Category of Eco-Friendly (친환경 범주)

바이오 플라스틱 용어 및 개념 변화(생분해 → 산화생분해, 탄소저감)

바이오 플라스틱(Bio plastics)이란?

바이오 플라스틱 관련 역사적 배경

지구온난화 규제와 방지를 위한 국제협약인 『교토의정서』는 1992년 6월 리우 유엔환경회의에서 채택된 기후변화협약(UNFCCC)을 이행하기 위해 97년 만들어진 국가간 이행 협약으로, '교토기후협약'이라고도 한다. 정식 명칭은 'Kyoto Protocol to the United Nations Framework Convention on Climate Change'이다.

1997년 12월, 일본 교토에서 개최된 기후변화협약 제3차 당사국 총회에서 채택되어 2005년 2월 16일 공식 발효되었다. 오스트레일리아, 캐나다, 미국, 일본, 유럽연합 회원국(EU) 등 38개국은 1990년을 기준으로 2008~2012년까지 평균 5.2%의 온실가스를 의무적으로 감축해야 한다. 대한민국은 2002년 11월에 비준했으며 개발도상국으로 분류되어 아직 법적 의무는 부담하고 있지 않으나 OECD회원국으로서 멕시코와 더불어 온실가스 감축 압력을 받고 있다.

지구온난화를 유도하는 물질로 감축대상인 가스는 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 불화탄소(PFC), 수소화불화탄소(HFC), 불화유황(SF6) 등 6가지이다.

2011년 제 17차 당사국총회(남아프리카공화국 더반)는 기후변화 협상에 중요한 전환점이 되었다. 당사국들은 2020년이후 적용될 새로운 체제를 설립할 것에 합의하고 이를 위한 협상을 2015년까지 완료하기로 하였다. 이를 '더반플랫폼(Durban Platform for Enhanced Action)'이라고 한다. 더반 플랫폼에 따라 2012년부터 2015년까지 합의문을 작성하기 위한 협상이 15차례에 걸쳐 진행되었다. 마침내 2015년 12월 12일, 제 21차 당사국총회(프랑스 파리)는 '파리협정(Paris Agreement)'을 채택하였다.

기후변화협약(1992년)의 목표는 온실가스가 기후 체계에 '위험한 영향을 미치지 않을 수준'으로 대기 중 농도를 안정화시키는 것이었다. 그러나 위험한 영향을 미치지 않을 수준이 어느 정도인지에 대한 언급은 없었다. 이후 기후변화 협상 과정에서 목표 온도가 언급되기는 하였지만, 법적 구속력이 있는 문서에 명시된 것은 파리협정이 처음이다.

2013년~17년 의무대상국이 개발도상국에 집중되기 때문에 5월부터 개최되는 대상국 확대협의에서 한국도 동참을 요구받을 것으로 예상된다. 2002년 IEA(국제에너지기구)의 통계에 따르면 한국의 연간 이산화탄소 배출량은 2000년을 기준으로 했을 때 4억 3400만톤으로 세계 9위이며, 세계 전체 배출량의 1.8%를 차지한 것으로 나타났다. 더욱이 1990년 이후 배출량 증가가 85.4%로 나타나 세계 최고의 증가세를 기록하고 있기 때문에 의무대상국으로 분류될 가능성이 높다. 미국은 전세계 이산화탄소 배출량의 28%를 차지하고 있지만, 자국의 산업보호를 위해 2001년 3월 탈퇴했었다.

최근 저탄소 녹색성장, 지구온난화, 탄소저감이 화두가 되고 바이오 플라스틱 경쟁력이 강화되고 있는 시점에서 기존 생분해 플라스틱을 중심으로 일회용품 및 일부 산업화 제품에만 적용이 되고 있는 바이오 플라스틱이 식물체, 해조류 등 탄소중립(Carbon neutral)형 바이오매스 유래 원료를 사용하는 바이오 베이스 플라스틱(Bio Based Plastics) 범주까지 확장되면서 급속하게 산업화가 진행되고 있다. 또한 직접 완제품에 적용되어 매출 확대로 이어지는 점에서 매우 중요한 기술적 진보를 이루고 있다.

전세계적으로 환경인식 변화, 환경 규제 등으로 인하여 바이오 플라스틱 경쟁력 강화 요인이 증가되는 가운데, 석유계 플라스틱의 대체가 가능하게 되어 틈새 시장을 중심으로 제품 적용이 확대되고 있는 추세이다. ‘저탄소 문제’가 21세기 들어 전세계적으로 환경문제의 핵심과제로 등장함에 따라 바이오매스(Biomass)를 원료로 하여 제조되는 바이오 플라스틱의 적용분야가 급속하게 확대되고 있다.

바이오화학산업의 특징

최근 전 세계적으로 바이오 소재를 이용한 바이오화학산업을 둘러싼 대표적인 변화추세는 다음과 같다.

차세대 성장동력으로 꼽히는 바이오화학산업은 무한한 잠재력을 가진 산업 아이템으로 꼽힌다. 첨단 기술로 꼽히는 바이오 기술은 이미 빠른 기술 발전의 속도에 힘입어 다양한 분야에서 활용되고 있다. 각 바이오 기술은 성격에 맞춰 레드, 그린, 화이트 세 가지 색깔로 구분하고 있는데 이 중 가장 눈길을 끄는 것이 화이트 바이오 산업이다.

바이오화학산업중 화이트 바이오 범주에 속하는 바이오플라스틱의 특징은 생분해성으로 CO₂(이산화탄소)배출을 저감시키고, 현재 기술 수준에서 석유화학제품 대비 CO₂배출량을 10~100까지 줄일 수 있어 저탄소 녹색성장산업의 핵심 산업으로 발전 가능하다.

현재 우리나라 바이오화학산업의 주력은 레드 바이오이다. 수요가 가장 많고 시장이 넓기 때문에 국내 산업의 90%를 차지하고 있다. 혈액의 붉은색을 본떠 이름 붙여진 레드 바이오 기술은 신약개발, 진단시약 등을 비롯한 줄기세포, 장기이식 등의 생물의약 분야를 뜻한다.

그린 바이오는 이름에서 오는 느낌 그대로 농림, 수산, 생물 등 1차 식품에 바이오테크를 접목한 기술이다. 유전자 변형 콩, 옥수수 등 유전자 변형을 통해 고부가 가치 제품을 생산해 내는 기술을 통틀어 그린 바이오라고 한다.

화이트 바이오 기술은 산업생산 공정에서 효소나 미생물을 이용하는 기술로 친환경 부분에 초점을 둔다. 석유나 석탄처럼 유해물질을 방출하지 않고도 깨끗한 에너지를 생물체에게서 뽑아내는 기술이나 기존의 합성 화학물질 대신 식물과 미생물을 이용해서 음식, 연료, 옷감, 플라스틱 등을 생산하는 기술이 여기에 속한다.

화이트 바이오 기술은 바로 실생활에서 접할 수 있는 생활에 밀접한 바이오 기술이 주를 이루는데, 기존의 화학물질 대신 식물과 미생물 등을 이용한 대체 원료, 환경오염 물질을 방출하지 않는 에너지 개발 등 생활 용품의 생산으로 직접 이어지기 때문이다. 화이트 바이오 기술의 발전으로 바이오 기술이 연구실에서 벗어나 산업화되면서 차세대 바이오 시장의 핵심 코드로 등장하였다. 전문가들은 이런 화이트 바이오 시장의 발전으로 바이오 제품이 2010년이 1,600억 달러의 시장을 형성하고 매년 10~30% 이상 성장할 것으로 예상하고 있다.

화이트 바이오 산업의 주요 원료인 바이오 소재는 지속발전 가능 사회구축, 저탄소 녹색성장의 견인차 역할을 하는 친환경소재로서 옥수수나 사탕수수 등 식물자원(Biomass)에서 바이오 플라스틱을 생산하는 친환경 바이오화학산업이다.

바이오 플라스틱 연구개발 배경

(1) 바이오 플라스틱 연구개발 배경

전 지구인의 공통 관심사인 환경규제, 석유자원의 고갈 및 수요증가, 기후협약 등은 기존 에너지 및 화학산업 기반의 부품 경쟁력을 점차 약화시켜 다양한 산업용 방청용품, 합성섬유, 수송 및 산업용 플라스틱, 안전한 식품 첨가물, 바이오섬유와 자동차용 내외장재, 벽지, 장판 등 건축자재, 의약 및 미용용품의 첨가제 등 기존의 석유화학 제품 대부분이 바이오화학 제품으로 빠르게 대체되고 있다. 최근 몇 년전부터는 기존 생분해성 플라스틱의 단점으로 지적되어 온

등을 극복하기 위하여 내열성, 가공성, 내충격성을 보완한 제품들이 출시되고 있다.

또한 바이오 플라스틱의 산업적 활용 분야에는 플라스틱에 생분해 촉매제를 첨가하여 가공성, 내충격성 등의 물성을 개량한 제품들이 속속 출시되고 있다. 이러한 제품들은 기존 바이오 플라스틱에 비해 물성, 가공성, 경제성 측면에서 매우 우수한 장점이 있다.

관련 업계에 따르면 최근 들어 국내에도 옥수수 프린터, 옥수수 휴대폰 등 옥수수 전분 및 범용 플라스틱을 이용해 만든 바이오 플라스틱 제품이 속속 등장하고 있다. 생체물질을 이용해 만든 바이오 플라스틱은 최근 들어 대표적인 친환경 소재로 꼽히고 있다. 이산화탄소를 배출하는 석유계 플라스틱을 전부 또는 일부 대체하여 이산화탄소 발생량을 저감시켜 주기 때문이다.

이에 따라 앞으로는 가격과 강도의 문제를 해결하고, 전분 등 식량자원 이외에 농업부산물, 식품공장 등의 산업부산물, 도시 쓰레기 등 비식량계 유기성 폐자원을 활용한 바이오 플라스틱이 미래형 소재로 각광을 받을 것으로 예상된다.

2) 국내 바이오 플라스틱 연구개발 현황

우리나라의 바이오 플라스틱 기술에 대한 연구는 선진국 수준에는 현저히 못 미치는 것으로 평가되어, 원천 기술개발의 저변 확대가 필요하다. 또한 우리나라의 생분해성 제품 관련 규격기준은 표준물질 대비 90%로 미국, 일본의 60%에 비해 지나치게 엄격하여 생분해 원천기술의 확보가 미흡한 국내 기업은 대부분 채산성이 맞지 않아 사업을 중단하고 있는 실정이다.

이에 따라 국내 규격 기준을 완화한 생분해성 물질을 30% 첨가한 생붕괴성 플라스틱 규격 기준을 마련하여 종량제 봉투에 적용하였으나 인장, 신장 등 물성이 약하고, 생산성이 부족하여 현재는 사업화되지 않고 있다.

바이오 플라스틱의 기술 개발 및 실용화를 위해 초창기 국내에서는 SKC, 대상, SK케미칼, 롯데케미칼(이전 호남석유화학), 한화, 이래화학, 새한 등이 참여하여 왔으나, 최근에는 기존 대기업 등 참여업체 등이 시장규모 협소로 인한 사업 보류, 해외에 비하여 너무 높은 생분해 제품 관련 환경마크 인증규격, 바이오매스 제품 원천기술 개발 미흡 등으로 인한 사업 중단, M&A 등에 의해 많이 정비가 되어 가고 있는 현상이 눈에 띄고 있다.

현재 바이오 플라스틱 제품을 취급하고 있는 업체는 기술력 기반의 전문업체로서 전분 발포, 생분해, 산화생분해, 바이오 베이스 플라스틱 원료 및 제품을 제조 판매하는 (주)바이오소재, 에코젠이란 상품명으로 제품을 출시한 SK케미칼, 최근 이래화학을 M&A한 삼성종합화학, 이산화탄소 폴리머를 추진하고 있는 SK이노베이션, 옥수수대 등 부산물을 적용하는 콘프라테크(주), 탄소저감 및 인체 무해성 자동차 내장품을 개발하는 SH글로벌, PLA 필름을 생산하는 SKC, 도레이케미칼 기타 친환경 완제품을 제조하는 포텍, 앤투앤, 보스팩, 에이유, 에코마스터, 세화피앤씨, 태승테크, 대원포장산업, 일신웰스, 비에스지, 유원컴텍 등이 있다.

현재 국내 기업들은 다른 외국에 비해 상대적으로 우위에 있는 수지의 가공 및 성형기술을 활용하여, 신소재 개발보다 실제 제품화 위주로 전환되어 가고 있는 새로운 국면에 접어들고 있다. 실제 바이오 플라스틱의 상용화 제품, 기존 플라스틱의 대체 제품, 화석연료 사용 절감을 위한 대체 제품 등이 속속 출시되고 있으나 최근의 연구 중심은 분해성보다는 감량화, 재활용 용이, 탄소저감 등으로 기울고 있다.

(3) 해외 바이오 플라스틱 연구개발 현황

미국, 일본을 비롯한 유럽의 선진국에서는 바이오매스 플라스틱 소재 개발을 위주로 하여 사업화를 추진하고 있으며, 이를 이용하여 쇼핑백, 쓰레기 봉투, 진공성형 제품, 사출품, 농업용 멀칭 필름, 완충재, 다층 필름, 기능성 필름 등의 다양한 용도의 바이오매스 플라스틱 관련 제품 실용화 개발 및 판매가 이루어지고 있다.

또한, 이들 기업은 미국의 MRI, 스위스의 시바 스페셜티 케미칼스 홀딩 Inc., 일본 KONICA Corp., 일본 다이셀 화학공업, 캐나다 EPI, Wells, 미국 EPI-Global, 영국 Symphony, 스웨덴 ADD-X Biotech, 싱가폴 Winrigo 등이 산화생분해성 기능을 추가한 고분자 개발 완료 및 추가 개발에 전력을 다하고 있으며, 영국 등 유럽에서는 판매가 활발하다.

기존 폴리올레핀계 열가소성 플라스틱의 자연환경에서의 완전분해(물, 이산화탄소 및 바이오매스로 분해)에 관련한 연구는 G. scott, Albertsson, Kostyniak 교수 등에 의해 정립되어 있고, 이후 활발한 연구가 이루어지고 있다.

바이오 플라스틱 기술과 더불어 유망한 환경 패키징 분야의 한 부분인 감량화는 PET(polyethylene terephthalate) 용기를 중심으로 진행되고 있다.