I. 개요

합성고무는 자동차 분야에 관련된 수요가 다수를 차지하고 있어 생산 대수 감소와 EV 보급 확대에 따른 연료호스 등 특정 부품의 수요 상실, 저연비 타이어의 요구 증가 등에 크게 영향을 받고 있다. 또한, 원유 가격 급등이나 원료 기업의 사업 철수 등에 따른 원료 수급의 압박이 계속되는 제품이 많아 미래가 불투명감도 감돌고 있다. 

합성고무 제품 시장의 현황과 미래 전망을 파악하여 대응하는 것이 필요하다고 생각되어 합성고무 중 수요가 가장 높은 스타이렌 부타디엔 고무와 부타디엔 고무에 대한 시장의 현황과 미래 전망에 대해 소개하고자 한다1).

 

SBR은 중합 방식에 따라 유화 중합 SBR(Emulsion SBR, E-SBR)과 용액 중합 SBR(Solution SBR, S-SBR)로 나뉜다. 

E-SBR은 단량체를 계면활성제로 물속에 분산(유화) 시킨 뒤 라디칼 개시제, 촉매, 사슬 연장제 등을 첨가해 중합한다.

 

유화 중합에 의한 제품에는 중합 후 황산을 더해 응고시킨 고형 제품과 라텍스 제품이 있다. 고형 제품은 자동차 타이어에 가장 많이 사용되며 신발, 공업 용품 등에 적용되고 있다. 라텍스 제품은 ABS 수지 원료, 발포 고무, 제지 코팅 등에 사용된다.

 

S-SBR은 탄소화 수소계 용제 중 유기 리튬에 의한 리빙 음이온 중합에 의해 제조된다. S-SBR은 E-SBR에 비해 세밀한 폴리머 설계가 용이하며, 컨버전의 제약이 적기 때문에 미반응 단량체가 거의 없다는 장점이 있어 고성능화가 가능하다.

 

다음의 표 1에 후지경제에서 추정한 중합 방식에 따른 SBR의 세계 시장 규모를 나타내었다.

 

2. 주요 생산 기업

 

국내에서는 금호석유화학과 LG화학에서 SBR을 생산하고 있으며, 유럽 및 일본 등 다양한 기업에서 SBR을 생산하고 있다. 표 2에 SBR 주요 생산 기업과 제품을 나타내었다.

3. 시장 규모 및 향후 전망

 

표 3에 “후지경제”에서 추정한 SBR의 세계시장 규모 및 향후 전망에 대해 나타내었으며, 표 3-1과 표 3-2에는 E-SBR과 S-SBR의 세계시장 규모 및 향후 전망에 대해 각각 나타내었다.

 

2020년에는 신형 코로나바이러스의 감염 확대에 의해 소비가 침체되었으나, 2020년 후반부터2021년에 걸쳐 교환용 타이어가 호조를 보였고 자동차 생산 회복으로 신차용 타이어도 증가했기 때문에 SBR 수요도 회복됐다. 

 

전 세계 타이어 생산은 연간 약21억개로 추정되는데 신차용 타이어는 그 중 약5억개로 나머지는 교체용 타이어이기 때문에SBR 수요는 자동차 생산량 추이에 큰 영향을 받지 않는다. 

 

SBR은E-SBR, S-SBR로 나뉘며 E-SBR은 주로 범용 타이어용으로S-SBR은 저연비 및 고성능 타이어용(실리카 타이어 확대)으로 사용되기 때문에 S-SBR는 미국, 유럽이나 일본, 일부의 아시아 지역 등 시장에서 급속히 성장하고 있으며 향후는 중국이나 러시아 등에서도 확대가 예측된다. 국내 시장에 있어서도 고성능 실리카 타이어의 성장으로S-SBR의 수요는 증가가 예상되고 있지만 원재료 및 물류비 급등, 환율의 영향 등의 불안정 요소에 의해 미래 시장의 전망이 밝지만 않는 상황이 되고 있다.

 

E-SBR은 타이어 외에 신발, 벨트, 호스 등의 폭넓은 용도로 채택되고 있는 반면 새로운 용도 개척은 진행되지 않고 있는 실정으로 타이어 용도에 있어서는 향후 세계적인EV의 보급 확대에 따라S-SBR로의 전환이 진행될 전망이다.

 

표 4에 “후지경제”에서 추정한 SBR의 분야·용도별 판매량 및 구성비에 대해 나타내었다.

 

SBR은 타이어용으로 가장 많이 사용되고 있으며 그림2에 타이어의 내부 구조를 나타내었는데 타이어 중 트래드, 사이드월, 카카스 부분 등에 많이 사용되고 있다.

 

그림 3에 나타낸 것 같이 타이어의 대표적인 성능인 연비(회전저항), 제동과 마모 성능은 서로 Trade-off 관계에 있어, 이들 성능을 동시에 향상시키기 위해 실리카를 트래드부에 배합한 실리카 배합 타이어가 증가하고 있다. 다량의 실리카를 고무에 고 분산시키기 위한 변성 S-SBR은 개발과 수요가 증가하고 있다.

 

타이어 다음으로 많이 사용되는 공업 용품에는 컨베이어벨트, 기타 벨트, 호스, 방진고무, 전선 케이블 등이 주로 사용되고 있으며 신발은 내마모성이 요구되는 겉창에 사용되고 있다.

 

ABS 수지나 PS 수지 등의 스티렌계 수지 개질제에 사용되고 있으며 신종 코로나바이러스의 유행에 의해 외부 활동이 어렵고 실내 생활시간 증가에 따른 보상 심리로서 ABS 수지와 PS 수지가 사용되는 가전 수요가 증가함에 따라 수지 개질제 용 판매가 증가했다. 이외에 접착제, 발포체, 바닥재 및 바닥타일, 고무천, 스포츠용품, 고무판, 가시용 고무관 등에 사용되고 있다.

 

5. 신기술 및 친환경 기술 동향

 

5-1. 신기술 동향

 

저연비이면서 내마모성의 실현이 요구되고 있어 각 제조사는 실리카 분산을 극대화할 수 있는 관련 제품 개발을 위해 노력을 진행시키고 있다. 

 

국내에서는 표면 개질된 실리카를 S-SBR에 분산시킨 Wet MB를 개발하고 이를 적용한 고성능 저연비 타이어를 개발하고 있다. 일본에서는 ENEOS가 보유하고 있는 실란 커플링제 기술과 JSR이 가진 S-SBR의 기술을 합쳐 실리카 고 분산을 위한 제품 개발을 하고 있다.

 

E-SBR뿐 아니라 선진 기업들이 앞서 가던 S-SBR도 중국 등이 저가품을 투입하면서 저가 시장에서 가격 승부가 되고 있다. 세계 자동차는 고성능 가솔린차와 EV, FCV 등 동력원과 형태가 다양해지고 자동차와 타이어업체의 타이어에 요구하는 요구도 다양해지고 있기 때문에 차별화된 하이엔드 제품의 개발에 주력해 가는 것과 동시에 세분화한 요구에 대한 대응이 중요해지고 있다.

 

5-2. 친환경 기술 동향

금호석유화학은 미국의 재활용 기업 Agilyx와 공동으로 폐폴리스티렌으로부터 순수한 스티렌을 제조해 S-SBR의 원료로서 이용하는 케미컬 리사이클 기술의 개발을 실시하고 있다. 

 

또 향후 보급이 예측되는 전기차는 내연기관차보다 무겁고 타이어의 내마모성이 중요해 저연비 실리카 타이어의 수요가 증가할 것으로 전망되고 있어 S-SBR과 혼련하는 실리카에 쌀의 왕겨로부터의 추출물을 원료로 하는 바이오 실리카를 채용하고 있어 재생 스티렌과 맞추어 환경 대응형 제품의 전개를 확대시키고 있다.

 

Trinseo는 2021년 3월, S-SBR의 원료에 대해서 순환 원료에 근거하는 스티렌을 BASF로부터 조달한다고 발표했는데 BASF가 제조하는 순환형 스티렌 단량체에는 식물성 기름 등 재생가능한 원료 기반의 스티렌과 가정 폐기물 및 폐타이어 등에서 화학적으로 재활용된 원료 기반의 스티렌 두 가지가 있다.

 

Asahikaei는 싱가포르의 Shell Eastern Petroleum(이하 Shell)이 제조한 폐플라스틱 및 바이오매스 유래 부타디엔을 사용한 S-SBR 생산 및 마케팅을 시작했다. 서스테이너블 부타디엔에 대해서 Shell은 폐플라스틱을 열분해유로 변환해 동사의 나프사 크래커에 피드하는 제법, 또 하나는 바이오 원재료를 동나프사 크래커에 피드하는 제법을 채용하고 있으며 폐플라스틱 유래의 부타디엔을 사용하는 S-SBR의 생산은 세계 최초이다.

 

 

2. 주요 생산 기업

 

국내에서는 금호석유화학과 LG화학에서 BR을 생산하고 있으며 유럽 및 일본 등 다양한 기업에서 BR을 생산하고 있다. 표 7에 BR 주요 생산 기업과 제품을 나타내었다.

 

3. 시장 규모 및 향후 전망

 

표 8에 “후지경제”에서 추정한 BR의 세계시장 규모 및 향후 전망에 대해 나타내었다.

 

BR은 자동차 타이어용 판매 비율이 높고 타이어 생산과 연동성이 높은 시장으로 2020년에는 신형 코로나바이러스의 감염 확대에 의해 소비가 침체되었으나, 2020년 후반부터 2021년에 걸쳐 교환용 타이어가 호조를 보였고 자동차 생산 회복으로 신차용 타이어도 증가했기 때문에 BR 수요도 회복됐다. 

 

세계 타이어 생산량 중 신차용 타이어는 약 25% 수준이며 나머지 75%는 교환용 타이어이기 때문에 BR의 수요는 자동차 생산 대수에는 크게 영향을 받지 않는다.

 

4. 분야·용도별 판매량 및 구성비

 

표 9에 “후지경제”에서 추정한 BR의 분야 · 용도별 판매량 및 구성비에 대해 나타내었다.

 

BR은 동적 발열이 고무 중 천연고무(Natural rubber, NR) 다음으로 작고 연비나 내마모성에 대해 중요한 특성을 갖고 있어 자동차용 타이어에 가장 많이 사용되고 있다. 트래드, 사이드월 등에서 사용되며 주로 high cis BR이 사용된다. 

 

타이어 다음으로는 HIPS의 내충격성을 높이기 위한 개질제로 주로 low cis BR이 많이 사용되고 있으며 2020년과 2021년에는 신종 코로나바이러스의 유행에 의해 외부 활동이 어렵고 실내 생활시간 증가에 따른 보상 심리로서 HIPS가 이용되는 가전의 수요가 높아짐에 따라 판매가 증가했다. 

 

ABS 제조 프로세스에는 mass ABS와 emulsion ABS가 있지만 BR이 개질제로 이용되는 것은 mass ABS뿐이다. Mass ABS는 HIPS의 플랜트로부터의 전용도 가능하기 때문에 향후 mass ABS 생산 증가에 의한 BR의 수요 증가도 기대된다.

 

공업 용품으로는 컨베이어벨트, 호스, O-링, 개스킷 등에 주로 사용되고 있으며, 신발은 내마모성이 요구되는 겉창에 사용되고 있다. 이 외에 골프공, 스포츠용품, 완구 및 고무마개 등에도 BR이 일부 사용되고 있다.

 

5. 신기술 및 친환경 기술 동향

 

5-1. 신기술 동향

ENEOS는 연료가스에서 타이어 원료로의 전환을 위한 노력으로 부타디엔의 새로운 제조 기술 개발을 진행 중이다.

 

일반적으로 부타디엔은 에틸렌 제조 공정으로부터 부산되고 있지만, ENEOS는 제유소나 석화 공장에서 연료로서 사용하고 있는 부탄을 주로 하는 염가의 유분에 주목해 이것을 탈수소화에 의한 부타디엔을 얻는 제조 기술을 개발하고 있으며 개발한 탈수소 촉매는 알루미나 기반 담체에 백금(Pt)과 주석(Sn)을 담지한 것으로 촉매상에 고 분산 시킴으로써 부타디엔의 수율을 20% 이상 달성했으며 생산된 부타디엔을 바탕으로 BR 제조를 추진 중이다.

 

브리지스톤은 타이어 등에 이용되고 있는 NR의 대체 소재가 될 수 있는 새로운 합성고무인 재료 「High Strength Rubber」(이하, HSR)를 개발했다.

 

 HSR은 부타디엔 등의 합성고무 성분과 에틸렌 등의 수지 성분을 가돌리늄(Gd)를 배합한 브리짓스톤의 독자적인 촉매를 이용해 공중합(분자 레벨로 결합) 시킨 것으로 HSR은 천연고무와 비교해 내균열성에서 5배 이상, 내마모성에서 2.5배 이상, 인장강도에서 1.5배 이상의 높은 내구성과 강도를 달성했다. 

 

성능이 향상된 만큼, 천연고무(NR)의 대체로서 이용했을 경우, 소량의 재료로도 종래대로의 성능을 발휘할 수 있기 때문에 보다 경량으로 만들면서 고강도 내마모성이 높은 차세대 타이어 등의 개발로 이어질 가능성이 있다. 또 촉매 배합을 통해 완성된 소재 특성을 변화시킬 수 있어 타이어뿐만 아니라 다른 분야로의 응용도 기대된다.

 

5-2. 친환경 기술 동향

Zeon은 바이오매스(생물자원)에서 효율적으로 부타디엔을 생성할 수 있는 세계 최초의 신기술을 개발했다. 새로운 인공 대사 경로와 효소로 우수한 부타디엔 생성능을 가진 세포를 창제하는데 성공하였으며, 이화학연구소와 공동 연구로 바이오 매스로부터 효율적으로 부타디엔을 생성하는 기술을 개발한 것 외에 산업기술종합연구소가 바이오 에탄올으로부터 대량 합성한 부타디엔을 사용해 기존과 같은 성능을 가지는 자동차용 타이어의 시제품 제조에 성공했다고 발표했다.

 

Synthos는 Lummus Technology와 공동으로 바이오 에탄올을 원료로 한 부타디엔의 사업화에 추진하여 4만 톤/년 규모의 플랜트를 건설할 예정이며 Nd-BR의 원료로 사용한다고 한다.