▲ 이중 기능성 촉매(Bifunctional catalysts)를 활용한 공정 모식도 / 폴리옥소메탈레이트(PMA) 촉매는 폐페트(PET)를 테레프탈산(TPA)과 에틸렌글리콜(EG)로 분해한다.고체 테레프탈산은 여과로 쉽게 회수해 다시 페트 원료(rPET)로 재중합할 수 있다. 용액에 남은 에틸렌글리콜은 촉매에 의해 포름산으로 산화되며, 이 과정에서 촉매에 저장된 전자는 수소 생산과 전기 생산에 활용된다.(그림 및 설명=UNIST)  © 특허뉴스

버려진 페트병을 다시 생수병 원료로 되돌리는 동시에 수소까지 생산할 수 있는 차세대 재활용 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 플라스틱 순환경제 구축과 친환경 에너지 생산을 동시에 가능하게 하는 기술로 평가된다.

UNIST 에너지화학공학과 류정기 교수와 오태훈 교수 연구팀은 다기능 촉매를 활용해 폐 페트(PET)를 저온에서 화학적으로 분해하고 고품질 페트병 원료와 청정 수소를 동시에 생산할 수 있는 공정 기술을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제 학술지 Green Chemistry 2026년 8호 표지 논문으로 게재됐다.

페트병은 대표적인 재활용 플라스틱으로 알려져 있지만 실제로 다시 페트병 원료로 돌아가는 비율은 약 20% 수준에 불과하다. 대부분은 섬유나 충전재 등 저가 소재로 재활용된 뒤 결국 폐기되는 ‘다운사이클링’ 구조에 머무르고 있다. 고품질 원료로 되돌리는 화학적 재활용 기술도 존재하지만, 200℃ 이상의 고온 공정과 복잡한 정제 과정이 필요해 경제성이 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀이 개발한 공정은 약 100℃의 비교적 낮은 온도에서 작동한다. 분쇄된 폐페트병을 물과 용매(DMSO), 그리고 폴리옥소메탈레이트 촉매와 함께 가열하면 플라스틱이 테레프탈산(고체)과 에틸렌글리콜(액체)로 분해된다. 여과 과정만으로 고순도 테레프탈산을 분리할 수 있어 투명 페트병 생산에 필요한 고품질 원료 확보가 가능하다.

특히 이 공정의 핵심은 촉매가 단순히 분해 역할에 그치지 않고 에너지 저장 기능까지 수행한다는 점이다. 에틸렌글리콜이 촉매와 반응하면서 포름산으로 전환되는 동시에 전자가 촉매에 저장되며, 이 전자를 활용해 수소 생산이나 전력 생산이 가능하다.

실험 결과 해당 촉매를 활용한 수소 생산 과정에서는 기존 물 전기분해보다 최대 25% 낮은 전압(1.2V)에서 수소 생성이 가능했다. 또한 레독스 연료전지로 활용할 경우 전극 1㎠당 12.5mW 수준의 전력 생산도 확인됐다.

경제성 측면에서도 경쟁력을 보였다. 연구팀 분석에 따르면 이 공정을 통해 생산되는 재생 테레프탈산의 최소 판매 가격은 kg당 약 0.81달러 수준으로, 기존 화학 재활용 기술 대비 최대 46% 낮은 비용으로 생산할 수 있는 것으로 평가됐다. 저온 공정과 단순 분리 공정, 그리고 포름산·수소 생산을 통한 추가 수익 구조가 경제성을 높였다는 분석이다.

류정기 교수는 “폐페트병에서 고품질 플라스틱 원료를 회수하면서 동시에 수소 생산까지 가능하게 하는 공정을 개발했다”며 “플라스틱 순환경제 구축과 친환경 수소 생산 비용 절감에 기여할 수 있을 것”이라고 설명했다.

논문명은 Mild hydrolysis of PET and electrochemical energy recovery via multifunctional polyoxometalate catalysts이다.