[특별기획] 바이오플라스틱

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특·별·기·획(Ⅱ)

서 중 매킨지 분석자료가 있다. 기술개발 활동으로 는 2007년부터 일본에서 에탄올로부터 올레핀제조 기술 개발을 위한 연구회가 조직되어 활동 중이며, 에탄올에서 프로필렌 제조는 직접적 전환이 어려워 복분해(metathesis) 촉매 개발을 진행 중인 것으로 분석되고 있다. Wikipedia 사전에 따르면 바이오매

스 유래 폴리에틸렌이 그린 폴리에틸렌이라는 이름 으로 새롭게 분류되고 있음을 예시하고 있다. 실제 브라질에서는 자국의 값싼 에탄올을 기반으로 폴리 에틸렌을 생산하는 여러 개 프로젝트들이 진행 중인 데 최근에 소개된 기사에서는 브라질의 Braskem사 와 일본의 Toyota Tsusho Corporation은 사탕수수 로부터 폴리에틸렌 생산을 위한 활동을 공동으로 진 행하고 있고, 미국 Dow사는 브라질 Crystallsev사와 합작으로 2011년에 에틸렌으로부터 35만톤의 폴리 에틸렌 생산 공장의 건설 계획을 발표한 바 있다. 또 한 브라질 Odebrecht사가 2009년에 20만톤의 그린 폴리에틸렌 생산을 계획 중인 것으로 되어 있다. 참 고로 브라질에서는 2012년까지 생산되는 폴리에틸 렌의 17%를 사탕수수 원료를 사용할 계획을 수립 중이다.

바이오플라스틱은 바이오매스 유래 고분자를 통칭 한다. 초기 의미는 주로 생분해성 고분자를 중심으로 의료용에 사용되는 고분자를 칭하였으나 현재 원료의 재생가능성이 중요해지면서 생분해 여부 보다는 바이 오매스와 같이 재생가능한 자원으로부터의 유래 여부 가 더 중요해졌다. 바이오플라스틱의 개념이 이렇게 변화하는 데 주요한 역할을 한 것은 지구온난화와 같 은 전지구적 환경문제에 대한 대중의 관심 증가이다.

바이오플라스틱은 바이오매스로부터 제조되므로 [그 림 1]과 같은 과정을 거쳐 잉여 이산화탄소를 발생하 지 않는 소위“CO

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Neutralization 개념” 을 지니게 되 어 지구온난화의 주범인 이산화탄소를 발생하지 않는 물질로 인식되며, 따라서 이에 대한 중요성은 날로 증 가하는 추세에 있다.

산업동향

2013년 발효될 교토의정서에 따른 탄소세 도입은 이산 화탄소 발생의 문제가 단순한 환경오염의 문제를 넘어 경제적인 문제로 발전하고 있으므로 이산화탄소를 발생

그림 5. 에탄올로부터 유도되는 중요한 화학제품 예시.

김 용 환

광운대학교 화학공학과, [email protected]

그림 1. 바이오플라스틱의 CO2Neutralization 개념도.

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하는 기존 석유기반 고분자는 탄소세의 도입으로 고분자 시장에서 경제적 경쟁력이 약해질 가능성이 높다. 반면 에 바이오플라스틱의 시장 경쟁력은 날이 갈수록 증가할 추세이므로 현재 날로 발전하는 바이오기술을 감안한다 면 바이오플라스틱의 미래는 더욱 밝다고 할 수 있다. 해 외시장에서 상품화되었거나 현재 상품화를 추진하고 있 는 대표적 식물자원 기반 고분자 소재는 다음과 같다.

현재 바이오플라스틱 시장은 환경규제가 강한 미 국·유럽·일본을 중심으로 형성되어 있으며, 유럽은 전체 바이오폴리머 시장의 60% 정도를 차지하는 세 계 최대 시장으로 분석되고 있다. 유럽은 지난 2005년 2월 폴리머의 환경친환경 생산을 보장하는 자율협정 을 체결하였는데, 협약에 참여한 BASF

사·Cargill사·Novament사 등은 폴리 머 생산시 국제적으로 인정된 표준안 (Standardization)을 준수할 것을 선언하 였다. 동 협약은 주로 포장재와 일회용 봉 투의 규제에 초점을 맞추고 있으며, 궁극 적으로는 바이오플라스틱의 생산과 소비 를 촉진할 것으로 분석되었다.

일본의 경우도 날로 강해지는 환경규제 가 기업들의 바이오플라스틱 참여를 활발 하게 하고 있으며, 이러한 화학기업들은 주로 일회용 봉투·식품포장재 등에 한정 되어 오던 바이오플라스틱의 물성을 개선 하여 전자제품 등에 확대 적용하고 있다.

이러한 예로 미쓰비시 플라스틱은 PLA 와 또 다른 생분해성 플라스틱을 배합하

여 내열성을 개선시켰으며, 소니가 이것을 신형워크 맨의 외장재로 채택하였으며, 산요는 미쓰이 화학이 개발한 PLA를 적용하여 세계최초의 생분해성 DVD 를 생산하였고, 후지쯔와 도레이는 내열성이 우수하 고 가공성이 좋으면서도 충격에 강한 바이오폴리머를 개발하여 휴대폰 및 노트북 외장재에 적용한 바 있다.

자동차회사인 도요타는 연간 1천 톤 규모의 자체 PLA 생산설비를 보유하고 있는데, PLA를 스페어타 이어 소재 등 자동차 부품에 적용하고 있으며, 이외에 도 테니스라켓 줄·식물재배용기·음식접시·칫솔 제조용 PLA를 다수의 기업에 공급하고 있다.

바이오플라스틱 시장의 가장 큰 과제는 역시 기존 석유화학제품에 대한 가격 경쟁력 확보에 있는데, 최 근에는 고유가 지속과 함께 바이오제품의 생산기술 발전으로 석유화학기반 플라스틱과의 가격 격차가 현 저히 줄어들고 있으며, 일부에서는 석유화학제품과 곧바로 경쟁할 수 있는 제품도 나타나고 있다. 예를 들어 대표적인 바이오플라스틱의 하나인 PLA의 최 근 가격은 파운드 당 90센트~1달러 정도로 폴리스티 렌(파운드 당 95센트)과 거의 대등한 수준으로 향후 전분 고분자

Polylactic acid(PLA)

Polytrimethyleneterephthalate(PTT) Polybutyleneterephthalate(PBT) Polybutylenesuccinate(PBS) Polyhydroxyalkanoates(PHAs) Polyurethanses(PURs) Polyamides(Nylons) Cellulose 고분자

이래화학 생분해성 플라스틱, 비닐 등 지방족 폴리에스테르 (상품명 : ENPOL) 생산기술 네이처웍스 생분해성 플라스틱 사용 PLA 제조기술

친환경 종이, 펄프 등 (발효, 중합, 개환중합기술)

대상 전분계 비닐 생산

고분자 블렌딩기술 (상품명 : Bionyl RegreenForm)

한국바스프 에코플렉스 생산 지방족 폴리에스테르

생산기술

도레이새한 생분해성 플라스틱 PLA 제조기술

(상품명 : Ecodear) (발효, 중합, 개환중합기술)

그린케미칼 생분해성 플라스틱 PLA 제조기술

(발효, 중합, 개환중합기술) 에콜그린 생분해성 플라스틱 이용 PLA 제조기술

친환경 생활용품 (발효, 중합, 개환중합기술)

호남석유화학 생분해성 필름 생산 전분계 고분자/

(상품명 : BD7030) 방족 폴리에스터 SK Chemical 생분해성 필름, 몰드, Sheet 생산 전분계 고분자/

(상품명 : Sky Green) 지방족 폴리에스터

표 1. 국내의 생분해성 플라스틱/고분자산업 현황

업체명 생산품목 생산기술

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당분간 고유가가 지속될 것으로 예상되어 PLA의 가 격 경쟁력은 계속 유지될 것으로 보인다.

바이오플라스틱의 국내시장은 아직 매우 빈약한 상 태인데, 주로 생분해성 고분자를 중심으로 시장이 형 성되어 있으며, 특히 전분계와 셀룰로오즈계 등 천연 고분자와 PBS와 같은 지방족 폴리에스터 등을 중심으 로 이루어져 있다. 최근에 들어서는 세계시장의 변화 와 함께 국내시장에도 PLA를 중심으로 한 바이오플 라스틱의 시장이 형성되고 있으며 관련업체에서 제품 생산을 위한 연구개발을 진행하고 있는데, [표 1]은 현 재 국내회사에서 생산되고 있는 상품들과 이들의 특징 을 나타내고 있다. 기존의 전분계 고분자와 알리파틱 폴리에스터를 중심으로 한 생분해성 고분자의 생산을 위한 연구개발을 꾸준히 지속하는 한편, 새롭게 PLA 를 중심으로 신규 바이오플라스틱을 연구개발 생산하 고자 하는 기업들이 늘어나고 있는 것이 사실이다.

기술동향

[그림 2]는 현재 유수한 고분자 제조 및 제품 생산 업체들이 바이오기반 고분자를 개발하고 이들을 이용 한 제품 생산을 위하여 채택한 전략을 나타내고 있다.

여기서 주목할 것은 기존 석유화학기업과 바이오기업 이 기술적 측면에서 제휴하거나, 기존 대량 생산/소비 회사가 직접 바이오기술을 도입하여 시작하는 것이다.

이중 상당히 성공적인 것은 바이오기업과 석유화학기 업이 제휴한 사례이다.

대표 회사는 CargillDow사, DuPont사, BASF사, P&G사, Genencor사, Metabolix사, Kaneka사, Toyota 사, Mitsui사 등으로 화학회사와 바이오회사들이 서로 협력하여 공동으로 이러한 화학소재를 개발하려는 노 력을 하고 있다. 바이오플라스틱 생산이 화학회사 혹은 바이오회사 자체만의 기술력으로 이루기에는 어려움이 있는 기술인만큼 이들은 상호 협력연구를 통하여 이 기 술들을 개발하고 노력하고 있다. Frost &

Sullivan사에 따르면 바이오플라스틱은 2015년 전체 플라스틱 시장의 1.5~4.8%를 차지하고 시장규모가 400만~1,250만 톤에 달할 것으로 예상되고 있다.

한편, 고분자 시장의 세계적 흐름이 바 이오플라스틱으로 바뀌면서 국내에서도 최근에는 여러 기업에서 PLA를 중심으로 한 연구개발을 서두르고 있다. 아직 국내 기업들의 연구개발에 대한 인식의 폭이 좁 아 바이오플라스틱 중에서도 PLA를 이용 한 컴파운딩이나 블렌딩 등을 통한 물성개량 연구만 생각하고 있으며, PLA 이외의 다른 부가가치가 높은 바이오플라스틱의 개발에 대한 의지가 약한 것이 현실 인데, 외국의 연구개발 트렌드와 비교할 때 매우 안타 까운 부분이다. 그러나 PLA와 같은 선도적 바이오플 라스틱[그림 3]이 속속 시장 진입에 성공하고 있기 때 문에 조만간 바이오플라스틱이 바이오화학산업의 주요 한 제품 중의 하나가 될 것을 의심하지 않는다.

그림 2. 바이오기반 고분자 개발을 위한 해외기업들의 전략.

그림 3. 바이오플라스틱(PLA)를 채용한 삼성애니콜 사례.