BIO매거진
탄소 중립 시대 도래에 새롭게 등장한 화이트 바이오와 분체 바이오
작성자 : 관리자
2021-02-18 |
조회 : 3122
- 네고팩, 바이오매스를 미분, 플라스틱과 결합한 바이오 기반 플라스틱 ‘분체 바이오’ 개발
지난해 연말 정부가 연이어 친환경 정책을 발표하는 가운데, 그동안 친환경 플라스틱 제품을 전문적으로 개발, 생산해오던 (주)네고팩(대표이사 이보영 이하 네고팩)이 중합형 바이오 기반 플라스틱에 이어 더욱 제품적용에 용이한 결합형 바이오 기반 플라스틱 개발을 완료하고, 보급을 앞두고 있다.
이에 본지에서는 네고팩의 이보영 대표를 만나서, 직접 ‘분체 바이오’라고 이름을 붙인 결합형 바이오 기반 플라스틱에 대해 자세한 이야기를 들어 보았다.
최근 미·EU 등 선진국은 플라스틱 쓰레기 문제 해결, 탄소 저감 등을 위한 산업적 대안으로 바이오 플라스틱 등 화이트 바이오산업을 주목하고 있는 상황 속에서 산업통상자원부(이하 ‘산업부’, 장관 성윤모)는 지난해 12월 3일 개최된 ‘혁신성장전략회의’를 통해 범부처 바이오산업 혁신 TF에서 마련한 ‘화이트 바이오산업 활성화 전략’을 확정, 발표했다.
화이트 바이오산업이란 기존 화학 산업의 소재를 식물 등 재생 가능한 자원을 이용하거나 미생물, 효소 등을 활용해 바이오 기반으로 대체하는 산업을 말한다.
더불어 정부는 지난해 12월 24일, 정세균 국무총리 주재로 열린 제120차 국정현안조정점검 회의에서 ‘생활폐기물 탈(脫) 플라스틱 대책’을 확정해 발표했다.
이 두 가지 정책 발표에서의 공통점은 플라스틱 쓰레기 문제 해결과 탄소 저감 등을 위해 정부가 화이트 바이오산업 육성에 나선다는 점이다.
새롭게 주목받고 있는 친환경 화이트 바이오산업
화이트 바이오산업은 보건·의료와 관련된 레드 바이오, 농수산업·환경제어와 관련된 그린 바이오와 함께 3대 바이오산업 분야로 꼽힌다. 바이오기술이 화학산업에 접목된 산업으로, ‘바이오화학산업’이라고도 불리며, 화이트 바이오 제품은 생산 과정에서 탄소 배출량이 비교적 적고, 원료인 식물 등이 이산화탄소를 흡수한다는 장점이 있다.
정부는 미래 유망산업인 화이트 바이오산업의 경쟁력을 확보를 위한 수요 창출 지원, 규제 개선, 기반 구축 등으로 민간 투자를 견인해나갈 계획할 계획이며, ▲ 친환경 바이오 플라스틱의 개발 및 보급 확대로 순환경제 실현 ▲ 화이트 바이오 고부가가치 제품 중심으로 밸류체인 강화 ▲ 산업군 형성을 위한기반 구축 등을 추진해나갈 방침이다.
지난해 셧다운과 비대면 문화의 확산으로 전 세계적으로 일회용 플라스틱 쓰레기가 늘어나면서 화이트 바이오산업에관한 관심이 늘어나고, 친환경적인 바이오 플라스틱 제조 산업이 주목받고 있다. 바이오 플라스틱은 바이오매스 등을 원료로 한다는 점에서 제조 과정에서의 이산화탄소 배출이 적고, 생분해 특성 등 생태 유해성이 낮아 산업적·친환경적 대안으로 부상하고 있다.
바이오 플라스틱은 식물 등 바이오매스를 원료로 하거나 미생물 등을 활용한 플라스틱을 의미한다. 원료, 분해 매커니즘, 생산 방법 등에 따라 크게 ▲ 생분해 플라스틱 ▲ 산화 생분해 플라스틱 ▲ 바이오 베이스 플라스틱 등으로 구분된다.
친환경 플라스틱에 대한 개념은 2000년대 초반에는 생분해성 플라스틱, 생붕괴 플라스틱, 광분해성 플라스틱이었다가 2000년대 중반부터는 생분해 플라스틱, 복합분해 플라스틱, 광분해 플라스틱으로 변했다가 최근에는 생분해 플라스틱, 산화 생분해 플라스틱, 바이오 베이스(기반) 플라스틱으로 개념 자체가 미생물을 통해 CO2와 H2O로 분해되는 개념에서 2015년 파리협약 이후 탄소(CO2) 절감으로 친환경의 개념이 본격화되면서, 바이오 기반 플라스틱, 즉 바이오매스를 발효 및 촉매로 이용한 중합형과 바이오매스 분말을 이용한 결합형이 주목을 받기 시작했다.
우리나라는 지난해 12월, 장기저탄소발전전략(LEDS)을수립하면서 2030년 온실가스 배출량을 ’17년 대비 24.4% 감축으로 명확화하여 2030년 목표배출량을 536백만 톤까지 줄이는 것으로 UN에 제출했다.
주요국들은 기후변화 및 탄소 중립에 보다 적극적인 대응을 위하여 탄소 중립 선언과 함께 그린산업 육성정책과 글로벌 규제를 신설·강화하고 있다. 특히 EU 및 미국은 탄소국경세 도입 논의를 본격화하고 있으며, EU는 자동차 배출규제상향, 플라스틱세 신설 등 글로벌 환경규제를 강화 중이다.
플라스틱 전주기 발생 저감 및 재활용 대책
더불어 정부는 지난해 12월 24일 정세균 국무총리 주재로열린 제120차 국정현안조정점검 회의에서 플라스틱 전주기발생 저감 및 재활용을 위한 ‘생활폐기물 탈(脫) 플라스틱 대책’을 확정해 발표했다.
정부는 늘어나는 플라스틱 생활폐기물을 줄이고, 해양 플라스틱과 같은 환경문제를 해결하기 위해 그동안의 1회용 플라스틱 감축 대책에 더해 생산단계부터 플라스틱 사용을 줄여나가고 사용된 생활용 폐플라스틱은 다시 원료로 재사용하거나 석유를 뽑아내 재활용률을 높이겠다는 방침이다.
먼저 플라스틱 발생을 원천 감량한다. 플라스틱 용기류의 생산과 사용을 줄이기 위해 일정 규모 이상의 용기류 생산업체를 대상으로 생산한 용기류 중 플라스틱 용기류의 생산비율을 설정해 권고한다.
두 번째로 플라스틱 재활용을 확대한다는 방침이다. 아파트 단지에서는 투명 페트병 별도 분리수거를 2020년 12월25일부터 단계적으로 시행하고 2022년까지 플라스틱 분리수거 통을 4종 이상 설치한다. 투명 페트병에 더해 사용량이 많은 플라스틱 재질은 분리수거 통을 추가 설치하되 시군구 수거업체와 재활용업체의 분포상황을 고려해 그 종류를 융통성있게 할 수 있도록 할 방침이다.
또한, 분리수거 통 배치가 곤란한 단독주택에는 폐비닐, 스티로폼 등의 재활용 품목별 배출·수거 요일제를 도입하여 이물질 혼입을 최소화하게 된다.
마지막으로 대체 플라스틱 사회로 전환한다는 방침이다.
환경부는 이번 탈플라스틱 대책을 통해 2025년까지 플라스틱 폐기물을 20% 줄이고, 분리 배출된 폐플라스틱의 재활용비율을 현재 54%에서 2025년까지 70%로 상향시킬 계획이며, 중장기적으로는 석유계 플라스틱을 줄여서 플라스틱으로 인한 온실가스 배출량을 2030년까지 30% 줄이고, 2050년까지는 산업계와 협력하여 석유계 플라스틱을 점차 100% 바이오 플라스틱으로 전환하여 탈 플라스틱 사회를 이루려는 것이 이번 대책의 목표다.
친환경 플라스틱은 이제 버려져 분해되는 것뿐만 아니라 탄소 절감을 통해 지구환경을 보호하는 환경친화적인 플라스틱으로의 개념이 본격화되었다.
즉, 바이오 플라스틱은 ‘생분해 플라스틱’과 ‘바이오(매스) 플라스틱’ 2가지로 분류할 수 있으며, 기존의 생분해서 플라스틱 이외에 최근에는 사탕수수 등의 식물 추출 원료를 사용하고, 제품 제조의 모든 과정 (제조 전 단계부터 제조단계, 수송단계, 사용단계, 폐기단계)에 걸쳐 탄소 배출량 절감 효과가 큰 바이오 기반 플라스틱이주목을 받고 있다는 것이다. 전 세계적으로 탄소배출 제한 및 감소를 의무화하는 만큼, 국내에서도 온실가스를 줄이는 바이오 기반 플라스틱을 적극적으로 활용하는 추세인 것이다.
바이오 기반 플라스틱은 천연물-단량체 중합형과 천연물-고분자 결합형으로 나뉜다. 이중 분체 바이오와 관련 있는 바이오 기반 플라스틱은 결합형 바이오 기반 플라스틱으로, 일반 합성수지에 바이오매스 및 생분해 촉진제를 첨가해 만든 플라스틱으로, 생분해 속도를 조절할 수 있고, 생산성, 강도 등 물성 보완이 필요한 분야에 적용된다.
네고팩의 결합형 바이오 기반 플라스틱 ‘분체 바이오’ 등장
1999년도에 인간과 환경을 생각하고 리사이클이 가능한 연진 IPP Film을 개발하여 환경호르몬, 다이옥신, 발암 물질이 없는 환경친화적인 제품 생산을 목적으로 설립된 네고팩은 오랜 기간 연구개발을 통해 다층 압출성형기 설계 및 제작, 원료 설계 및 분석, 제품 생산 기술을 기본적으로 갖고 있으며, 초미세 분체기 설계 및 제작, 항균제(ZnO) 마이크로 나노 설계 및 제조, 자동 실링기 설계 및 제작 등의 기술개발을 바탕으로 바이오매스와 일반 플라스틱을 결합함으로써 탄소 절감을 실현하는 바이오 기반 플라스틱을 개발, 생산하고 있다.
지난해 네고팩은 중합형 바이오 기반 플라스틱을 개발, 환경산업기술원으로부터 ‘지구 환경오염 감소’ 및 ‘유해물질 감소’ 효과에 대한 EL727 인증기준을 충족시켜 친환경 마크를획득한 데 이어, 이번에는 중합이 아니라 바이오매스를 5마이크론 크기로 미세 분쇄해서 플라스틱을 대체함으로써 탄소절감을 실현, 친환경 인증마크를 획득하고자 한다.
네고팩이 최근 개발에 성공한 것이 바로 ‘결합형 바이오 기반 플라스틱’으로, 이는 중합 바이오와 달리 바이오 분말 (20~25% 이상 함량)을 일반 플라스틱과 결합해서 사용하기 때문에 ‘분체 바이오’라고 이름을 붙였다.
즉, 바이오 분말과 일반 플라스틱을 결합한 ‘분체 바이오 플라스틱’은 화석원료인 플라스틱 사용을 줄일 수 있기에 탄소 절감으로 친환경적이며, 또 바이오 분말과 플라스틱 결합에 수 촉매제를 첨가함으로써 100% 분해도 가능하다.
그동안 바이오매스로 밀피, 옥피, 왕겨 등 곡물 껍데기를 주로 사용했었는데, 네고팩은 옥수숫대를 말려서 5마이크론 크기로 곱게 분쇄, 일반 플라스틱 원료와 결합해서 분체 바이오 플라스틱을 탄생시켰다. 옥수숫대에는 셀룰로스(cellulose)가 성분이 많아 동물의 먹이로도 적합하지 않고, 열량이 적어서 땔감으로도 사용할 수가 없다. 여기서 중요한 기술이 바로 10마이크론 이하로 옥수숫대를 분쇄하는 기술이다.
네고팩의 이보영 대표는 “기존의 분쇄기를 사용했을 때 40마이크론 크기로 분쇄된 분말을 써보고 실패를 한 후에 결국, 분쇄기 자체를 개발해서 10마이크론 이하로 분쇄에 성공했고, 더 나아가 여러 번의 시행착오를 거치면서 분체 바이오 플라스틱에 가장 적합한 크기가 5마이크론이라는 결과를 도출해낼 수 있었다”라며, “이미 10여 년 전부터 바이오패키징협회에서 통합법인 ㈜비엠씨를 설립해서 상용화 연구를 꾸준하게 해온 결과, 컴파운딩과 제품 제조에 노하우를 쌓아 온 덕분에 분체 바이오가 탄생할 수 있었던 것”이라고 전한다.
바이오 분말(20~25% 함량)과 플라스틱을 결합한 분체 바이오 플라스틱은 바이오 분말이 들어간 만큼 화석원료인 석유계 플라스틱의 사용을 줄일 수 있기에 탄소 절감으로 친환경적이며, 더불어 바이오 분말과 플라스틱 결합에 수 촉매제를 첨가하면 일반 플라스틱도 분해가 가능해짐으로써 100% 생분해성 플라스틱이 가능해진다.
이보영 대표는 “중합 바이오는 바이오에 효소를 첨가 발효를 이용하는 것으로, 사탕수수를 이용한 브라스켐을 사용하는데, 브라스켐은 외국산이며, 생산량도 적고, 고가이다.
이에 비해 분체 바이오의 경우 바이오 분말과 플라스틱을 컴파운딩을 통해 제품을 생산하는 것으로, 옥수숫대 분쇄량이 시간당 50kg, 1일 1톤 생산이 가능해 상업성이 우수하다. 또한,셀룰로스의 첨가로 인해 기계적 물성 보강, 수축률 조절, 강도를 보강할 수 있는 장점이 있다.
더불어 수 촉매제를 첨가하면 땅속에 매립 시 분해가 된다”라며, “분체 바이오를 이용한 제품은 물성을 보완하는 제품으로의 적용에 유리하며, 분체 바이오 적용으로 CO2 절감, 가격다운, 품질 향상 등의 효과를 볼 수 있다. 또 수 촉매제 개발도 이스라엘과 당사에서만 추진하는 것으로 알고 있다”라고 전했다.
네고팩은 분체 바이오 제조를 위한 ▲ 바이오매스 재료로사용될 옥수숫대의 건조기술 ▲ 바이오매스 초미세(5마이크론 크기) 분체 기술 ▲ 미분쇄된 바이오매스를 결합한 바이오기반 플라스틱 원료 컴파운딩 기술 ▲ 분해성을 위해 첨부하는 나노 수 촉매 기술 등을 개발, 완료하고, 이 제조기술을 통해 탄생한 분체 바이오 원료를 이용한 제품적용 확대에 매진하고 있다.
이와 함께 중합 바이오, 분체 바이오, 일반 플라스틱 등에 수 촉매제를 첨부한 생분해 플라스틱과 함께 수 촉매제 적용으로 분해 기간을 조절할 수 있는 생분해 플라스틱을 개발 중이다.
분체 바이오 플라스틱의 적용시장 확대
네고팩은 분체 바이오를 이용한 플라스틱 물성 개선(유연성, 투명성, 내구성 등)에 집중해 압출, 사출 등 여러 성형가공 기술에 접목, 적용 제품의 범위 확대에 적극적으로 나서고 있다.
분체 바이오 플라스틱의 경우, 기존 일반 플라스틱 비슷한가격대를 유지하고 있으며, 투명성이 요구되지 않는 제품에사용하면 물성이 좋아지는 장점이 있다. 이에 네고팩에서는 현재, 친환경 포장 필름을 비롯하여 친환경 아이스팩 봉투, 일회용 배달 용기 및 이지필 필름에 분체 바이오 플라스틱을 적용할 계획이다.
또한, 시판용 과일, 채소 포장 필름이 아니라 장시간 보관 및 장거리 운반 등 물류 산업에서 사용할 수 있는 신선도 유지 필름, 즉, 분체 바이오 필름을 적용, 20일 이상 6개월까지도 보관이 가능한 신선도 유지 필름을 개발하고 있다.
이는 분체 바이오에 들어가는 바이오 분말이 썩기 때문에 모든 분체 바이오 플라스틱 적용 제품에는 나노 항균제가 첨가되기 때문에 가능하다. 시판용이 아니고 수출, 수입 제품이나 계절상품 등의 이동과 보관에 적용하는 필름이기에 굳이 투명할 필요도 없어 분체 바이오 플라스틱의 사용에 적합하다.
더불어 사출성형 분야에서는 생활가전제품 케이스에 많이 사용되는 ABS 수지를 분체 바이오 플라스틱으로 대체할 수 있다. TV 모니터 커버를 예를 든다면, 경도, 수축률 때문에 ABS를 PP로 대체할 수 없었으나, 이제 분체 바이오와 PP 수지를 결합하면 수축률과 강도 등 기계적 물성 문제를 해결할 수 있다. 성형 후 도장을 하는 후공정 부분은 같고, 원료 가격도 저렴하고, 리사이클이 되며, 소각 시 공해 물질이 나오지 않고, 탄소 절감으로 수출 장벽을 허물 수 있다.
이와 함께 향후 기술개발을 통해 분체 바이오의 첨부 함량을 늘리면 늘릴수록 석유계 플라스틱 원료의 사용량이 줄어 들 수 있을 것이며, 생분해보다는 재사용, 재활용하고 마지막에는 RDF(Refuse Derived Fuel)로 만들어 소각, 열에너지 회수와 CO2 포집으로 재활용할 수 있다. 분체 바이오에 사용되는 바이오 분말은 옥수숫대를 활용한 것으로, 옥수숫대 자체의 열량 적어서 소각 시 보일러에 부담이 줄일 수 있다.
추후 분체 바이오 플라스틱 시장이 형성되면 원료 수급에문제가 발생할 수 있다. 이에 네고팩은 광양시에 2만 평 공장부지를 마련, 향후 플라스틱에 바이오매스, 항균제만 첨가된 ‘분체 바이오 플라스틱’과 플라스틱에 바이오매스, 항균제, 그리고 수 촉매제까지 첨가된 ‘분해성 분체 바이오 플라스틱’을 생산, 각 사용업체에 펠릿 형태로 공급할 계획이며, 해외시장 공략을위해서는 수요 국가에 합작공장을 설립해나갈 계획이다.
분체 바이오의 미래
네고팩은 바이오 기반 플라스틱의 결합형 바이오 플라스틱의 일종인 ‘분체 바이오’에 대해서 EL 727 친환경 인증마크를 획득하기 위해 준비를 하고 있다.
이미 지난해에 중합형 바이오매스 플라스틱 제품으로 EL 727 인증마크를 획득했기에, 바이오매스를 중합으로 넣는 거나, 분쇄해서 미세분말로 넣는 분체 바이오나 다를 것이 없기에 환경오염 감소, 유해물질 감소로 인증을 받을 수 있을 것으로 기대하고 있다. 더불어 미국 농무부 인증마크도 신청할 방침이다.
이보영 대표는 “정부에서 우리의 분체 바이오 플라스틱에 친환경 인증을 내줄 수 있는 데에는 분체 바이오의 기본메커니즘이 필요하다. 이에 분체 바이오 연구개발에 도움을 많이주셨던 기관과 학교의 박사님들 연구논문발표를 통해 정부가 인증기준을 마련할 수 있도록 적극적으로 지원해나갈 계획”이라고 밝혔다.
1회용 제품을 가급적 사용하지 않는 것이 가장 먼저 실천되어야 하며, 다음으로는 사용 후 버려지는 것이 아니라 수거 하는 것이다. 수거가 힘든 1회용 플라스틱의 경우 분해성 플라스틱을 사용하고, 수거된 플라스틱은 재활용하는 것이 가장 합리적인 친환경적인 플라스틱 사용법일 것이다.
이에 네고팩이 추구하는 바이오 기반 플라스틱 분체 바이오 플라스틱이 환경을 위한 3R 운동, 즉 쓰레기를 줄이자는절약(Reduce), 버려지는 물건은 다시 사용하자는 재사용(Reuse), 재활용 제품을 적극적으로 사용하자는 재활용(Recycle)을 추구하기에 가장 적합한 제품으로, 먼저 제조단계에서부터 탄소 저감으로 시작해서 재사용, 재활용 이후 최종적으로 소각을 통해 열에너지 및 CO2 포집, 재활용까지 가능하며, 버려지는 1회용 플라스틱에는 수 촉매제를 첨가함으로써 100% 생분해를 유도하는 가장 적합한 환경보존 대책이라 할 수 있다.
네고팩 이보영 대표는 “지금의 생산자책임 재활용제도(EPR)나 폐기물 부담금제도는 친환경을 위한 완벽한 폐플라스틱 처리시스템으로는 부족하다.
더 많은 지원자금 마련 대책을 세우고, 수거량이 아닌, 수거 후 재활용 판매 부분에 대해서 지원을 해주는 정책으로 변경하고, 이를 각 지자체에서 관리해나간다면, 아마도 버려진 플라스틱을 구경하기 힘든 제대로 폐플라스틱을 자원으로 인식하는 사회가 될 것”이라며, “썩지 않고 몇 번이고 재활용할 수 있다는 플라스틱의 장점을 살려 재활용을 높이고, 또 부득이한 경우에는 생분해, 탄소 절감을 통해 친환경 플라스틱을 사용하도록 해야 한다” 라고 강조한다.
향후 정부의 세부적인 정책 지원이 뒷받침된다면, 친환경 바이오 플라스틱의 상용화와 경제성 확보에 많은 도움이 될 것으로 기대한다.
