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[IT뉴스]“폐플라스틱 재활용 막는 방해꾼 찾았다”…AI로 불순물 정체 규명

온카뱅크관리자

2026-11-09 13:07:25

<div id="layerTranslateNotice" style="display:none;"></div> - 화학연, 촉매 성능 떨어뜨리는 질소 화합물 확인, 2030년 실증 추진 
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 <img alt="연구진이 폐플라스틱 열분해유 속 불순물 종류별로 분석 실험을 하고 있다.[한국화학연구원 제공]" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202611/09/ned/20261109130419956gggb.jpg" data-org-width="800" dmcf-mid="QzOQLowaHh" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img3.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202611/09/ned/20261109130419956gggb.jpg" width="658">
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 연구진이 폐플라스틱 열분해유 속 불순물 종류별로 분석 실험을 하고 있다.[한국화학연구원 제공]
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 [헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 인공지능(AI)을 활용해 폐플라스틱에서 추출한 기름 속 특정 불순물이 촉매 성능을 떨어뜨리는 원리를 규명했다. 폐플라스틱을 고부가가치 석유화학 원료로 재활용하는 기술의 상용화에 속도가 붙을 전망이다.
 한국화학연구원은 김도경 박사 연구팀이 한국기술교육대학교 김태용 교수 연구팀과 공동으로 폐플라스틱 열분해유에 포함된 불순물이 촉매 성능에 미치는 영향과 작동 원리를 규명했다고 9일 밝혔다.
 폐플라스틱 열분해유는 버려진 플라스틱을 고온에서 분해해 얻는 기름이다. 기존 석유나 나프타를 대체할 수 있는 원료로 주목받고 있다. 이를 촉매로 분해하면 플라스틱과 각종 화학제품의 기초 원료인 에틸렌, 프로필렌 등 경질 올레핀을 생산할 수 있다.
 문제는 폐플라스틱에 포함된 각종 첨가제와 불순물이다. 이들 물질은 촉매의 화학반응을 방해해 생산 효율을 떨어뜨린다. 특히 폐플라스틱의 종류에 따라 불순물 조성이 달라 안정적인 대량생산에 걸림돌이 돼 왔다.
 연구팀은 실제 폐플라스틱 열분해유에 질소·황·염소·산소계 불순물 13종을 각각 첨가한 뒤 제올라이트 촉매를 이용해 경질 올레핀 생산량 변화를 비교했다.
 그 결과 황·염소·산소계 화합물은 촉매 성능에 미치는 영향이 상대적으로 작았다. 반면 일부 질소계 화합물은 촉매 성능을 크게 떨어뜨리는 것으로 나타났다.
 특히 질소계 화합물인 ‘2-메틸피리딘’은 촉매 성능을 크게 저하시킨 반면 ‘벤조니트릴’의 영향은 상대적으로 작았다. 불순물에 포함된 질소의 전체 양보다 어떤 종류의 질소 화합물이 들어 있는지가 더 중요하다는 의미다.
 연구팀은 AI 기반 계산화학 기술인 ‘머신러닝 포텐셜(MLP)’을 활용해 그 원인도 밝혀냈다.
 제올라이트 촉매 내부에는 탄화수소를 분해하는 반응 자리가 존재한다. 그런데 일부 질소계 불순물이 이 자리를 먼저 차지하면서 탄화수소의 분해 반응을 방해한다는 사실을 확인했다. 불순물 분자의 크기와 촉매 내부 공간도 반응 효율에 영향을 미쳤다.
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 김태용(왼쪽부터) 한국기술교육대 교수, Tran Ngan Ha UST학생연구원, 원근혜 석사후연구원, Ngo Thi Thanh Ngan UST학생연구원, 김도경 책임연구원, Tran Xuan Tin 박사후연구원, 정동재 박사후연구원.[한국화학연구원 제공]
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 질소계 불순물의 농도가 높을수록 촉매 성능이 떨어졌지만 반응 온도를 높이면 성능 저하가 완화됐다. 반복 사용으로 성능이 저하된 촉매도 탄소 찌꺼기를 제거하는 재생 과정을 거치면 초기 성능을 회복했다.
 이번 연구는 폐플라스틱 열분해유를 공정에 투입하기 전 불순물의 종류와 함량을 분석해 촉매 성능 저하를 예측할 수 있는 과학적 근거를 마련했다는 점에서 의미가 크다.
 화학연은 앞서 2024년 폐플라스틱 열분해유를 별도의 수소화 처리 없이 경질 올레핀으로 전환하는 순환 유동층 촉매분해 기술을 개발한 바 있다. 이번 성과를 토대로 촉매와 공정 최적화, 대형화 연구를 추진해 2030년께 실증화를 목표로 하고 있다.
 신석민 화학연 원장은 “원료를 공정에 투입하기 전 불순물 조성을 분석해 촉매 성능 저하 가능성을 가늠하고, 원료 특성에 맞는 불순물 관리와 운전 전략을 마련하는 데 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.
 이번 연구성과는 촉매 분야 국제학술지 ‘ACS 카탈리시스(ACS Catalysis)’ 4월호 표지논문으로 게재됐다.
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