홍순혁 교수팀, 이중 촉매 반응으로 고리형 알켄 회수… 재활용 한계 넘은 ‘화학적 순환경제’ 실현

불가능했던 재활용, KAIST가 해냈다

전 세계적으로 매년 수십억 개가 폐기되는 타이어는, 화학적 재활용이 매우 어려운 ‘난공불락’ 소재였다. KAIST(총장 이광형)는 6월 26일 홍순혁 화학과 교수 연구팀이 폐타이어를 고무·나일론 원료로 전환하는 고부가가치 화학 재활용 기술을 세계 최초로 구현했다고 발표했다.

핵심은 두 가지 촉매를 연속적으로 작용시키는 ‘이중 촉매 반응 시스템’(ISOMET)을 통해, 폐타이어에서 고리형 알켄류(C5–C7)를 최대 92% 선택성, 82% 수율로 회수해내는 기술이다. 이 고리형 화합물은 다시 고무 제조 원료로 쓰이거나, 나일론 전구체로도 활용 가능해 정밀화학·섬유소재 산업으로의 전환 연결고리가 된다.

고온 열분해의 대안 – 저온 촉매 기반 정밀 분해 시스템

기존 재활용 방식은 대부분 400도 이상의 고온에서 고분자 사슬을 무작위 분해하는 열분해 방식이었다. 이는 에너지 소모가 크고, 원하는 물질을 선택적으로 추출하기 어려워 저품질 탄화수소 혼합물만 생성되었다.

KAIST의 ISOMET 시스템은 ▲첫 번째 촉매가 고무 내 이중결합을 재배열하고 ▲두 번째 촉매가 이를 복분해 반응을 통해 고리화시켜 선택적 분자 설계형 전환 반응을 구현한다. 실제로 자동차 폐타이어, 골프공, 고무매트 등 다양한 고무제품에 적용해 고순도 고리형 알켄을 선택적으로 회수하는 데 성공했다.

본 기술은 다양한 종류의 합성고무(SBS, PBD, PCOE 등)에 보편적으로 적용 가능하며, 가황 공정으로 형성된 고무 사슬 간 가교 구조, 실리카·카본블랙·산화방지제 등의 첨가제에도 영향을 받지 않고 정밀한 화학 분해가 가능하다는 점에서 산업적 경쟁력이 높다.

홍순혁 교수는 “기초화학 기반의 촉매 기술이 폐기물 문제 해결의 열쇠가 될 수 있음을 증명했다”며, “앞으로 상온·상압 조건에서도 작동 가능한 고효율 촉매 개발과 파일럿 플랜트 확장을 준비하고 있다”고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단의 지원으로 수행되었으며, 국제 저널 Chem 6월 18일자 온라인판에 게재되며 학문적 의의도 동시에 인정받았다.

KAIST #홍순혁교수 #폐타이어재활용 #화학적재활용기술 #ISOMET시스템 #고리형알켄 #나일론전구체 #순환경제기술 #촉매기반분해 #Chem게재 #KAIST성과 #폐플라스틱해결 #고무재생소재