[ENTECH 후기] 폐플라스틱에서 고부가가치로, 홀트에너지

[ENTECH 후기] 폐플라스틱에서 고부가가치로, 홀트에너지

대학생신재생에너지기자단 28기 정예빈

 

(주)홀트에너지 소개

(주)홀트에너지는 플라스틱 열분해유로 수소를 생산하는 기술을 지닌 회사로, 지속가능한 에너지 생태계를 위한 솔루션을 만들어 가고 있다. 플라스틱은 우리 생활에 편리함을 가져다주지만 생산부터 처분까지 많은 환경문제를 낳는다. 게다가 플라스틱은 성질이 예민하기 때문에 다른 종류의 플라스틱과 섞이거나 조금의 불순물이 들어가도 재활용을 하기 매우 어렵다는 점이 더욱 문제가 된다. 그런 플라스틱을 가열하여 분해하면 폐플라스틱 열분해유가 생산되는데, 홀트에너지의 플라스틱 열분해유 수소 추출기는 여기에서 수소를 추출하여 연료를 만든다. 즉, 폐플라스틱을 고부가가치인 수소로 재탄생시키는 것이다. 

 

[자료 1. 플라스틱 열분해유 수소추출기]

출처 : ⓒ28기 정예빈

 

열분해유와 수소추출

1인당 연간 플라스틱 소비량은 1,312개, 하루 3.6개로 국재 전체 소비량은 약 53억 개에 달한다. 플라스틱은 재활용이 까다로운 물성을 지니는데, 이렇게 재활용이 어려운 플라스틱 폐기물을 무산소 상태에서 300~500℃의 고열로 가열해서 만든 기름을 '열분해유'라고 한다. 이 열분해유는 난방이나 발전 시설연료 등 원류를 대체하기도 한다. 하지만, 플라스틱에도 PP, PE, PET, PVC 등 여러 종류가 있는데 이 중 PVC나 PET는 열분해 과정에서 염소 성분(HCl)으로 장비가 부식되거나 불균일한 성상문제, 낮은 수율 등으로 활용 가능 시장이 제한되고 있다.

이 문제를 해결하기 위해 홀트에너지에서는 열분해유에서 수소를 추출하여 연료로 재탄생시키는 방법을 택하였다. 1500원의 값어치를 하는 폐플라스틱 열분해유 3L를 수소화하면 지속가능한 수소(SH) 1kg으로 전환되어 10,000원이라는 6배의 경제적 가치 상승의 효과를 볼 수 있다. 더불어 이렇게 열분해유를 수소화하면 일반적인 방식인 열분해유를 연료로 사용하여 연소하는 방식 대비 탄소 배출량을 30% 절감할 수 있다. 액체를 수소저장매체로 활용해 수송, 저장 안정성을 확보하고 현장 공급 인프라 구축 및 운영비 절감에도 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 

열분해유에서 수소를 추출하기 위해서는 불균일한 열분해유를 안정적으로 수소화시키는 핵심장치가 필요하다. '연료 적응형 수소추출기(FEATHER)'는 FuEl-AdqpTive Hydrogen ExtractoRd의 줄임말로 홀트에너지만의 독자적인 기술이다. 현재 연구개발 진행 단계이며, 이산화탄소가 나오지 않는 고농도 수소 추출을 위해 CMD(Catalytic Methane Decomposition) 방식으로 연구개발되고 있다. 수소추출기에 열분해유를 투입하면 우선 첫 번째로 전처리 모듈에서 불순물 제거, 조성분석이 들어가고 두 번째인 분사 모듈이 열분해유를 특정 노즐장치를 통해 작은 스케일의 입자로 분사하며, 점도를 강하시켜 반응성을 향상시키며, 마지막으로 수소추출 모듈이 최적제어가 되어 수소를 추출해 낸다. 이렇게 추출된 수소는 유류인 액체상태로 저장해 놓았다가 수요에 따라 수소를 추출할 수 있게 됨으로써 안정적인 수소 저장 및 운영과 비용 절감이 가능하고, 연료전지 발전, 수소 충전소 등 다양하게 쓰일 수 있다.

 

자원순환 고형연료

뿐만 아니라 홀트에너지는 폐플라스틱 열분해의 잔재물로 자원순환 고형연료까지 생산하면서 수소 추출과 잔재물 활용까지 기존의 열분해유 공정에서 차별화를 두었다. 폐플라스틱을 열분해하면 잔재물로 파이로 카본이 생성되는데 이를 대패밥과 혼합하여 친환경 고형연료(Solid Fuel)를 생산한다. 파이로 카본은 발열량이 부족하고 불완전 연소를 하기 때문에 연료로는 부적합하여 기존에는 폐기물로 분류되어 매립처리가 되었는데, 이를 높은 발열량과 환경오염물질을 최소화하는 고부가가치 제품으로 만들어 자원순환을 촉진시켰다. 목공소나 가구 제작 업체에서 대패밥과 목재분진을 수거해 와서 이물질 제거 및 건조 과정을 거친 후 분쇄된 원료와 폐플라스틱의 잔재물인 파이로 카본을 일정 비율로 혼합하고, 고온에서 압축 성형해서 펠릿형태로 고형원료를 제작한다.

홀트에너지에는 100% 대패밥과 펠릿연료 두 가지 제품이 있다. 펠릿연료는 95%의 대패밥과 5%의 고형연료로 이루어져 있으며 고밀도 연료로 발영량이 높고 보관과 운송이 용이해 난방과 산업용 펠릿 보일러, 석탄화력발전소의 혼소용 연료 등으로 활용된다. 열분해 잔재물은 톤당 20만원의 처리비용이 발생하지만 이를 연료화하면 톤당 20만원이 고형연료를 생산하여 경제적 가치를 창출할 수 있다. 또한, 열분해 잔재의 매립량 20%를 재활용하여 이산화탄소 배출을 감하는 환경적 가치도 얻을 수 있다. 

[자료 2. 자원순환 고형연료]

출처 : ⓒ28기 정예빈

 

폐플라스틱 열분해유와 수소 시장의 동향

앞으로의 국내 플라스틱 열분해의 시장 규모는 2024년, 9870억원에서 2027년에는 1조2058억원으로 확대될 전망이며, 국내와 글로벌 플라스틱 재활용 시장 또한 크게 성장할 것으로 보인다. 22년 기준 국내 폐플라스틱 발생량은 연간 1079만톤이고, 이의 60%는 열분해하여 국내 열분해유 생산량은 같은  기준 64만톤, 이의 30%는 수소화되었다. 국내 열분해유 전환 수소 생산 가능량은 194만톤으로 예측이 된다. 2030년에는 폐플라스틱 열분해를 90만톤, 지속 가능 수소를 16.2만톤으로 확대하겠다는 정책의 목표와도 방향성이 부합한다고 볼 수 있다. 

열분해 기술을 통한 열분해유 생산을 국내시장 뿐만 아니라 글로벌 시장에서도 새로운 에너지, 새로운 산업으로 보고 시장을 확대하고 있다. 홀트에너지는 열분해유를 통해 저품질의 열분해유는 수소화하여 새로운 산업 및 에너지 연료로 활용하고, 잔재물은 자원순환 고형연료로 활용하며 기후 변화를 막기 위한 에너지를 생산하고 있다. 플라스틱을 재활용하여 수소와 고형 연료까지 만들 수 있는 친환경 기술로 지속가능한 내일을 만들어 가고자 한다.