친환경 바이오 플라스틱 산업의 현재와 미래

The present and future of eco-friendly bio-plastics industry

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교토의정서 이후 지구온난화 방지를 위하여 바이오 플라스틱 개발 및 산업화 적용이 전세계적으로 활발히 이루어 지고 있습니다.

바이오 플라스틱은 바이오매스(Biomass)를 구성성분으로 하는 플라스틱 입니다. 바이오 플라스틱은 유한자원인 석유계 원료를 대체하는 소재로 주목받으며, 특히 탄소 중립(Carbon neutral)형인 식물체 바이오매스를 사용하고 있어 지구의 이산화탄소 총량을 증가시키지 않는 측면에서 친환경성을 인정받고 있습니다. 하지만 전분 등 식량자원 사용에 대한 문제점이 있어, 최근 이를 해결하기 위해 셀룰로오스, 폐지, 볏짚, 옥수수 껍질, 옥수숫대, 톱밥 등 비식용자원을 소재로 사용하기 위한 연구개발 진행 및 일부 적용이 되고 있어 식량문제 해결에도 일부 기여를 하고 있다고 할 수 있습니다.
 

환경문제에 대한 사회적 인식이 높아지면서 기존 생분해 플라스틱을 중심으로 연구개발, 상품화가 진행되던 에코 패키징에 대한 패러다임이 변화되고 있습니다. 특히 기존 생분해 플라스틱의 물성약화, 가격경쟁력, 재활용이 어려운 점 등, 그 산업화 적용 측면의 한계점을 극복한 바이오 베이스 플라스틱, 산화생분해 플라스틱으로 범주가 확장되고 있어 보다 산업화가 빠르게 진행될 것으로 예상됩니다.
 

최근 아랍에미레이트(UAE)에서는 산화생분해(Oxo-Biodegradable) 포장 및 제품을 적용한 제품만을 UAE 역내에 수입 가능한 규제 법안을 2014년 1월 1일부터 전격 적용하여 전세계의 주목을 받고 있다. 아랍지역은 사막기후로서 생분해가 어려운 조건입니다. 이에 따라 UAE는 열 및 UV에 의한 1차 산화분해후 다음 단계로 생분해가 진행이 되는 산화생분해 제품을 채택하고 있습니다.

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고분자 산업분야, 에코패키징 등 광범위하게 적용이 추진되는 바이오 플라스틱(Bio Plastics)은 생분해 플라스틱(Biodegradable Plastics), 산화생분해 플라스틱(Oxo-Biodegradable Plastics) 및 바이오 베이스 플라스틱(Bio Based Plastics)으로 나눠진다. 생분해 플라스틱은 미생물에 의해 최종적으로 물과 이산화탄소로 분해되는 플라스틱으로 천연자원 또는 석유로부터 만들어진다. 그리고 바이오 베이스 플라스틱은 바이오매스를 구성성분으로 하는 플라스틱으로 석유계 원료를 대체하는 소재로 주목받고 있습니다. 최근 아랍에미레이트에서 산화생분해 플라스틱 이외에 난분해 플라스틱의 규제법 안을 시행하면서 새로운 변화가 일어나고 있습니다.

바이오 플라스틱의 산업화 적용은 전세계적으로 아직은 미미한 수준이지만 향후 10년 이내에 석유계 플라스틱 시장의 30%까지 대체하여 빠른 시간 내에 성장기에 접어들 것으로 전망이 되고 있습니다. 이중에서도 바이오매스(Biomass)의 범주는 탄소 중립(Carbon neutral)형 식물체, 즉 광합성 작용의 산물인 식물체로 해조류, 곡물, 나무 등을 포괄하고, 또한 가공과정의 부산물, 식품공장 부산물, 도시 폐기물 및 화이트 바이오 분야에서는 기존 생분해 플라스틱을 포함시키고 있어 그 범주가 확장되고 있습니다.

꾸준히 연구되고 있는 바이오 플라스틱

생분해 플라스틱은 바이오매스를 70% 이상 적용하여 6개월 이내에 퇴비화 조건에서 셀룰로오스 대비 90% 이상 생분해되어야 합니다. 따라서 너무 빠른 조기 생분해 특성 때문에 유통기한이 긴 화장품, 부품포장재 등 산업용 포장재와 된장, 고추장, 김치, 치즈 등 발효식품 포장재 분야에 적용하기가 어렵습니다. 또한, 재활용이 어렵기 때문에 쓰레기를 배출할 때 기존 플라스틱으로 분류하여 버릴 수 없는 문제점이 존재합니다.

이러한 한계점을 극복하기 위해 개발한 산화생분해 플라스틱은 천연물과 산화분해제 등을 첨가하여 만들며, 자연에서 분해되기까지 2~5년이 소요됩니다. 생분해 플라스틱보다 생산성이 우수하고, 가격이 저렴하다는 장점을 가지고 있습니다. 또한, 재활용이 가능해 일반 플라스틱과 함께 분리 배출이 가능합니다.

최근 산업화가 급속히 진행되고 있는 바이오 베이스 플라스틱은 분해성에 초점을 두지않고 탄소중립(Carbon neutral)형 바이오매스를 일부 적용하여 이산화탄소 저감을 통한 지구온난화 방지를 강조하고 있습니다.

현실적으로 생분해 플라스틱의 산업화 적용 측면에서 약한 물성, 가격경쟁력, 재활용이 어려운 점 등에서 한계점이 도출되어, 최근 10년간 기술개발이 활발히 진행되어 이산화탄소 배출 저감 측면이 강조되고, 재활용이 용이하며, 물성이 대폭 개선시켜 생분해 플라스틱의 단점을 일부 보완한 바이오 베이스 플라스틱, 산화생분해 플라스틱이 개발되어 산업화 적용이 급속도로 추진되고 있습니다.

특히 바이오 베이스 플라스틱은 페트병에서 자동차 분야까지 그 적용 범위가 확장되고 있고, 식량자원의 사용에 대한 문제점을 해결하기 위해 셀룰로오스, 볏짚, 왕겨, 옥수숫대, 대두박, 옥수수 껍질 등 풍부한 비식용계 부산물 자원을 바이오 플라스틱 원료 소재로 사용하고 있어 산업용품, 자동차, 건축, 토목, 매립형 제품, 포장재 분야까지 적용이 되고 있습니다. 현재는 대표적인 제품이 Bio-PE, Bio-PET로 강도 신율 등 물리적 특성, 분해기간 등은 기존 플라스틱과 별반 차이가 없지만 원천 소재는 석유화학 유래 원료가 아닌 사탕수수 등 식물체 바이오매스를 사용하고 있습니다. 이들은 분해기간이 정해져 있지 않아 난분해 플라스틱으로 분류되기 때문에, Biomaterials Res(2011, 15(2))에서는 바이오 베이스 플라스틱이란 용어보다 바이오매스 유래 비분해 플라스틱이라고 명명하기도 합니다.

바이오플라스틱의 활성화를 위해서는 표준화, 규격기준 개선, 인증제도 활성화, 해외와의 교차인증제 추진 및 석유화학유래 원료인 플라스틱을 대체 사용하여 제조한 원료 소재, 비닐 제품, 패키징, 산업용품 등에 대하여, 사용한 바이오매스의 무게 비율만큼 폐기물 부담금을 면제해 주어 바이오플라스틱의 산업화와 활성화를 지원하고, 대부분 중소기업인 플라스틱 가공업체 녹색산업 진출을 유도하여 저탄소 녹색성장에 동참할 수 있도록 유도하는 정책적 지원이 시급하다고 생각됩니다.

산화생분해 플라스틱의 등장

산화생분해 플라스틱은 십수년전부터 다양한 연구개발이 이루어져 생분해 플라스틱의 단점을 보완하려는 움직임이 활발하였고, 산화생분해 관련한 규격기준인 ASTM D 6954에서 산화생분해의 정의, 시험방법 등이 규정되었으나 최종 생분해 기간이 명시되지 않아 그 기준이 애매한 측면이 있어 국제적으로 인정을 받지 못하고 있었습니다.

그러나 최근 아랍에미레이트(UAE)에서 산화생분해 관련 규격기준인 UAE Standard 5009-2009(Starnd & Specification for Oxo-Biodegradation of Plastic bags and other disposable plastic objets)를 제정하였고, 2014년 1월 1일부터 전면 시행하여 산화생분해 포장재 및 제품만 UAE 역내 수입을 허용하고 비분해 포장재 사용을 금지하면서 다시금 산화생분해 플라스틱이 재조명되고 있습니다.
 

산화생분해 관련 규격 기준인 UAE S 5009-2009는 여러 가지 국제 규격기준을 토대로 만들어 졌는데, (1) ISO 14851(수계배양액의 호기적 생분해-폐쇄 호흡계 산소소모량), (2) ISO 14852(수계배양액의 호기적 생분해-발생 이산화탄소량 측정), (3) ISO 14855-1(콤포스트 조건내 호기성적 생분해도 및 붕괴도-발생 이산화탄소량 측정), (4) ISO 14855-2(생분해), (5) ASTM D 6954(산화생분해), (6) ASTM D 883(플라스틱 관련 학술 용어정의) 및 (7) BS 8472(Non toxicity, ASTM D6954유사-영국 표준협회)의 기준을 근거로 제정되었습니다. 요약하면 생분해가 어려운 사막기후인 UAE는 열 및 UV를 통한 산화생분해를 기본으로 하고 있으며, 먼저 UAE 기후조건에서 산화분해가 되고 이후 산화분해된 파티클은 물, 이산화탄소 및 바이오매스로 분해가 되어야 하고 있고, 물성 감소, 분자량 감소, 중금속 관련 규정 등 상세한 측정방법, 기준까지도 망라하고 있어, 상당한 신뢰도가 있습니다.

결론 및 요약

빠르면 2-3년 내에 바이오 플라스틱을 주원료로 한 식품용기, 탄소저감형 건자재, 농원예용 자재, 산업용품 등이 실용화되고, 향후 생분해성 플라스틱, 상화생분해 플라스틱 및 바이오 베이스 플라스틱을 필두로 한 화이트 바이오 산업은 시장 잠재력과 성장성이 무한한 산업으로 평가되고 있습니다.

바이오 플라스틱 등을 수출산업 육성 계기로 활용하기 위해서는 연구 개발을 활성화 할 수 있는 식품 포장재, 산업용 포장재, 생활용품, 쇼핑백 등에 바이오매스 원료 소재 사용 의무화와 같은 관계부처의 계속적인 정책적 지원 및 실천이 필요한 실정입니다.

현재와 같이 일부 의무 사용 규정이 있기 하지만 예외 조항이 너무 많거나, 규제 일변도 정책만을 취하여 사용을 금지하기 보다는 사용할 수 있는 제품을 먼저 기업이 생산하여 공급할 수 있는 기반을 마련해 주어야 할 것으로 생각됩니다.

바이오 플라스틱은 플라스틱의 대체재로서 주목을 받고 있으나 아직 해결할 과제가 남아 있는 실정입니다.

(1) 가격 경쟁력 확보, (2) 내열성, 가공성, 내충격성 등 물성 개선, (3) 가공기술 개발, 응용분야 확대, (4) 분해기간 조절에 따른 유통기간이 1년 이상인 제품에 적용성 등 보완 연구, (5) 표준화, 규격기준 제정 작업 등이 필요합니다.

(사)한국바이오소재패키징협회 회장

가톨릭대학교 교수

바이오소재연구소 소장

유영선