탄소섬유 소재 재활용할 방법 찾았다
탄소섬유 소재 재활용할 방법 찾았다
작년 지구 평균 기온 산업화 이전보다 1.57도 올랐다
국내 연구진이 항공과 우주, 자동차, 선박, 스포츠용품에 쓰이는 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)을 재활용할 수 있는 기술을 개발했다.
정용채 한국과학기술연구원(KIST) RAMP융합연구단 단장 연구진은 일정 수준 이상의 온도와 압력 조건에서 발현되는
초임계 상태의 물을 이용해 수십 분 내에 CFRP 소재를 99% 이상 재활용하는 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.
CFRP는 금속보다 가볍고 강도가 높아 다양한 산업 분야에서 사용되고 있다.
최근에는 에어 모빌리티와 같은 신산업에도 적용돼 사용량이 증가하면서 폐기물 처리 문제가 드러나고 있다.
하지만 CFRP는 자연분해가 되지 않고, 고온 소각방식은 독성물질을 배출해 환경오염을 초래하기 때문에 재활용 기술 개발이 시급하다.
연구진은 별도의 촉매제, 산화제, 유기용매를 사용하지 않고 물만으로 고효율의 재활용 시스템을 개발했다.
임계점 이상의 온도와 압력에 놓인 초임계 상태의 물을 CFRP에 넣으면 함침된 에폭시를 선택적으로 제거해 재활용된 탄소섬유를 얻을 수 있다.
연구진은 아미노산 중 하나인 글라이신(Glycine)을 초임계 상태의 물에 첨가하면 CFRP를 질소 원자가 도핑된 재활용 탄소섬유로 업사이클링할 수 있다는 사실도 알아냈다.
이렇게 업사이클링된 탄소섬유는 기존 재활용 탄소섬유보다 전기적 전도성이 높았다.
연구진은 “수십 분 내에 단일 재활용 공정만으로 CFRP의 재활용과 업사이클링을 동시에 처리해 재활용 섬유의 구조와 물성을 제어한 사례는 이번 연구 성과가 처음”이라고 설명했다.
지금까지는 재활용된 CFRP 섬유의 성질이 불균일해 주로 복합 소재의 노화를 막는 충진제로 사용됐다.
이와 비교해 연구진이 만들어 낸 업사이클링 탄소섬유는 E-모빌리티 배터리의 전극재로 적용했을 때 흑연과 비슷하거나 높은 성능을 보였다.
정용채 단장은 “전 세계적으로 CFRP 폐기물이 증가하고 있는 상황에서 이를 친환경적으로 업사이클링하는 기술을 개발했다”며
“탄소 배출량을 획기적으로 저감시키는 것은 물론 E-모빌리티의 배터리 전극재로 전환하는 자원 선순환 구조까지 제시한 의미 있는 연구성과”라고 연구의 의의를 설명했다.
Carbon fiber (CF) is emerging as a high value-added material due to its lightweight nature about 1/4 the weight of steel
coupled with its exceptional strength. In particular, CF reinforced plastic (CFRP), comprising over 60% CF
has gained prominence as a next-generation composite material used in various industries to reduce weight.
The widespread use of CFRP has led to a surge in CFRP waste, which arises challenges related to its high cost and waste management
necessitating recycling efforts. However, recycling CFRP is complex because it is composed of thermosetting resins.
Conventional recycling methods such as incineration and shredding often result in environmental pollution.
Furthermore, during the recycling process, CFs become randomly oriented and primarily repurposed as individual fibers used for reinforcement materials.
To address these challenges, our study employs supercritical water for an eco-friendly recycling without the need for catalysts or oxidizers.
During this recycling process, we introduced glycine, which simultaneously achieved nitrogen (N) atom doping of the recycled CF.
