기술과 솔루션
생분해성 플라스틱의 연구개발 현황 및 시장 동향
작성자 : 편집부
2021-03-08 |
조회 : 12921
우리 일상생활의 편리성을 기하급수적으로 발달시킨 플라스틱이라 불리는 고분자 재료는 지속적인 연구로 인해 유리, 금속, 목재, 종이 등과 같은 기존의 재료를 대체하여 다양한 용도로 사용되고 있다. 고분자 재료는 현대인의 일상생활과 산업발달에 큰 영향을 끼쳐 왔으나, 시간이 흐름에 따라 잘 썩지 않는다는 특징으로 인해 처분하려 할 때 자연적으로 완전히 분해되기 위해서는 수백 년의 시간이 걸린다는 단점을 가지고 있다. 1
전 세계적으로 플라스틱 폐기물에 대한 관리 문제가 이슈로 떠오르는 가운데, 매립과 소각 등의 처리 방식이 존재하나 이들은 썩지 않고 유해가스가 발생하여 또 다른 오염을 초래한다. 특히 환경문제와 포장재 산업은 가장 밀접한 주제로 관련이 있다. 포장재의 비율이 폐기물 중 가장 크며, 포장재 자체에서 발생하는 자원 낭비 또한 환경에 미치는 영향이 크기 때문이다. 2
이러한 한계를 극복하고자 빨리 자연적으로 분해되는 능력을 가지는 생분해성 플라스틱은 환경부하가 없을 뿐만 아니라 환경오염 해결방안의 하나로 주목받고 있는 분해성 플라스틱이다. 생분해성 플라스틱의 주요 메커니즘은 열화(Deterioration) → 생물 절단(Biofragmenation) → 동화작용(Assimilation) → 광화작용(Mineralization)으로, 미생물이 분비하는 효소로 인해 플라스틱 물질이 붕괴되어 저분자화 된 후, 미생물이 저분자를 흡수하고 대사 작용을 하여 최종적으로 자연으로 돌아가게 된다. 3
국제적 기준에 따르면, 플라스틱의 생분해도는 최종분해까지 도달하였을 때 생분해로 인정하고 있으며, 일정 기간동안에 특히 이산화탄소의 발생량을 측정하여 생분해도를 평가하는 표준시험방법도 규정되어 있다.
생분해성 플라스틱은 필름(쇼핑백, 일회용품), 사출성형(의료·위생·스포츠·사무용품, 화장품 용기), 시트 및 진공성형(상품내외부 포장재, 발포 시트) 등 여러 분야에 사용될 수 있으며 포장재, 자동차, 전자제품산업에서도 많은 영향을 끼친다. 생분해성 플라스틱 시장규모가 성장함에 따라 환경 영향을 최소화하기 위해, 생분해성 바이오 플라스틱의 순환기술로 재활용, 퇴비화, 혐기성 소화기술 등이 개발 중이다. 4
따라서 생분해성 고분자는 현재까지도 주목하는 재료이며 끊임없는 개발과 지속적인 연구를 통하여 다양한 방면에서 응용될 수 있도록 노력이 필요하다.
Ⅱ. 본론
1. 기술 동향
1.1 천연 고분자계(Naturally Occurring Polymers)
식물에서 유래한 천연 고분자(셀룰로스, 헤미셀룰로스, 펙틴, 리그닌, 녹말)와 동물에서 유래한 생분해성 고분자(키틴)를 기반으로 만들어진 생분해성 고분자를 천연 고분자계라고 칭한다.
천연 고분자계를 이용한 소재는 원료의 비용이 합리적이며, 생산성 또한 무한하여 원료고갈의 염려가 없다. 수분에 취약하고 점성이 낮아 기계적 물성의 문제점이 있으나 일정 수준 이상의 기계적 물성을 가지는 신소재들이 개발되고 있다. E. Khashoggi Industries(EKI)에서는 감자전분과 석회로 수지제조 기술을 개발하였다. 이는 전분을 끓인 후 석회-나무 섬유소를 혼합하여 제조하였다. 5
수분함량이 20% 이내에서 결합력이 유지될 수 있게 하였으며, 토양에서의 분해속도도 매우 빠르고 가격도 합리적이다.
1.2 미생물 합성계(Microbially Synthesized Biodegradable Polymers)
미생물이 양분의 저장형태 및 배설물의 형태로 생산한 고분자를 미생물 합성계라 부른다. 이는 뛰어난 생분해성과는 달리 고가의 가격과 생산량 및 속도에 제약이 많으며 분자량 또한 범용수지로 사용하기에는 부족하다. 대표적인 예인 폴리하이드록시부티레이트(PHB)는 가공 물성을 향상시키기 위해 폴리카프로락톤(PCL)과 혼합하거나 폴리하이드록시밸러레이트(PHV)와 공중합체를 형성하는 방법을 이용한다. 6
일본의 이화학연구소에서는 Pediococcus pentosaseus를 이용하여 5탄당을 유기산으로 전환시킨 후 전환된 유기산을 다른 미생물(Alcaligenes eutrophus)과 고분자생산을 하는 공정을 도입하여 제조원가를 낮추었다.
또한, Alcaligenes eutrophus의 합성요소 유전자를 재조합한 대장균을 이용하여 분자량이 최고 3500만에 이르는 입체 규칙성 폴리머를 생성하는 기술을 보유하고 있다.
1.3 화학 합성계(Chemically Synthesized Biodegradable Polymers)
비 분해성인 방향족 폴리에스테르의 벤젠고리를 탄화수소로 대체하여 지방족 폴리에스테르화 시킨 물질인 생분해성 화학 합성계는 기존 범용 플라스틱의 대체물질로 떠오르고 있다. 자연환경에서 생분해가 완전히 일어나고 가공성 또한 뛰어나나 생산원가가 높아 실용화에 어려움을 겪고 있다. 7
자연환경에서 생분해가 완전히 일어나고 가공성 또한 뛰어나 대표적인 예인 폴리락산(PLA)은 투명하고 강도가 높으며 재사용에도 유리하다. 또한, Tm = 170℃, Tg = 59℃를 가지는 열가소성 수지로 압출 및 사출 등 다양하게 가공할 수 있다. 사용 초기에는 수술용 봉합사로 많이 쓰였으며, 최근에는 DDS, 혈관이식 재료 등으로 사용하고 있다.
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PCL은 ε-카프로락톤의 중합에 의해 합성되는 지방족 폴리에스테르이다. Tm = 62℃의 저융점을 가지고 있으나 200℃ 이상에서 안정하여 가공에 용이하며 폴리에스터, 폴리아미드, 폴리우레탄과 같은 다른 고분자와의 혼용성이 뛰어나 광범위한 용도를 개발할 수 있다. PCL은 PLA보다 느린 생분해 속도를 가지고 있으며, 인공 피부에 적용할 수 있다. 9
폴리부틸렌숙시네이트(PBS)는 숙신산과 1,4-부탄디올(BDO)의 다중 축합반응에 의해 생성된 생분해성 지방족 폴리에스테르이며, 열가소성 공중합체 수지이다. 용융온도가 100℃를 초과하여 내열성이 필요한 분야에 적용이 가능하고, 가공온도는 200℃ 정도까지 사용 가능하다.
특히 PBS는 유연성, 천연 섬유 호환성, 내열성, 생분해성에서 PBAT 및 PLA보다 장점을 가지며 이들과 블랜딩하여 가공성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 압출, 사출, 열성형, 섬유, 필름 등에 적합한 다양한 용융지수를 가진다. 10
폴리부틸렌아디페이트테레프탈레이트(PBAT)는 화석연료 기반의 생분해성 플라스틱이다.
PBAT는 인장 및 인열 강도가 우수하고 내구성과 가공성도 뛰어나며 시간에 따라 적절하게 생분해도가 이루어진다. 현재 응용은 필름, PLA 개질제, 쇼핑백, 쓰레기 종량제 봉투, 명함, 일회용 제품 등에서 이루어지고 있다. 11
1.4 천연물 블렌드계(Naturally Blending System)
전분 같은 천연물과 올레핀 등의 기존 수지를 혼련하여 만든 천연물 블렌드계는 간단한 공정과 합리적인 원가로 선호도가 높다. 분해성을 강조하기 위해 전분 함량을 증가시키면 결국 기계 물성을 감소시키기 때문에 이 균형을 조절하는 것이 중요하다. 12
이를 개선시키기 위해 Environmental Tech.의 자회사인 Clean Green Polymer에 따르면, 전분 함량을 80%까지 높여도 기계 물성의 저하를 막을 수 있다고 한다. 즉 뛰어난 인장강도와 충격강도를 가지면서 파운드당 1달러의 저렴한 가격과 높은 생분해성을 갖춘 소재의 생산이 가능하다고 발표하였다.
1.5 산화 생분해성 플라스틱(Oxo-biodegradable Plastic)
기존 플라스틱에 바이오매스, 산화 생분해제, 상용화제, 생분해 촉진제를 첨가한 산화 생분해성 플라스틱은 열과 빛, 미생물, 효소, 화학반응의 복합적인 작용에 의해 분해가 촉진된다. 완전분해 기간이 1~5년 정도인 신개념 생분해성 플라스틱이다. 고가인 기존 생분해 플라스틱은 제품의 응용성 및 생산성 저하, 광분해 제품의 최종 생분해가 어려운 점이 있다. 13
산화 생분해성 플라스틱은 기존의 생산설비를 그대로 사용하여 장치비 부담이 적으며 기존 플라스틱과 유사한 물성과 저렴한 비용 등으로 최근 전 세계적으로 기술개발 및 제품화가 활발하게 진행되고 있다.
(주)바이오소재의 산화 생분해 플라스틱 원료 첨가제(Oxo-biodegradable Additive)인 TGR®은 자연계에서 물과 이산화탄소로 완전분해된다. 사출성형, 진공성형, 압·진공성형, 필름 압출 등 제품 응용범위가 넓으며 내열성도 우수하다. 특히 내열성이 120도 이상으로 수출 시 적도 통과 시점에 제품의 열변형 문제 발생이 없다.
사막 기후인 중동에서는 수분이 부족하여 미생물 분해가 어렵고 아열대인 동남아 지역은 생분해가 너무 빨라 유통 중 조기 생분해가 우려된다. 이 두 지역을 중심으로 산업화가 많이 되고 유럽, 미국 등으로 산업화가 빠르게 확산되고 있다. 14
1.6 바이오 베이스 플라스틱(Bio-based Plastic)
생분해성 플라스틱의 단점을 보완한 바이오 베이스 플라스틱은 생분해 수지와 산화 분해제 등을 첨가하여 만들었다. 즉 식물체 유래 물질, 생분해 물질, 석유화학 유래 물질 등을 이용하여 제조되며 중합형 및 결합형이 있다.
유통기한이 길며 물성 보완이 필요한 분야에 적용되어 바이오 PET, Bio-PE, Bio-PP 등이 산업화되어 있다. 이는 자연에서 2~5년의 분해 시간이 소요되며 생분해성 플라스틱보다 생산성이 우수하고 가격이 저렴할 뿐만 아니라 재활용할 수 있어 일반 플라스틱과 함께 분리배출 할 수 있다. 최근 바이오 베이스 플라스틱은 바이오 베이스 페트병, 식품 용기, 전자제품, 건축 토목 자재 분야, 화분 등 농·원예용 자재, 문구 파일 분야 등 적용 분야가 다양해지고 있다. 15, 16
2. 국내 동향
2.1 국내 생분해성 바이오 플라스틱 시장현황
국내 바이오 플라스틱 시장은 약 4만 톤 규모로 국내 플라스틱 시장의 0.5%를 차지하며, 글로벌 바이오 플라스틱 시장의 1~2% 내외를 점유하고 있다. 기존의 석유화학 회사(SK, GS칼텍스, LG화학 등)와 발효 전문회사(CJ제일제당, 대상 등)를 중심으로 발효를 통한 바이오 화학 제품 연구개발을 진행 중이거나 일부 기업은 제품을 생산하고 있다. 17
국내 생분해성 바이오 플라스틱 산업은 PLA/PBS/PBAT 등 생분해성 원료 소재를 수입·가공하여 플라스틱 제품을 생산하는 중소·중견기업을 중심으로 바이오 플라스틱 전·후방 산업생태계가 구축되어 있으며, 생분해성 원료 소재는 대기업을 중심으로 아직 연구단계에 머물러 있는 상황이다.
2019년 한국화학연구원 바이오화학연구센터에서는 상전이 촉매를 이용하여 아이소소바이드의 반응성을 극대화시켜 고강도·고내열성의 슈퍼 바이오 플라스틱 개발에 성공하였다.
이는 기존 석유 플라스틱을 대체할 수 있고, 식물성 원료로 만들어졌기 때문에 환경 호르몬에도 영향을 끼치지 않는다. 또한, 열가소성 수지로써 열에 녹여 재활용이 가능하여 폐플라스틱 처리도 가능할 것으로 보인다. 한국화학연구원과 ㈜일광폴리머는 친환경 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 제조기술을 기반으로 공동연구를 수행하여 기술 상용화를 추진할 계획이다.
㈜CJ의 경우, 옥수수 전분당을 제조하고 바이오매스 전처리 관련 연구를 수행하며 상업화를 계획하고 있다. 또한, 미국 메타볼릭스(Metabolix)의 PHA 관련 자산 인수를 통해 미국 보스턴에 위치한 연구시설과 고급 연구인력 및 네트워크를 확보하고 상용화 연구를 진행하고 있다. CJ는 롯데케미칼과 공동으로 PLA 제조를 위한 정제 기술개발에 성공하였다. 그러나 유가 급락으로 화학 제품의 원가경쟁력이 상대적으로 높아져 원가경쟁력을 갖추기 위한 기술개발에 노력하고 있다.
대상그룹은 전분계 생분해성 바이오 플라스틱 연구개발을 진행하고 있으며, 지주회사인 대상홀딩스(주)는 국내 식품 업계 최초로 인도네시아에서 팜 오일공장을 준공하고 본격적인 생산에 돌입하고 있다. SKC는 PLA를 세계최초로 필름 상용화에 성공하였으나 시장성 성장의 둔화로 인해 소량으로 판매 중이며 재활용이 가능한 페트병 포장재 에코라벨을 생산 중이다.
이 외에도, 롯데케미칼은 옥수수와 사탕수수로 만든 바이오 페트 생산에 성공하였고 폴리부틸렌 카보네이트-코-테레프탈레이트(PBCT)의 기술이전 후 파일럿 규모 생산 연구개발을 진행하고 있으며, 에스엔폴은 PBS, PBAT를 2천 톤/연 규모로 생산 중이나 경제성 문제로 베트남 기업에 매각되었다.
현대자동차는 SK케미칼(주)와 공동으로 ‘자동차 내장부품용 내크랙성이 향상된 바이오매스를 포함한 PC/ABS 복합재 제조기술’을 개발해 신기술로 인정받는 등, 바이오 플라스틱 사업화에 집중하고 있다.
또한 SK케미칼(주)이 개발한 바이오 PETG(브랜드명: 에코젠) 등 친환경성 소재를 기존 내장재와 혼합해 환경 호르몬과 탄소 배출량은 감소시키고 내크랙성을 개선하는 새로운 소재 개발에 성공하였다. 그뿐만 아니라, 기아자동차는 2014년에 최초로 공개된 기아의 전기차 ‘쏘울 E5’는, 친환경 내장재를 대거 적용해 자동차 업계 최초로 미국 UL 사로부터 환경마크(Environmental Claim Validation)을 획득하였다.
내장 트림용 셀룰로스 기반 플라스틱, 표피재용 바이오 열가소성 탄성체, 카펫용 바이오 섬유, 내장재용 바이오 도료, 콘솔용 폴리유산를 함유한 고내열·고충격 플라스틱 등을 최초로 차량에 적용하였다. 18–20
바이오화학산업은 각 바이오 기술에 따라 레드, 그린, 화이트 세 가지 색깔로 구별되는데, 이중 가장 주목하고 있는 것은 화이트 바이오산업이다.
바이오화학산업 중 화이트 바이오 범주에 속하는 바이오 플라스틱의 특징은 생분해성으로 CO2 배출을 저감시키고 현재 기술 수준에서 석유화학제품 대비 CO2 배출량을 10~100까지 줄일 수 있어 저탄소 녹색성장 산업의 핵심 산업으로 발전 가능성이 있다. 화이트 바이오는 식물 자원을 원료로 친환경 화학 제품이나 바이오 연료 등을 제조하는 분야로, 바이오 플라스틱 원료 생산기업에서는 화이트 바이오 사업 진출을 발표하고 있다. 21
국내 기업 중에서는 SK 계열사가 가장 큰 두각을 나타내고 있다. SK케미칼은 생분해성 플라스틱과 식물성 원료로 만든 바이오 유래 플라스틱 개발에 주력하고 있으며, 유전자 조작을 하지 않은 식물에서 추출한 원료를 80~100% 사용한 생분해성 바이오 플라스틱 소재인 ‘에코플랜’의 생산을 검토 중이다.
특히 SK케미칼은 2017년 3D프린터에 적용 가능한 바이오 플라스틱을 출시하였는데, 이 제품은 안정적인 출력은 가능하나 고온 상에서 제품의 안정성을 위해 고민하고 있다. 삼양그룹은 식물 자원에서 추출한 전분을 화학적으로 가공해 만드는 바이오 소재인 ‘이소소르비드’는 플라스틱의 기존 화학 물질을 대체할 수 있으며 이에 대한 공장 증설을 예정 중이다.
현재 국내 바이오화학산업은 레드 바이오에 주력하고 있다. 레드 바이오 기술은 신약개발, 진단 시약 등을 비롯한 줄기세포 및 장기이식 등의 생물 의약 분야를 뜻하는데, 이는 수요가 가장 많고 시장이 넓기 때문에 국내 산업의 90%를 차지하고 있다. 그린 바이오는 농림, 수산, 생물 등 1차 식품에 바이오테크를 접목한 기술로써 콩, 옥수수와 같은 유전자 변형을 통해 고부가 가치 제품을 생산해 내는 기술을 말한다.
이 세가지 기술 중 화이트 바이오 기술은 실생활에서 바로 접할 수 있는 바이오 기술로 이루어져 있는데, 이는 화이트 바이오 기술의 발전으로 바이오 기술이 산업화되면서 차세대 바이오 시장의 핵심으로 떠올랐으며, 전문가들은 이런 발전으로 인해 바이오 제품이 2020년 1,600억 달러의 시장을 형성하고 매년 10~30% 이상 성장할 것으로 예상하고 있다.
2.2 국내 시장 전망
국내 바이오 플라스틱 생산 규모는 2017년 138백만 톤에서 2022년 369백만 톤의 생산 규모를 형성할 것으로 전망된다.
국내 바이오 플라스틱은 1980년대 후반부터 대두된 기존 플라스틱의 대체품으로써, 1990년대 중반 이후 환경 규제가 강화되면서 새롭게 부각되고 있는 신흥 산업 분야이다. 국내 기업들은 식품 포장재, 산업용 포장재, 면도기, 칫솔, 포크, 수저 등의 다양한 일회용 플라스틱 제품에 대한 대체원료를 출시하여 일회용 플라스틱 제품을 급속하게 바이오매스 소재로 대체하고 있어, 추후 바이오 플라스틱의 국내 시장규모는 최소 5조 원 이상이 될 것으로 예상하고 있다.
최근에는 화학 플라스틱과의 가격 격차가 축소되면서 바이오 플라스틱을 활용한 제품응용 분야가 확대되고 있다. PLA 가격은 1995년 첫 시범 생산 당시 석유계 플라스틱 대비 약 7배 수준이나, 현재는 비슷한 수준으로, 생분해성 플라스틱의 생산 규모는 2010년 35만 톤에서 2020년 280만 톤으로 연평균 20% 이상으로 고성장할 것으로 전망되고 있다. 바이오 플라스틱은 앞으로 고유가로 인한 바이오 제품의 생산기술 발전으로 그 시장이 확대될 것으로 예상되며, 이미 일부에서는 석유화학 제품과 경쟁할 수 있는 제품이 나타나고 있다.
정부는 온실가스를 2020년 배출전망치의 30%를 감축하기 위한 목표를 달성하기 위해 온실가스 저감 효과가 큰 자원 순환형 바이오매스 비중을 적극적으로 향상시킬 것으로 예상되며, 추후 석유 기반 합성고분자는 탄소세 부과로 인해 고분자 시장에서 경쟁력이 약화될 것으로 예상된다.
3. 해외 동향
3.1 글로벌 생분해성 바이오 플라스틱 시장현황
세계적으로 2020년 온실가스 배출전망치를 30% 감축하기 위한 대안으로 온실가스 감소에 효과적인 바이오 플라스틱이 주목받고 있다. 이는 높은 제조원가와 엄격한 규제에도 불구하고 기존 플라스틱의 탄소세 부과로 인해 이를 대체할 수준의 바이오 플라스틱 제품 개발에 다수의 기업이 참여하고 있다.
현재 바이오 플라스틱의 가장 큰 비중을 가지고 있는 포장재 분야는 선진국의 주도하에 고부가 가치 시장으로 성장하고 있으나 기술력으로 인해 개발도상국의 시장진입이 어렵다는 평가를 받고 있다. 그러나 최근 개발도상국에서 대량으로 사용 가능한 범용 제품시장에 진입을 추진함으로써 바이오 플라스틱의 적용 범위가 변화하고 있다. 22
스타벅스는 2020년까지 전 세계 2만8,000여 개 매장에서 빨대 사용을 단계적으로 중단할 것이라고 밝혔다. 대안으로, 냉 음료용 컵 뚜껑을 폴리프로필렌으로 자체 제작하여 사용한다고 밝혔다. 또한, 종이컵은 플라스틱 비닐로 코팅되지 않고 재활용이 가능하기 때문에 사용 도입을 추진하고 있다.
맥도날드는 현재 영국에서 종이 빨대를 시범적으로 제공하여 플라스틱 빨대 사용이 감소하고 있으며, 2025년까지 모든 포장재는 산림을 파괴하지 않고 인증을 받은 곳에서 만든 천연 재생과 재활용을 통해 생산한 섬유질 기반의 종이 포장지, 튀김 상자, 종이컵을 사용할 것이라고 발표했다.
또한, 코카콜라는 매년 플라스틱병 약 1,200억 개를 사용하고 있으나 2030년까지 캔과 플라스틱병의 재활용 시스템을 구축할 예정이며, 용기 제조 시 재활용 물질을 평균 50% 이상 사용하겠다고 밝혔다.
가구 브랜드 이케아는 2020년까지 전 세계 모든 매장과 레스토랑에서 일회용 플라스틱 제품 사용을 중단한다고 발표했다. 유기농 브랜드 닥터 브로스너는 100% 재활용 가능한 플라스틱 재질과 화학성분을 배제하고 미국 USDA에서 유기농 인증을 받은 100% 자연 분해 원료만 사용하고 있다.
아베다도 마찬가지로 사탕수수를 원료로 한 바이오 플라스틱 용기와 100% 재활용 용기, 친환경 플라스틱과 바이오 플라스틱을 혼합한 용기를 사용한다. 이외에도 뚜껑 재활용 프로그램을 운영 중이다. 시어테라 오가닉스와 온뜨레 역시 모든 제품을 100% 생분해되는 소재인 옥수수 성분으로 만든 인지오(Ingeo) 용기와 에코서트에서 허가한 용기에 담으며 천연 식물유 소이 잉크로 염색해 패키지가 자연 분해되도록 하였다.
이외에도 러쉬는 별도 포장이 필요 없는 경우에는 제품 그대로를 판매하며, 록시땅은 리필을 별도 출시하여 용기 재사용을 권장한다. 또한, 버츠비, 프리메라, 시오리스 등 수많은 뷰티 브랜드들이 친환경 패키지 개발에 콩기름 인쇄를 적극 활용하고 있다.
글로벌 석유화학기업과 바이오기업은 바이오 플라스틱 원료 및 소재 생산기술 경쟁력 확보를 위해 노력을 기울이며, 필요에 따라 석유화학기업과 바이오기업이 합자회사를 설립하기도 한다.
Total Corbion PLA는 PLA 생산을 위해 Total(프랑스)과 Corbion(네덜란드)을 합자하여 설립하였다. Succinity는 BASF(독일)과 Corbion이 합자하여 Succinity GmbH를 설립하여 바이오 숙신산을 생산하였다.
Dupont Tate & Lyle BioProducts는 화학기업인 Dupont(미국)와 바이오기업인 Tate & Lyle(네덜란드)이 설립하여 1,3-프로판디올을 약 4만 5천 톤/년 규모로 생산하였다. NatureWorks LLC는 Cargill(미국)와 PHH(태국)의 합작회사이다. 미국 바이오 플라스틱 시장에서 약 28%의 점유율을 가지고 있으며, 연간 PLA 생산량이 14만 톤으로 세계 최대의 PLA 생산업체이다.
또한, 기존 플라스틱과 같은 방식으로 생산 가능하며 건축, 전자기기부품, 포장재, 의료기기 등 적용 범위가 매우 광범위하다. 최근 NatureWork LLC는 미국 네브라스카주 소재의 공장에서 ‘고성능 인지오 바이오 고분자 수지’와 ‘락타이드 중간체’ 생산을 위해 투자를 실시하였고, BioAmber와 합작하여 AmberWorks라는 합작회사를 설립하여 바이오 고분자생산을 진행 중이다.
그뿐만 아니라, Novamont, NatureWorks, Total Corbion PLA, BASF, Mitsubishi Chemical, Kaneka, Danimer Scientific 등의 글로벌 기업이 생분해성 원료 소재의 생산기술개발을 완료하고 생분해성 바이오 플라스틱 시장을 선도하고 있다.
Novamont는 전분계(starch blends) 바이오 플라스틱 생산을 주도하고 있으며, 전분계 바이오 플라스틱(TPS – PBAT) 수지를 10만 톤/년 규모로 생산하고 있다. 최근에는 폴리비닐알코올(PVA)과 전분을 합성한 ‘Mater-Bi’를 개발하여 유럽에서 상용화하였으며, 이는 기존 플라스틱과 같은 방식으로 생산이 가능하다.
또한, Novamont는 현재 연간 18,000톤의 바이오 플라스틱 생산설비를 보유하고 있다. NatureWorks는 락트산, 락티드, PLA 생산에 독보적인 기술을 보유하고 있으며 15만 톤/년의 규모로 PLA를 생산하고 있다. 후발 기업인 Total Corbion PLA가 7만 5천 톤/년 규모로 뒤를 이어가고 있다.
BASF에서는 PBAT 수지와 PBAT/PLA 혼합수지를 7만 4천 톤/년의 규모로 생산하고 있으며, Mitsubishi Chemical에서 바이오매스를 부분적으로 포함하고 있는 PBS 수지인 Bio PBTM 제품을 약 2만 톤/년의 규모로 생산하고 있다.
Kaneka와 Danimer Scientific는 PHA의 주요 생산기업이며 Kaneka는 Biodegradable PBHBTM 제품을 약 5천 톤/년 규모로 생산하고 있다. Novozymes는 덴마크의 효소 전문기업으로, 옥수수 전분 분해효소 시스템을 개발하여 효소 비용을 낮추었으며 다양한 전분의 원료에 적합한 효소를 개발하고 있다. 이러한 기술은 원재료 가격을 낮춤으로써 바이오 플라스틱의 가격경쟁력을 높일 수 있을 것으로 예상하고 있다.
3.2 글로벌 생분해성 바이오 플라스틱 시장전망
바이오 플라스틱 산업은 2012년 기준 전체 플라스틱 시장에서 10~15%를 점유하고 있으며, 2020년에는 최소 30%까지 기존 플라스틱 시장을 대체할 것으로 보인다. 이에 따라 글로벌 바이오 플라스틱 생산 능력은 2019년 약 210만 톤에서 2024년에는 약 242만 톤으로 증가할 것으로 예상된다.
바이오 플라스틱은 2018년까지 석유 기반 생분해성 고분자보다는 바이오 플라스틱인 전분, PLA, PHA, 기타 바이오 플라스틱의 수요가 증가할 것으로 예상된다.
특히 포장재에 집중적으로 사용되는 현재와는 달리 2020년경에는 포장재뿐만 아니라 섬유와 같은 다른 분야에서도 바이오 플라스틱의 사용이 증가하여 총량 대비 26%까지 상승할 것으로 예상된다. 지역별로는 서유럽지역이 40%, 북미 지역이 약 30%, 일본이 20% 정도의 수요를 나타내고 있으며, 점차 시간이 지날수록 중국을 비롯한 다른 지역으로의 확대가 될 것으로 예상된다.
Ⅲ. 결론
플라스틱에 관한 환경문제가 대두되면서 이미 선진국의 포장재 공급업체들은 소비자의 관심과 재활용 규제가 친환경 포장재 수요를 불러일으킬 것으로 전망하였다.
이러한 수요에 대응하기 위해 옥수수와 같은 식물을 활용해 만든 여러 형태의 바이오 플라스틱을 출시해 왔으며, 국내 업체들에서도 점차 이에 대한 관심을 높여가고 있다. 점차 강화되고 있는 폐기물 부담금과 불안정한 국제 유가를 고려할 때, 바이오 플라스틱은 국내 플라스틱 산업에 새로운 활기를 불어넣어 줄 것이라 생각된다.
과거 바이오 플라스틱 시장은 일회용품을 중심으로 형성되었으나, 바이오 베이스 플라스틱, 산화 생분해 플라스틱을 중심으로 한 기술이 발달되면서 적용 분야가 급격히 넓어지고 있다. 향후 이런 기술적인 발전과 산업화 추진 전망은 경제적인 성공과 환경 보호 및 사회의 후생적인 면을 모두 반영한 지속 가능한 발전을 고려한 연구들이 주목받을 것으로 예상된다.
현재 바이오 생산기술은 계속적으로 발전하고 있고, 가격경쟁력 또한 강화되고 있다. 석유계 프로필렌의 생산단가는 kg당 약 2달러 수준인 반면 생분해 플라스틱인 PLA, 지방족폴리에스터, TPS, 올해 상용화 예정인 PHA(폴리에스터 분자로 바이오 플라스틱의 일종)의 생산단가는 kg당 3~5달러 수준이다. 이러한 면은 시장 확대를 빠르게 증가시켜 바이오 플라스틱의 적용 분야를 확대시킬 것으로 예상된다.
국내 친환경 플라스틱 기술은 비교적 초기 단계에 있기 때문에 기업과 대학에서 활발한 연구가 이루어져야 한다. 빠른 시일 내에 생분해성 플라스틱을 주원료로 한 각종 포장 용기를 실용화시키고, 장기적으로는 폐수 내의 중금속 이온 제거제를 비롯하여 생체 의료용제 등과 같은 첨단 생명공학기술을 응용한 다양한 종류의 환경 친화 제품의 출시가 예상되며, 향후 생분해성 플라스틱 산업의 시장 잠재력과 성장성은 무한하다고 평가된다. 하지만 우리나라는 아직까지 바이오 플라스틱에 대한 이해가 많이 부족한 상황이며, 체계적인 교육을 받을 수 있는 기관도 부족하기 때문에 이에 대한 현실적인 대안이 필요하다.
향후 바이오 플라스틱의 개발을 위해서는 가격경쟁력 확보와 내열성, 가공성, 내충격성 등의 물성을 개선해야 한다. 또한, 가공기술을 개발하여 응용 분야를 확대하고, 분해 기간조절에 따른 유통기간이 1년 이상인 제품에 대한 적용성 연구가 필요하며, 바이오 플라스틱의 표준화, 규격 기준 제정 작업 등을 보완해야 할 것이다.
특히 재활용과 생분해 측면에서는 더더욱 인증 제품의 사용 권고가 필요하다. 그 예로, 기존의 PE가 코팅되어있어 재활용이 어려운 제품의 경우, 환경마크 및 녹색인증을 받아 사용 후 폐기 시 물에 해리되어 재활용이 우수한 수용성 코팅제품 사용을 권고하는 방안이 있다. 추가적으로 생분해 수지로 코팅이 된 제품을 사용하는 방안도 훌륭한 차선책이 될 것이다.
생분해성 플라스틱의 시장 활성화를 위해서는 생분해성 플라스틱의 사용을 지원하기 위한 관련 법규를 시행하고, 친환경 상품의 홍보 및 사용 권장에 힘써야 할 것이다.
