(성공사례) 폐플라스틱 재활용 효율 높이는 압출기 기술 개발

EU 지원 NEWEX 프로젝트, 압출기(Extruder)의 핵심 부푼 개선으로 재활용 플라스틱의 고품질 제품 생산 가능

압출(Extrusion)은 원료를 틈을 통해 압착해 일정한 형태로 만드는 공정으로, 플라스틱 파이프·전선 피복·창문틀 등 다양한 제품 생산에 필수적인 기술
그러나 기존 압출기의 대부분은 재활용 플라스틱 원료를 안정적으로 가공하지 못해, 실제 생산 과정에서 한계가 존재
유럽환경청(EEA)에 따르면, 유럽 시민 1인당 연간 평균 약 5톤의 폐기물을 배출하며, 이 중 재활용 비율은 38%에 불과
폴란드 루블린공과대학(Lublin University of Technology) 연구원 Sikora는 “유럽이 순환경제와 환경 목표를 달성하기 위해서는 더 많은 재료를 재활용할 새로운 방법이 필요하다"고 강조
EU 지원 프로젝트 NEWEX(New Generation of Extruders) 팀은 압출기의 단일 구성요소를 혁신적으로 개조하여, 제조업체가 재활용 플라스틱으로도 고품질 제품을 생산할 수 있도록 함으로써 폐기물 매립을 줄이는 데 기여
Sikora는 “음식물, 식물, 조개껍질 등에서 유래한 재활용 플라스틱은 순환경제 측면에서는 긍정적이지만, 물리적 특성이 변형되어 재활용 가공에는 제약이 있다"고 설명
연구팀은 파이프, 배수관, 외장재 등을 생산하는 소형 단축 압출기(single-screw extruder)에 초점을 맞추었으며, 플라스티 입자(granulate)를 녹인 뒤, 금형(die)을 통해 일정한 형상으로 압출하는 과정을 정밀 제어
일반적으로 압출 제품을 바꿀 때는 금형 교체와 라인 조정만으로 충분하지만, 재활용 플라스틱을 사용할 경우에는 입자 크기·성분이 균일하지 않아 공정이 훨씬 복잡해짐
Sikora는 “핵심은 압출기 내부의 ‘홈 구역(grooved zone)’에 있다"고 설명하며, ”이 구역은 원료를 장치로 밀어 넣으며 압력을 가해 압출 효율을 결정하는 중요한 요소"라고 덧붙임
제조업체가 직면한 가장 큰 문제는, 압출기가 일정한 입자 크기의 플라스틱 원료를 요구한다는 점
재활용 플라스틱은 입자 크기와 모양이 제각각인 재과립 형태이며, 재활용 업체마다 생산 규격이 달라 압출 안정성이 떨어짐
또한 플라스틱 내 잔류 오염물질이 가공을 어렵게 만들어 환경적 이점을 상쇄시키고, 생산비 증가로 인해 재활용 소재 사용이 비경제적으로 되는 문제도 존재
Sikora는 “산업계의 많은 기업들이 ‘홈 구역의 기하학적 구조를 조절할 수 있는 압출기'를 원한다는 것을 알게 되었다"며, ”원료 입자의 크기나 성질에 따라 홈의 깊이와 간격을 조절할 수 있는 기술이 필요하다“고 강조
이를 기반으로 NEWEX 프로젝트는 단축 압출기의 구조를 재설계하여 재활용 플라스틱을 효율적으로 처리할 수 있는 솔루션을 개발
국제 전문가 팀은 홈 구역과 회전 실린더(배럴)의 기하학적 요소에 대한 가상·디지털·3D 모델을 구축하고, 시뮬레이션 및 열팽창 계산을 수행하였으며, 그 결과로 홈 깊이와 개수를 독립적으로 조절할 수 있는 프로토타입 압출기를 완성
수정된 배럴은 나사의 회전 방향 및 속도를 자유롭게 조정할 수 있으며, 가열 시 이동 부품이 팽창해 액체 원료가 부드럽게 흐르도록 설계됨
NEWEX 시스템은 시간당 수 톤의 플라스틱을 처리하는 대형 압출기에 적합하며, 기존 장비 대비 에너지 효율 향상과 생산비 절감 효과를 제공
당초 NEWEX 프로토타입은 루블린대 실험실 내 시연용으로 제작되었으나, 폴란드의 한 압출기 제조업체가 관심을 보이며 상용화 단계로 발전
NEWEX 파트너들과 EU 지원 PROMATAI 프로젝트의 협력을 통해, 인공지능을 접목한 ‘스마트 압출기' 개발이 진행 중
AI 기능을 통해 투입 원료의 입자 크기에 따라 홈 구역이 자동 조정되는 시스템 구현을 목표로 함
Sikora는 “이 기술은 중소 제조업체에게도 희소식이며, 환경에도 더 큰 도움이 될 것”이라며, “NEWEX 프로젝트는 EU 마리퀴리 액션(MSCA)의 지원으로 수행되었다”고 밝힘