응입니다.
일반적으로 HTT 공정의 온도 및 압력 조건은 물를 액체 상태로 유지하기 위한
압력 및 약 160~ 240°℃ 입니다.
임계수에 가까운 물의 고온 및 고압이라는 특수한 성질 때문에
유기 화합물를 용해시키는 좋은 매체가 됩니다.
HTT의 필수 반응은 가수분해(hydrolysis), 탈수(dehydration).
탈카르복실화(decarboxylation) 및 해중합(depolymerization)입니다.
플라스틱 포장 폐기물(PET), 폐 탄소섬유강화플라스틱(CFRP), 인쇄회로기판(PCB),
폴리카보네이트, 스티렌-부타디엔, 폴리(락트산), 나일론 6 및 나일론 66 등에
사용하며 합성 원유 제품을 만들 수 있습니다.
화학적 재활용 시장
McKinsey의 보고서에 따르면 2016년에 전 세계 플라스틱 폐기물 2억 6천만톤(Mt) 중
12%만이 재활용되었고 플라스틱 폐기물 양이 향후 10년 이내에 거의 두 배인 2030년까지
4억 6천만톤으로 증가할 것으로 예촉하고 있습니다.
그러나 이 보고서는 2030년까지 전 세계 플라스틱의 50%가 재사용되거나 재활용될 수 있는
시나리오를 예측하며 이는 12%보다 4배 증가한 수치입니다.
이러한 수준의 성장를 이루려면 수집 기반 시설과 효율성의 상당한 확장이 필요하며,
화학적 재활용 기반 시설의 효과적인 출시로 더욱 효률적인 분류 및
기계적 재활용을 구현해야 합니다.
지금까지 기계적 재활용은 PET, HDPE 및 PP의 재활용에 효과적인 것으로 알려졌습니다.
이것를 LDPE와 같은 다른 고분자로 범위를 확장하여 수거를 점차 늘릴 수 있습니다.
McKinsey 보고서에 따르면 수거 및 범위가 모두 증가하면 2030년까지 전 세계 기계적
재활용 비률이 플라스틱 폐기물 시장의 12%에서 22%로 증가할 수 있다고 합니다.
화학적 재활용은 기계적 재활용 업체가 처리할 수 없는 고분자를 처리하여 McKinsey가
예측 한성장의 몫을 담당할 것으로 예상됩니다.
혼합 고분자 폐기물과 기계적으로 처리할 수 없는 잔류 폐기물를 처리할 것입니다.
다양한 플라스틱 폐기물을 수집 및 분류하기 위한 기반 시설을 마련해야 합니다.
2030년까지 재활용률 50%를 달성하는데 필요한 인프라 투자는 연간
150억 ~ 200억 달러로 예상됩니다.
이는 지난 10년 동안 석유화학 및 플라스틱 산업에서 매년 평균 800억 ~ 1000억달러를
투자한 것과 관련이 있습니다.
10년 이내에 최대 생산량의 1/3를 재활용 플라스틱으로
구성하여 플라스틱 생산 체계를 근본적으로 변화시킬 잠재력를 가지고 있습니다.
이 시나리오에서 새로운 재활용 공급원료 풀은 2030년까지 석유화학 및
플라스틱 산업 성장의 2/3를 차지할수 있습니다.
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