우리는 플라스틱 쓰레기를 너무 많이 쌓아서 생 분해되지 않는 수많은 쓰레기로 무엇을 할 수 있을지 생각하기가 어렵다. 그리고 우리가 일회용 플라스틱에 대한 의존도를 줄이려고 노력하는 만큼 전 세계적으로 플라스틱 쓰레기 더미를 계속 추가하고 있다. 코로나19 대유행과 같은 사건은 개인 보호 장비와 일회용 및 테이크 아웃 포장에 대한 사용을 확대하는 데만 기여했다.

Chem 저널에 실린 논문에서 연구원들은 혁신적인 프로세스를 개선하여 일회용 플라스틱의 가치를 재 구상했다. 일회용 포장에서 가장 흔한 유형의 폴리머인 폴리올레핀을 유용한 알킬방향족(계면활성제, 세제의 활성 성분 및 기타 유용한 화학 물질의 기초가 되는 분자)으로 전환할 수 있다.

"우리가 지금 화석 연료로 이러한 계면활성제를 만들고 폐플라스틱으로 만들 수 있다면 더 이상 화석연료를 사용하여 계면활성제를 만들지 않고 플라스틱에 들어가는 탄소를 다른 용도로 사용할 수 있다."고 산타 바바라에 있는 캘리포니아 대학교에서 지속 가능한 촉매 처리 학과장을 맡고 있는 화학 공학 교수 수잔나 스콧(Susannah Scott)이 말한다.

현재 우리가 플라스틱 폐기물을 처리하는 주요 방식을 대표하는 관행인 플라스틱을 태우거나 매립지에 묻는 대신, 플라스틱은 계면활성제를 만드는 기존의 "더러운" 공정을 단축하는 동시에 일회용 플라스틱의 유용성을 한 번 더 제공하는 방법으로 용도가 변경된다.

연구원들은 플라스틱을 분해하기 어려운 물질로 만드는 강한 탄소-탄소 결합을 끊고 분자 사슬을 알킬 방향족 고리로 재배열하는 촉매 방법을 선보인 이전 연구를 기반으로 구축했다. 스콧(Scott)은 백금-온-알루미나 촉매를 기반으로 한 원래 공정은 효과적이었지만 느리고 알킬 방향족 분자의 수율이 낮았다고 말했다.

이 방법의 핵심은 염소 또는 불소를 첨가하여 원래 알루미나 촉매의 산도를 높이는 것이다. 추가된 산성 부위로 팀은 프로세스의 속도와 선택성을 높일 수 있었다.

스콧은 "그것은 알킬 방향족을 더 빠르게 만들고 우리는 적당한 크기의 분자를 만들기 위해 그것을 조정할 수 있다."고 말했다. 새로운 논문에서 그들은 촉매에서 산 부위와 금속 부위의 최적 비율을 찾는 데 집중했다고 그녀는 설명했다. “그들이 함께 일하는 것으로 밝혀졌다. 그것들은 서로 다른 역할을 가지고 있지만 촉매 순환이 어떤 지점에서도 막히지 않도록 둘 다 적절한 비율로 있어야 한다.”

또한 원팟 공정은 적당한 온도에서 작동하므로 낮은 에너지 입력이 필요하다. 이 방법은 원래 플라스틱을 알킬방향족 분자로 전환하는 데 24시간이 걸렸지만 개선된 공정은 몇 시간 안에 작업을 완료할 수 있으므로 합리적인 크기의 반응기에서 전환할 수 있는 플라스틱의 양이 증가한다.

추가 개선을 통해 이 방법은 실행 가능한 상업적 프로세스가 될 수 있다고 스콧은 말한다. 궁극적인 목표는 플라스틱을 널리 사용하여 "이 논문에서 우리가 한 것은 훨씬 더 나은 방법을 보여주는 것이다."고 그녀는 말한다.

일회용 플라스틱의 회수를 가능하게 하고 장려하는 것이다. 폐 플라스틱을 매우 풍부한 원료로 사용하여 화학 회사는 이 과정에서 생성된 알킬 방향족 분자를 비누, 세척액, 클렌저 및 기타 세제로 배합되는 계면활성제로 변환할 수 있다.

"이상적으로는 플라스틱 문제를 해결하기 위해 상당한 수요가 있는 충분한 생산량을 가진 목적을 위해 폐 플라스틱을 재사용하기를 원한다."고 스콧은 설명한다.

그녀는 이 방법이 진정으로 지속 가능한지 확인하려면 각 단계에서 사용된 에너지와 배출된 온실 가스를 계산하는 수명 주기 평가를 거쳐야 한다고 덧붙였다. 폐기물을 사용하면 공급 원료를 생성하기 위해 추가 온실 가스 배출이 발생하지 않지만 촉매 공정을 실행하고 원하는 분자를 분리하는 데 필요한 에너지는 규모를 확장하기 전에 고려해야 할 것이라고 스콧은 말한다. 소집을 통과하면 이 방법은 처음부터 계면활성제를 생성하는 더 많은 화석 연료 집약적 공정을 대체할 수 있다.

스콧은 "폐플라스틱 문제를 해결하려면 여러 대상이 필요하지만 이는 상당히 큰 문제이다."라고 말한다. "이것은 할 가치가 있다."

출처: UC 산타바바라