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화이트 바이오 시장 현황과 정책과제

작성자 : 취재부 2026-01-06 | 조회 : 32

연구책임자: 산업연구원 신성장동력연구실 구진경 선임연구위원

참여연구진: 산업연구원 신성장동력연구실 최은희 전문연구원

산업연구원 산업정책기획실 조재한 선임연구위원

한국고분자소재연구조합 문상권 부장

기후변화 대응, 환경의 지속 가능성 제고를 위한 일회용 플라스틱 제품에 대한 환경 규제는 더욱 강화되고 있는 상황으로, EU의 플라스틱 규제는 더욱 강화되고 있으며, 이는 세계 주요국의 플라스틱 관련 규제에 영향을 미치고 있다. 반면, 기후변화에 대응한 글로벌 환경 규제 강화에도 불구하고 국내 화학산업의 탄소 배출 비중은 여전히 높은 편이다.

이에 글로벌 규제에 대응하고 환경의 지속 가능성 제고를 위해 화이트 바이오 플라스틱 산업이 대안으로 부상하고 있으며, 향후 바이오 플라스틱 시장의 높은 성장성과 글로벌 경쟁에 대응하기 위해 선제적인 화이트 바이오 산업의 육성 방안 마련이 필요하다.

본 연구는 탄소중립 실현, 신성장동력 창출, 글로벌 경쟁 대응 등을 위해 국내 화이트 바이오 산업 육성을 위한 정책과제를 제안하기 위한 과제로, 특히 석유 기반 화학산업을 바이오 기반으로 전환하기 위해 화이트 바이오 산업 중 바이오 플라스틱을 중심으로 육성 전략을 제안하고자 한다. 이를 위해 기술 및 시장 현황, 주요 기업 사례 등을 분석하여 과학적·산업적 근거에 기반한 산업 육성 정책과제를 도출하고자 한다.

1. 화이트 바이오의 개념 및 공정 체계

(1) 화이트 바이오의 개념

화이트 바이오는 “재생 가능한 원료를 활용하여 산업적 목적의 최종 및 중간 제품을 생산하는 과정에 생명공학을 이용 및 응용하는 분야로 정의”1) 한다. 화이트 바이오 제품은 바이오매스를 원료로 미생물 발효 또는 효소·촉매 전환 공정을 통해 생산되는 화학제품을 의미하며, 바이오 연료, 바이오 화학물질(중간체), 발효로 직접 생산 또는 발효로 얻어진 원료를 중합하여 제조한 바이오 플라스틱2)을 아우르는 개념이다.

1) McCreath S. B. and R. Delgoda(2017), Pharmacognosy: Fundamentals, Applications and Strategies; 박지현·홍미영(2022), “기술동향-바이오 플라스틱”, 「KISTEP 브리프」, 28, 한국과학기술기획평가원, p. 3.

2) 비분해 플라스틱에 바이오매스를 단순히 첨가하여 제조한 바이오 플라스틱은 제외함.

바이오 플라스틱은 바이오 기반 플라스틱(bio based plastic)이라고 지칭되며, 플라스틱 제조에 사용되는 원재료에 초점을 맞춘 개념이며, 분해되는 생분해성 플라스틱과 분해되지 않는 비분해 플라스틱으로 구분된다. 생분해성 플라스틱은 이산화탄소와 물, 미생물 세포, 무기염류, 그리고 무산소 조건에서는 메탄으로 전환·분해되도록 설계된 플라스틱을 의미한다. 한편, 퇴비화 플라스틱은 분해성 여부에 초점을 맞춘 생분해성 플라스틱의 하위 개념이다. 비분해(non-biodegradable) 플라스틱은 난분해(hard-to-degrade) 플라스틱이라고도 하며, 미생물에 의해 분해되지 않는 플라스틱을 말한다.

바이오 플라스틱은 주로 의료, 포장, 농업 분야에서 사용되며, 바이오 플라스틱이 가진 장점을 기반으로 한 성장이 기대된다.

(2) 화이트 바이오 제품의 생산공정 및 공정 방식

바이오 플라스틱은 생산공정(Production Process)에 따라 다음 세 가지로 분류할 수 있다. 첫째, 바이오 연료인 바이오 에탄올 등과 바이오 나프타를 화학적으로 가공하여 석유계와 동일한 제품을 생산, 둘째, 바이오매스를 발효 또는 효소·촉매 전환 등을 통해 얻은 바이오 중간체를 중합하여 플라스틱을 생산, 셋째, 발효를 통해 직접 고분자 플라스틱을 생산.

또한 공정 방식(Production Process Method)에 따라 Drop-in, Smart Drop-in, Novel Polymer로 구분할 수 있다. Drop-in 바이오 화학제품은 기존 석유 기반 화학제품과 분자 구조, 물성, 용도 및 제조공정이 완전히 동일한 바이오 기반 대체물을 의미하며, Smart Drop-in 제품은 Drop-in 제품 중에서도 공정 효율화, 수율 향상, 온실가스 감축 등에서 기술적 진전을 이룬 고도화된 바이오 화학 제품군을 지칭한다. Novel Polymer는 화석 원료(석유계 물질)로는 만들 수 없는 새로운 구조와 기능을 지닌 바이오 기반 폴리머를 의미하는 것으로 기존 석유계 제품으로 대체 불가능한 전략적 가치를 지닌다.

(3) 화이트 바이오 공정 체계: 바이오 리파이너리(Bio refinery)

바이오 리파이너리(Bio refinery)는 석유 정제(Oil refinery)에 대응하는 개념으로 석유계 원료를 바이오매스로 대체하여 활용, 발효·전환·정제 등의 공정을 통한 제품 생산이라는 공통 내용에 기반하여 정의된다.

바이오 리파이너리의 주요 공정 기술은 전처리-당화·발효-정제다. 전처리는 목질계 바이오매스의 경우 전처리가 핵심 공정 기술 중의 하나로, 효율적으로 당화에 활용하기 위한 공정이며, 당화·발효는 전처리된 바이오매스에서 셀룰로스를 당화(Glucose hydrolysis)하기 위해서 셀룰라아제(Cellulase) 등 효소 공학 기반 기술을 활용하는 공정이다. 정제 공정은 전환 공정을 통해 생성된 바이오 화학물질을 고순도로 분리·회수하여 최종 제품화하는 핵심 단계다.

바이오 리파이너리는 기술·경제적 한계와 제약 요인을 가지고 있다. 즉, 공정상 발생하는 수율 손실, 부산물(리그닌) 활용성 저하, 공정 병목현상, 높은 에너지 비용 등의 기술적 한계와 높은 운영 비용과 초기 투자 비용, 변동성 큰 원료 원가 및 공급, 유가 영향에 따른 가격경쟁력 하락 등의 경제적 한계, 그리고 바이오매스 공급망 인프라 확보 제약, 바이오매스 조달과 토지·식량 안보의 충돌 및 바이오 기반 제품의 환경성 검증 필요 등의 제약 요인이 있다.

2. 화이트 바이오 시장 현황 및 기업 사례 분석

(1) 화이트 바이오 시장 현황 및 전망: 바이오 플라스틱을 중심으로

바이오 플라스틱 시장은 지속 가능성과 탄소중립에 대한 요구가 증가함에 따라 수요가 급증하고 있다. 글로벌 바이오 플라스틱 시장은 연평균 21.7% 성장하여 2025년 279억 690만 달러 규모에 이를 것으로 전망3)된다. 바이오 플라스틱 종류별 시장 성장률을 살펴보면, 2020~2025년 기간 동안 생분해성 플라스틱은 연평균 19.0%, 바이오매스 플라스틱은 연평균 23.8% 성장할 것으로 전망4)된다.

바이오 플라스틱 적용 분야로는 ‘포장 및 용기’ 분야가 전체 시장에서 가장 큰 비중을 차지한다. ‘포장 및 용기’ 분야는 연평균 23% 성장하여 2025년에는 179억 3,000만 달러 규모로 전체 시장의 64.3%를 차지할 것으로 전망5)된다.

3) 서울시 녹색산업지원센터(2023), 「2023 녹색산업 인사이트-바이오 플라스틱-」 (원자료: Markets and markets(2020); 신종원(2021)).

4) 정미주·김나래·엄이슬(2022), “레드·그린·화이트 바이오 시장의 부상과 기업의 대응 동향”, 「Business Focus」, 삼정KPMG 경제연구원(원자료: Markets and markets(2020); 신종원(2021)).

5) 서울시 녹색산업지원센터(2023), 「2023 녹색산업 인사이트-바이오 플라스틱-」 (원자료: Markets and markets(2020); 신종원(2021)).

2023년 기준 글로벌 바이오 플라스틱 생산능력은 201만 9,000톤으로, 이는 전 세계 플라스틱 생산량(약 4억 1,400만 톤) 대비 0.5% 수준이다. 바이오 플라스틱 중에서도 생분해성 제품군의 비중은 2023년 기준, 전체 생산능력의 50% 수준에서 2029년 66% 수준까지 확대될 것으로 예상된다.

바이오 플라스틱 산업은 바이오매스 원료 산지-바이오 플라스틱 생산지-바이오 플라스틱 제품 소비지 간 분리된 글로벌 가치사슬 구조를 보인다. 바이오매스 원료 중 대표적인 사탕수수의 세계 최대 생산국은 브라질이고, 바이오 플라스틱 생산의 대부분은 아시아 지역이며, 유럽과 미국은 바이오 플라스틱의 주요 소비시장으로 기능하고 있다.

국내 바이오 플라스틱 시장은 2025년 기준 약 2억 9,400만 달러 규모의 시장을 형성하여 글로벌 시장의 약 1%를 차지할 것으로 전망6)된다. 2020년부터 2025년까지 국내 바이오 플라스틱 시장은 연평균 13.5% 성장률을 보일 것으로 예상되며, 국내 생분해 플라스틱 수요는 2025년 기준 약 8만 6,000톤 규모로 예측되고, 2029년에는 약 23만 4,000톤에 이를 것으로 전망된다.

국내 바이오 플라스틱 적용 분야별 시장 규모를 살펴보면, 글로벌 시장과 마찬가지로 ‘포장 및 용기’ 분야의 성장률이 가장 높다.

6) 서울시 녹색산업지원센터(2023), 「2023 녹색산업 인사이트-바이오 플라스틱-」 (원자료: Markets and markets(2020); 신종원(2021)).

(2) Genomatica 사례 분석을 통한 산업 육성 방향

Genomatica 사는 바이오매스 등 재생 가능한 원료로 화학물질을 생산하는 생명공학 기업으로, 미생물 대사 공학을 통해 석유 기반 화학제품을 대체할 수 있는 바이오 화학제품 공정 기술을 개발했다.

Genomatica 사의 사업 모델은 파트너 기업들과의 기술 라이선싱과 합작투자(JV)에 기반한 자산 경량화 전략(asset-light strategy)7)이며, Genomatica는 미생물 균주 개발, 공정 설계, 파일럿 실증까지의 기술을 자체 확보하고, 상업화 단계에 이르러서는 전 세계 유수의 파트너사와 함께 플랜트를 구축하는 형태로 역할 분담을 해서, 상대적으로 적은 자본으로 빠르게 다수의 제품을 개발했다.

7) 핵심 기술(IP)은 유지한 채로 생산설비는 파트너사와 합작투자 또는 매각을 통해 활용하는 방식으로, 연구개발 등 고부가가치 소재 개발 역량에 집중하기 위한 전략임.

Genomatica의 경쟁력은 최고 수준의 미생물 대사 공학 기술에 기반하며, 폭넓은 포트폴리오를 통해 핵심 기술을 보호하고 다수의 벤처 투자와 전략적 투자를 유치하며 사업을 확장했다. 또한 Genomatica는 통합 바이오 리파이너리 개념을 지향하여, 당류 외에도 합성가스나 리그닌을 활용하는 연구를 통해 경쟁력 있는 원료 확보를 위한 노력을 지속하고 있다.

4. 정책 제언

(1) 화이트 바이오산업 육성 전략 및 정책 제언