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플라스틱을 손대지 않고 분류한다? 포스코에서 찾은 재활용 기술의 해답!

포스코그룹 기술나눔 성공 스토리 ①

플라스틱을 손대지 않고 분류한다? 포스코에서 찾은 재활용 기술의 해답!

2022/05/09

 그린폴 대표이사가 전하는 포스코그룹 기술나눔 성공스토리 1편으로 재활용 기술을 조명할 것을 예고하고 있다.

포스코 뉴스룸에서 포스코그룹의 기술나눔을 기점으로 신기술개발, 사업 확장 등
성공적인 전환점을 맞이한 중소기업의 현장을 조명한다.
기술로 하나되는 포스코그룹과 중소기업의 상생 스토리를 확인해보자!

기술나눔은 2013년부터 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 주관해 공공연구소, 대기업이 보유한 기술을 중소기업에 무료로 제공하는 대·중소 상생협력 지원사업이다.

포스코그룹(법무실 지적재산사무국)은 2017년부터 정부의 기술나눔 프로그램에 주도적으로 참여해 지난 5년간 241개사에 특허 564건을 무상으로 이전했다.

포스코그룹에서 탄생해 제 역할을 다한 기술들은 새로운 보금자리를 찾아가 자리를 잡았고, 포스코그룹은 기술의 씨앗이 새 환경에서 싹을 틔울 수 있도록 도왔다. 그 결과 기술이전을 받은 중소기업들은 눈에 띄는 성과를 냈다. 특히 포스코그룹의 필요에 따라 개발한 기술들이 완전히 다른 분야에서 새로운 가치를 창출하는 이종사업 간의 시너지는 끊임없이 미래 사업을 개척해나가는 포스코그룹에도 큰 의미가 있다.

우리 회사를 소개합니다 라고 적힌 글꼴박스

폐플라스틱 재활용 기업 그린폴

그린폴 대표이사 인터뷰 박스이다.

그린폴 대표이사가 재활용 소재를 만지고 있는 사진이다.

▲ 그린폴의 재활용소재 대부분을 차지하는 폴리에틸렌(오른쪽)과 폴리프로필렌.

"재활용 소재가 가래떡처럼 뽑히고, 작은 입자로 잘게 잘린 모습이다."

▲ 선별, 파쇄, 세척, 건조를 마친 재활용 소재는 열을 가해 녹인 후 가래떡처럼 뽑아내 냉각시키고, 소재를 일정 크기의 입자로 잘게 잘라 원재료로 투입한다.

왼쪽 사진은 파란색 금형 설비 기계와 그 앞에는 검정색 재활용 플라스틱으로 만든 건축용 자재이며 오른쪽 사진은 대표이사가 하얀색 자동차 범퍼를 들고있는 사진이다.

▲ 일정 모양으로 가공하는 그린폴의 금형 설비(왼쪽). 재활용 플라스틱은 범퍼, 에어컨 필터 케이스 등 자동차용 소재로 쓰이며 그 비중은 점점 늘어나는 중이다.

그린폴의 공정은 재활용 플라스틱을 수거해오는 것에서부터 시작한다. 수거한 플라스틱은 외부 전문업체에 의뢰하고, 기본적인 선별을 거쳐 잘게 파쇄해 음식물 등의 이물질을 세척한 뒤 탈수와 건조를 거쳐 다시 그린폴로 가져온다. 세척을 마친 파쇄 플라스틱을 종류별로 선별하고 열을 가해 녹여 일정한 크기와 모양으로 뽑아낸 후 식히면 재활용 플라스틱 소재가 완성된다. 이 재활용 플라스틱 소재는 플라스틱 원재료(신재수지 virgin plastic resin)와 혼합해 재활용 플라스틱 용기(pcr : post consumer recycle)로 제조된다. 그런데, 이 과정에서 그린폴은 몇 가지 커다란 과제에 맞닥뜨리게 됐다.

우리 회사가 고민했던 과제는? 라고 적힌 글꼴박스이다

그린폴의 당면 과제는 경제적이고 효율적인 플라스틱 선별

그린폴이 해결해야 하는 과제는 플라스틱의 경제성 있는 선별이었다. 2020년 12월부터 분리수거를 할 때 투명 페트병은 색이 있는 플라스틱과 구분해서 분리배출한다. 이 중 투명 플라스틱은 재활용을 하기에 가장 적합하다. 의류를 제작하기에 용이한 긴 원사를 뽑아낼 수 있어 부가가치가 가장 크기 때문이다. 여러 면에서 투명 플라스틱 분리배출 문화의 정착은 환영할 만한 일이다. 하지만 플라스틱 재활용 사업에서는 아직 갈 길이 멀다. 투명 페트병 외에도 선별해야 하는 플라스틱의 종류가 많고, 포장재나 음식 용기 등 다른 플라스틱 소재가 섞이면 재생 원료의 품질이 떨어지기 때문이다. 플라스틱의 소재와 용도를 조금 살펴보면 이해하기가 더 쉽다.

플라스틱의 종류와 용도가 적혀있는 민트색 포스터이다

플라스틱 제품의 크기가 크면 손으로 충분히 선별 가능하다. 재활용품으로 배출하는 플라스틱의 대부분은 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이다. 그 양 자체가 많기 때문에 손으로 선별을 해도 인건비를 뛰어넘는 경제성이 있다. 하지만 크기가 작거나, 오염된 소재, 여러 소재를 혼합한 복합소재는 재활용이 어렵다.

초록색 화살표 모양이 세모의 형태를 이루고 있는 심벌마크이다

분리배출표시가 없는 작은 용기, 오염된 용기, 복합소재 용기···
플라스틱 재활용을 가로막는 3대 문제 해결에 나선 그린폴

하지만 모든 포장재에 분리배출표시가 되어있지는 않다. 분리배출표시에 관한 지침에 따르면 포장재 표면적이 50㎠ 미만(용기, 트레이류), 100㎠ 미만(필름 포장재류)이거나, 내용물의 용량이 30㎖ 또는 30g 이하인 경우 분리배출표시 예외에 해당하는데, 보통 용량이 작은 화장품이나 향수병 등이 속한다. 이 경우 재질을 판별하기 어렵고, 부피와 양도 작아 재활용 경제성이 낮다.

빨간색 화살표 모양이 세모의 형태를 이루고 있는 심벌마크이다.

플라스틱 선별의 열쇠, 정전 선별 기술!
그러나 자체개발기술은 한계에 부딪히고···

이 상황을 해결하고자 떠올린 아이디어가 바로 ‘정전 선별 기술’이다. 지금은 손으로 재활용품을 재질 별로 구분한 뒤 따로 파쇄해 사용하므로 선별 비용과 시간이 많이 들고, 육안으로 선별이 어렵거나 여러 소재가 뒤섞여 있어 재활용이 어려운 경우도 생긴다.

정전 선별 기술로 이 문제를 해결할 수 있다. 기본적인 개념은 이렇다. 다른 종류의 두 물체를 마찰시키면 한 물체는 전기적으로 (+)극성을 띠고, 다른 한 물체는 (-)극성을 띠게 된다. 그리고 각 물체는 마치 자석처럼 다른 극성을 띤 물체에 이끌린다.

이 원리를 이용하면 다른 종류의 플라스틱을 손을 대지 않고도 선별해낼 수 있다. 플라스틱을 서로 마찰시켜 반대된 극성을 띠게 하고 고전압을 걸어 서로 다른 극성을 띠게 한 전극 2개 사이로 통과시키면 정전력에 의해 두 플라스틱이 분리가 된다는 것이 이 기술의 기본 개념이다. 이 방법을 활용하면 초기에 물체를 재질별로 선별할 필요 없이 한꺼번에 파쇄한 뒤 선별기에 통과시키기만 하면 분리가 완료되므로 시간과 비용을 크게 아낄 수 있다.

그린폴은 이 정전 선별기를 도입하기로 결정하고 방법을 물색했다. 처음에는 이미 만들어진 기계를 구입하거나 유사한 연구 실적을 보유한 연구진과 함께 기술개발을 하는 방법을 고려했다. 하지만 국내에서는 상용화된 정전 선별기가 없었고, 해외에서 장비를 도입하자니 설비 비용이 너무 컸다. 게다가 이 규모의 사업체에서 연구개발비용을 지속적으로 투자하기도 쉽지 않았다.

'포스코그룹 기술나눔으로 찾은 돌파구'라고 적힌 글꼴박스이다

포스코의 기술나눔으로 확보한 정전 선별 특허··· 국책과제 선정까지

교착상태에 빠져있던 중, 2019년 돌파구를 찾을 수 있었다. 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 지원하는 기술나눔 프로그램에 대해 알게 된 것이다. 당시 공여 대상 특허기술들의 목록을 하나하나 뒤졌고, 찾던 정전 선별기술에 완벽히 들어맞는 특허기술을 찾을 수 있었다. 바로 포스코에서 개발한 ‘이중컨베이어형 정전 선별유닛 및 이를 이용한 정전 선별기’ 기술이었다. 이 기술은 포스코에서 제철용으로 사용하는 미분상태의 석탄에서 자력을 사용해 회분*을 제거하는 기술이다.

*회분 : 석탄에 함유된 무기질이 연소된 후 재로 남은 것. 석탄의 근원인 식물체에 처음부터 함유된 것과, 석탄 생성 과정에서 들어오는 것이 있다.

포스코의 ‘이중컨베이어형 정전 선별유닛 및 이를 이용한 정전 선별기’란?

제철용 석탄 중 저등급 석탄의 활용도와 공정 효율을 높이고, 친환경 공정을 실현하기 위해 포스코가 개발한 기술이다. 석탄 효율을 높이는데 가장 중요한 문제는 석탄의 수분과 회분을 제거하는 것이다. 특히 석탄에 함유된 회분은 고온에서 녹아 연소기나 열교환기 표면에 쌓여 열전달이나 물질 이송 효율을 떨어뜨린다. 또한, 외부로 배출되면 환경오염을 유발하기도 한다.

정전 선별기술은 석탄입자와 회분입자를 마찰시켜 서로 다른 전하를 갖도록 한 뒤 음극·양극판 사이로 통과시켜 양전하를 띤 입자는 음극판으로, 음전하를 띤 입자는 양극판 방향으로 이동시켜 분리하는 기술이다.

숫자가 적혀있는 정전 선별기 기본 개념도다.

▲ 정전 선별기 기본 개념도.

두 개의 컨베이어벨트 사이로 다른 전하를 띤 두 물체를 이동시킬 때, 컨베이어벨트에 반대 극성을 띠게 만들어 컨베이어 자체가 전극의 역할을 하도록 하고, 두 물체는 두 컨베이어벨트 표면에 각각 달라붙어 분리되는 구조다.

그린폴은 이 기술의 정전 분리 원리에 착안해 직접 기술을 개발하기로 하고, 고려대학교 전자·기계융합공학과의 마찰 대전 전문가인 정재화 교수를 찾아갔다.

포스코에서 제공한 특허기술에 힘입어, 정재화 교수팀과 멋진 협업을 할 수 있었다. 한달 간의 짧은 준비기간에도 산업통상자원부에서 지원하는 국책연구과제에 지원, 최종 선정되는 놀라운 성과를 냈다. 과제명은 ‘생활계 폐용기의 재활용 기술개발’ 과제로 2020년 7월부터 시작한 연구가 이렇게 눈부신 결과를 낼 수 있었던 것은 포스코그룹의 기술나눔이 있었기 때문이다.

포스코그룹 기술나눔의 성과 라고 적힌 글꼴박스이다.

그린폴-고려대학교-포스코의 협업으로 탄생한 플라스틱 정전 선별기

왼쪽에는 검정색 기기와 오른쪽에는 사다리모양의 기계가 있다

▲ 고려대학교 가속기ICT융합관에 설치된 파일럿 선별기(왼쪽)와 파쇄된 뒤 분리돼 용기에 담긴 재활용 소재들.

왼쪽에는 회색의 직사각형 기계와 오른쪽엔 검정색 직사각형 기계가 있다.

▲ 고전압 발생장치(왼쪽)와 정전 선별기의 제어반.

왼쪽에는 빨간색 하얀색 노란색 검정색의 작은 조각들이 손에 담겨있고 오른쪽에는 빨간색 가루가 손에 담겨있다.

▲ 정전 선별기를 거쳐 분리된 ABS(왼쪽)와 아크릴 소재.

고려대학교와 그린폴은 포스코의 정전 선별기 개념을 발전시켜 기술 개발을 시작했다. 컨베이어벨트 방식 대신 혼합된 재활용 소재를 양 전극 사이로 자유낙하 시켜 분리하는 방식을 채택했는데, 파쇄한 재활용 소재는 1m가 넘는 전기장 영향권 사이를 낙하하며 분리돼 하단의 용기에 나눠져서 담기게 된다.

경계를 뛰어넘는 나눔의 힘,
철강산업에서 태동한 기술의 씨앗이 플라스틱 재활용 산업에서 꽃피우다

현재 고려대학교 세종캠퍼스 내 실험동에서 파일럿 설비 검증 중이며 마무리 단계에 들어섰다. 2022년 8월에는 설비를 그린폴 공장으로 옮겨 설치를 완료하고 가동에 들어갈 예정이다. 그린폴은 신규 설비 도입을 앞두고 공장 건물도 새롭게 건설했다. 포스코 기술을 바탕으로 고려대와 함께 개발한 플라스틱 정전 선별기 체계와 지금 개발 중인 철·비철금속 선별기가 갖춰지면 대한민국의 재활용률을 크게 끌어올릴 수 있는 기술적 토대와 사업 기반이 마련될 것이라 예상한다. 특히 정전식 플라스틱 선별기술을 개발해 상용화하는 것은 국내 최초다.

중소기업을 운영하면서 영업이익을 할애해 기술개발에 투자하는 것이 얼마나 어려운지 몸소 깨달았다. 그린폴의 연구 과제가 국책 과제에 선정되고, 예산을 지원받아 기술을 개발하기까지 무상으로 기술나눔을 해준 포스코가 있었다.

회색의 그린폴 공장 사이에 검정색의 작업복을 입은 대표이사가 서있다

▲ 그린폴 공장과 사무실을 배경으로 김명기 대표가 포즈를 취하고 있다. 김명기 대표 뒤, 사진 가운데가 정전 선별기를 신설할 신축 공장이다.

아직 설비를 완벽하게 갖추지 못한 지금도 플라스틱 용기 활용이 많은 기업에서 그린폴에 협업 제안을 자주 해온다. 그린폴의 노력과 목표에 공감하는 분들이 많기 때문이라고 생각한다. 그린폴은 의미 있는 과정을 거쳐 개발한 새로운 재활용 선별기술을 이른 시일 내에 안정화시키고, 자원 재활용 저변 확대에 앞장설 것이다.

뿐만 아니라, 포스코에서 철강원료 분류를 목적으로 개발한 이 기술이 그린폴의 플라스틱 재활용분야에서도 멋지게 꽃을 피울 수 있도록 최선을 다할 계획이니 많은 관심과 기대 부탁드린다.


※이 콘텐츠는 포스코그룹 통합 소통채널 ‘포스코투데이’를 토대로 제작했습니다.

기업시민 포스코 Together With POSCO 함께 거래하고 싶은 회사 / Together / Green / Life / Community / 우측 악수하고 있는 일러스트 이미지.

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