개요
재활용 소재(Recycled Material)는 사용 후 폐기된 자원을 수집, 분류, 정제, 가공하여 새로운 제품 제조에 다시 사용할 수 있도록 만든 자원을 말한다. 재료공학의 관점에서 재활용 소재는 자원 고갈 방지, 에너지 절약, 환경 오염 감소라는 세 가지 핵심 목표를 달성하기 위한 중요한 기술적 요소로 간주된다. 특히 플라스틱재활용은 최근 전 세계적으로 심각한 환경 문제로 대두되면서 재활용 소재 연구의 중심에 서 있다. 본 문서는 플라스틱 중심의 재활용 소재에 대해 그 정의, 처리 공정, 특성, 응용 분야, 그리고 기술적 과제를 다룬다.
재활용 소재의 정의와 종류
정의
재활용 소재는 폐기물로 분류되었던 물질을 물리적·화학적 처리를 통해 원료 수준으로 되돌려 새로운 제품을 생산하는 데 사용하는 자원이다. 이는 일차 자원(원광석, 원유 등)의 채굴과 가공에 비해 에너지 소비를 크게 줄일 수 있으며, 매립 및 소각으로 인한 환경 부담을 완화한다.
주요 종류
재활용 소재는 소재별로 다음과 같이 구분할 수 있다:
- 플라스틱 재생수지 (Recycled Plastic Resin): 폐플라스틱을 세척, 분쇄, 용융 후 펠릿 형태로 재가공한 것.
- 재생 펄프 (Recycled Paper Pulp): 폐지류를 해체하여 만든 펄프.
- 재생 금속 (Recycled Metal): 알루미늄, 철강 등 금속의 재용해 및 정제.
- 재생 유리 (Recycled Glass): 파쇄된 유리를 정제하여 새로운 유리 제품 제조에 사용.
본 문서는 이 중 플라스틱재활용에 초점을 두고 설명한다.
플라스틱 재활용 공정
플라스틱재활용은 크게 기계적 재활용, 화학적 재활용, 에너지 회수의 세 가지 방식으로 나뉜다.
1. 기계적 재활용 (Mechanical Recycling)
가장 일반적인 재활용 방식으로, 폐플라스틱을 물리적으로 처리하여 재사용 가능한 수지로 만드는 과정이다.
주요 단계:
- 수집 및 분류: 가정, 산업 등에서 발생한 폐플라스틱을 수거하고, 종류별(PE, PP, PET, PVC 등)로 분류.
- 세척 및 건조: 오염물질(라벨, 잔여 내용물 등) 제거.
- 분쇄 및 펠릿화: 작은 조각으로 분쇄한 후 용융하여 펠릿 형태로 성형.
- 품질 검사 및 출하: 물성 테스트(융점, 인장강도 등)를 거쳐 품질 확인.
장점: 기술이 비교적 단순하고 비용이 낮음.
단점: 반복 재활용 시 물성이 저하되며, 혼합 플라스틱 처리가 어려움.
2. 화학적 재활용 (Chemical Recycling)
고분자 사슬을 화학적으로 분해하여 모노머 또는 기초 원료로 되돌리는 방식. 열분해(Pyrolysis), 가수분해(Hydrolysis), 해중합(Depolymerization) 등이 포함된다.
예시:
- PET의 해중합: 에틸렌 글리콜과 테레프탈산으로 분해하여 새로운 PET 제조에 사용.
- 플라스틱 열분해: 고온에서 산소를 차단한 상태에서 분해하여 합성유(synthetic oil) 생성.
장점: 혼합 플라스틱이나 오염된 플라스틱도 처리 가능. 원료 수준 회복 가능.
단점: 고비용, 대규모 설비 필요, 에너지 소모 큼.
3. 에너지 회수 (Energy Recovery)
재활용이 어려운 플라스틱을 소각하여 열에너지 또는 전기를 회수하는 방식. 엄밀히 말하면 재활용이 아닌 폐기물 에너지화이지만, 자원순환 계단(Waste Hierarchy)에서 재활용 다음 단계로 고려된다.
재활용 플라스틱의 물성과 응용
물성 특성
재생 플라스틱은 일차 수지에 비해 다음과 같은 특성을 가진다:
- 분자량 감소: 재처리 과정에서 고분자 사슬이 절단되어 인장강도, 충격강도 저하.
- 불순물 포함: 색소, 이종 플라스틱, 오염물질로 인해 투명도 및 내화학성 저하.
- 가공성 변화: 열 안정성 감소로 인한 성형 난이도 증가.
이러한 문제는 블렌딩(재생수지 + 일차수지), 첨가제 사용(안정제, 강화제), 물성 개질 공정 등을 통해 완화된다.
주요 응용 분야
| 응용 분야 |
사용 소재 예시 |
특성 요구 사항 |
| 포장재 |
rPET, rHDPE |
기계적 강도, 내습성 |
| 건축자재 |
재생 PP, PVC |
내구성, 내후성 |
| 자동차 부품 |
rPP, rABS |
충격흡수성, 경량성 |
| 섬유 |
rPET (폴리에스터) |
섬유 가공성, 색상 균일성 |
| 3D 프린팅 필라멘트 |
rPLA, rABS |
정밀 가공성, 점도 안정성 |
기술적 과제와 미래 전망
현재의 과제
- 혼합 플라스틱의 분리 난이도: 다양한 수지 혼합으로 인한 재활용 효율 저하.
- 품질 불균일성: 배치별 물성 차이로 인해 고급 제품 적용 제한.
- 경제성: 화학적 재활용은 기술력은 높으나 상용화 비용 문제.
기술 발전 방향
- AI 기반 자동 분류 시스템: 근적외선(NIR) 센서와 머신러닝을 활용한 정밀 분류.
- 생분해성 플라스틱과의 병행 개발: 재활용과 생분해를 동시에 고려한 서irkular economy 구축.
- 디자인 포 디스아셈블리(Design for Recycling): 제품 설계 단계부터 재활용성을 고려.
참고 자료
- Ellen MacArthur Foundation. (2023). Completing the Picture: How the Circular Economy Tackles Climate Change.
- Korea Plastics Industry Association (KPIC). (2022). Plastic Recycling Status in Korea.
- Kim, J. H., et al. (2021). "Mechanical and Thermal Properties of Recycled Polyethylene Terephthalate Composites." Polymer Engineering & Science, 61(5), 1234–1245.
관련 문서
본 문서는 재료공학, 환경공학, 지속가능한 자원 관리 분야의 전문가 및 학습자에게 정보 제공을 목적으로 작성되었습니다.
# 재활용 소재
## 개요
재활용 소재(Recycled Material)는 사용 후 폐기된 자원을 수집, 분류, 정제, 가공하여 새로운 제품 제조에 다시 사용할 수 있도록 만든 자원을 말한다. 재료공학의 관점에서 재활용 소재는 자원 고갈 방지, 에너지 절약, 환경 오염 감소라는 세 가지 핵심 목표를 달성하기 위한 중요한 기술적 요소로 간주된다. 특히 플라스틱재활용은 최근 전 세계적으로 심각한 환경 문제로 대두되면서 재활용 소재 연구의 중심에 서 있다. 본 문서는 플라스틱 중심의 재활용 소재에 대해 그 정의, 처리 공정, 특성, 응용 분야, 그리고 기술적 과제를 다룬다.
---
## 재활용 소재의 정의와 종류
### 정의
재활용 소재는 폐기물로 분류되었던 물질을 물리적·화학적 처리를 통해 원료 수준으로 되돌려 새로운 제품을 생산하는 데 사용하는 자원이다. 이는 일차 자원(원광석, 원유 등)의 채굴과 가공에 비해 에너지 소비를 크게 줄일 수 있으며, 매립 및 소각으로 인한 환경 부담을 완화한다.
### 주요 종류
재활용 소재는 소재별로 다음과 같이 구분할 수 있다:
- **플라스틱 재생수지 (Recycled Plastic Resin)**: 폐플라스틱을 세척, 분쇄, 용융 후 펠릿 형태로 재가공한 것.
- **재생 펄프 (Recycled Paper Pulp)**: 폐지류를 해체하여 만든 펄프.
- **재생 금속 (Recycled Metal)**: 알루미늄, 철강 등 금속의 재용해 및 정제.
- **재생 유리 (Recycled Glass)**: 파쇄된 유리를 정제하여 새로운 유리 제품 제조에 사용.
본 문서는 이 중 **플라스틱재활용**에 초점을 두고 설명한다.
---
## 플라스틱 재활용 공정
플라스틱재활용은 크게 **기계적 재활용**, **화학적 재활용**, **에너지 회수**의 세 가지 방식으로 나뉜다.
### 1. 기계적 재활용 (Mechanical Recycling)
가장 일반적인 재활용 방식으로, 폐플라스틱을 물리적으로 처리하여 재사용 가능한 수지로 만드는 과정이다.
#### 주요 단계:
1. **수집 및 분류**: 가정, 산업 등에서 발생한 폐플라스틱을 수거하고, 종류별(PE, PP, PET, PVC 등)로 분류.
2. **세척 및 건조**: 오염물질(라벨, 잔여 내용물 등) 제거.
3. **분쇄 및 펠릿화**: 작은 조각으로 분쇄한 후 용융하여 펠릿 형태로 성형.
4. **품질 검사 및 출하**: 물성 테스트(융점, 인장강도 등)를 거쳐 품질 확인.
> **장점**: 기술이 비교적 단순하고 비용이 낮음.
> **단점**: 반복 재활용 시 물성이 저하되며, 혼합 플라스틱 처리가 어려움.
### 2. 화학적 재활용 (Chemical Recycling)
고분자 사슬을 화학적으로 분해하여 모노머 또는 기초 원료로 되돌리는 방식. 열분해(Pyrolysis), 가수분해(Hydrolysis), 해중합(Depolymerization) 등이 포함된다.
#### 예시:
- **PET의 해중합**: 에틸렌 글리콜과 테레프탈산으로 분해하여 새로운 PET 제조에 사용.
- **플라스틱 열분해**: 고온에서 산소를 차단한 상태에서 분해하여 합성유(_synthetic oil_) 생성.
> **장점**: 혼합 플라스틱이나 오염된 플라스틱도 처리 가능. 원료 수준 회복 가능.
> **단점**: 고비용, 대규모 설비 필요, 에너지 소모 큼.
### 3. 에너지 회수 (Energy Recovery)
재활용이 어려운 플라스틱을 소각하여 열에너지 또는 전기를 회수하는 방식. 엄밀히 말하면 재활용이 아닌 폐기물 에너지화이지만, 자원순환 계단(Waste Hierarchy)에서 재활용 다음 단계로 고려된다.
---
## 재활용 플라스틱의 물성과 응용
### 물성 특성
재생 플라스틱은 일차 수지에 비해 다음과 같은 특성을 가진다:
- **분자량 감소**: 재처리 과정에서 고분자 사슬이 절단되어 인장강도, 충격강도 저하.
- **불순물 포함**: 색소, 이종 플라스틱, 오염물질로 인해 투명도 및 내화학성 저하.
- **가공성 변화**: 열 안정성 감소로 인한 성형 난이도 증가.
이러한 문제는 **블렌딩**(재생수지 + 일차수지), **첨가제 사용**(안정제, 강화제), **물성 개질 공정** 등을 통해 완화된다.
### 주요 응용 분야
| 응용 분야 | 사용 소재 예시 | 특성 요구 사항 |
|----------|----------------|----------------|
| 포장재 | rPET, rHDPE | 기계적 강도, 내습성 |
| 건축자재 | 재생 PP, PVC | 내구성, 내후성 |
| 자동차 부품 | rPP, rABS | 충격흡수성, 경량성 |
| 섬유 | rPET (폴리에스터) | 섬유 가공성, 색상 균일성 |
| 3D 프린팅 필라멘트 | rPLA, rABS | 정밀 가공성, 점도 안정성 |
---
## 기술적 과제와 미래 전망
### 현재의 과제
- **혼합 플라스틱의 분리 난이도**: 다양한 수지 혼합으로 인한 재활용 효율 저하.
- **품질 불균일성**: 배치별 물성 차이로 인해 고급 제품 적용 제한.
- **경제성**: 화학적 재활용은 기술력은 높으나 상용화 비용 문제.
### 기술 발전 방향
- **AI 기반 자동 분류 시스템**: 근적외선(NIR) 센서와 머신러닝을 활용한 정밀 분류.
- **생분해성 플라스틱과의 병행 개발**: 재활용과 생분해를 동시에 고려한 서irkular economy 구축.
- **디자인 포 디스아셈블리**(Design for Recycling): 제품 설계 단계부터 재활용성을 고려.
---
## 참고 자료
- Ellen MacArthur Foundation. (2023). *Completing the Picture: How the Circular Economy Tackles Climate Change*.
- Korea Plastics Industry Association (KPIC). (2022). *Plastic Recycling Status in Korea*.
- Kim, J. H., et al. (2021). "Mechanical and Thermal Properties of Recycled Polyethylene Terephthalate Composites." *Polymer Engineering & Science*, 61(5), 1234–1245.
---
## 관련 문서
- [순환경제 (Circular Economy)](https://ko.wikipedia.org/wiki/순환경제)
- [플라스틱 오염](https://ko.wikipedia.org/wiki/플라스틱_오염)
- [고분자 재료공학](https://ko.wikipedia.org/wiki/고분자_공학)
> 본 문서는 재료공학, 환경공학, 지속가능한 자원 관리 분야의 전문가 및 학습자에게 정보 제공을 목적으로 작성되었습니다.