바이오인

주정찬 / 한국화학연구원 선임연구원, 좌
이대희 / 한국생명공학연구원 선임연구원, 우

1. 바이오경제와 화이트바이오

 가. 화이트바이오의 중요성

  바이오경제는 바이오기술에 의한 새로운 발견이 관련 제품의 보급이나 서비스의 향상을 통해 인류에 편익을 가져다주는 다양한 경제활동으로 정의된다. 탈 석유경제의 해법으로 바이오경제가 주목받고 있으며, 정보기술(IT)이 경제 혁신을 지탱해 왔듯이 의료, 식량, 환경 등 광범위한 분야에서 바이오가 중심이 되는 새로운 시대가 도래 할 것으로 예측된다.
따라서 바이오경제는 인류의 복지와 경제성장을 동시에 달성하는 새로운 경제 패러다임으로서 지난 2009년 OECD는 2030년에 바이오경제 시대가 올 것으로 예측했다.
바이오경제의 토대가 되는 바이오산업은 질병의 예방·치료 등을 위한 의약품을 개발, 생산하는 의약바이오분야와 바이오기술과 IT, NT 등의 융·복합으로 질병의 조기발견 및 개인별 체질에 맞는 치료를 가능하게 하는 융합바이오분야, 식물 등 재생 가능한 자원을 이용해 화학제품 대체 및 저탄소 연료를 생산하는 산업바이오분야로 크게 나눌 수 있다.
바이오산업은 삶의 질 향상, 고령화, 만성질환 증가 등으로 웰리빙(well-living) 대한 폭발적 관심 증가에 따라 글로벌 시장이 지속하여 확대될 것으로 예상되고 있으며, 반도체, 자동차 화학제품 등 3대 산업 합계 규모를 뛰어 넘어 2015년 3,303억 달러에서 2024년 7,752억 달러로 연평균 9.9%의 성장이 전망되고 있다.1
특히, 산업바이오는 화이트바이오로 불리며 환경규제 대응 및 친환경 자원의 지속가능 이용을 주도하는 분야로, 각종 포비아 환경으로부터 벗어날 수 있는 깨끗한 사회 조성을 가능하게 하여 급격히 성장하고 있는 바이오산업 분야이다.

그림 1. 바이오산업의 세계 시장규모1

2. 화이트바이오 국내외 동향 비교

가. 해외 화이트바이오분야 동향

 1) 해외 화이트바이오 산업 동향

  미국, 유럽, 일본 등 주요 선진국에서는 지속가능한 사회구축 및 바이오경제에 대한 관심증가로 인해 기존 석유자원을 대체할 자원 또는 신규물질로서 바이오화학소재 및 바이오연료에 대한 수요가 급격히 증가하고 있다.
전 세계적으로 2015년 현재 약 40,000 여종의 바이오기반 제품이 판매 중에 있으며, 2013년 기준 약 1,260억 달러 정도의 시장규모로 보고되고 있으며, 연간 시장 성장률은 2020년까지 약 6.5%로 예측되고 있다.2
바이오화학제품의 세계 화학시장 대비 점유율은 2017년에는 12%(3천 490억 달러), 장기적으로 2050년에는 전체 화학시장의 50%에 이를 것으로 전망되고 있다.3 기후변화대응 및 친환경 제품 이미지 제고 등을 위해 자동차·전기전자·화장품·생활용품 등 다양한 분야에서 바이오화학 제품 수요가 점차 증가하고 있다.

그림 2. 바이오화학 산업의 시장규모 예측3

BASF, DuPont, Dow, DSM 등 세계 주요 화학기업들은 바이오화학으로 사업전환을 추진했으며, 지속적인 R&D를 통해 제품의 경제성을 확보하고 세계시장을 선점하고 있다. 대표적인 화이트바이오분야의 제품인 바이오플라스틱의 연간 생산량은 2013년 520만톤에서 2018년 약 1,700만톤으로 약 3배 성장할 것으로 전망하며, 바이오플라스틱은 현재 전 세계 합성 플라스틱 시장의 2% 수준인 256만 톤을 차지고 있으며 매년 20~30%씩 성장추세이며, 바이오 기반 플라스틱은 현재 전 세계적으로 PLA(폴리락틱산)와 PTT(폴리트리메틸렌테레프탈레이트), 나일론(폴리아미드) 등 약 20여 종 이상이 생산되고 있다.
석유계 소재를 사용하던 산업용 제품인 용제, 계면활성제, 가소제 등도 바이오화학소재로 대체되고 있으며 전 세계시장 규모는 2014년 기준 바이오용제 57억 달러(BioAmber, Myriant, Vertec Biosolvents 등), 바이오계면활성제 23억 달러(Soliance, Saray, Ecover 등), 바이오가소제 11억 달러(Danisco, Arkema, Lanxess 등)의 시장을 형성하고 있다.
화장품 시장은 대표적인 기능성 바이오소재가 쓰이는 분야로 화이트바이오기술을 통해 생산된 다양한 바이오화학제품이 출시되고 있다. Evolva는 효모로부터 F&F(Flavor & Fragrance)물질을 생산하고 있으며 가장 대표적인 제품은 바닐라향을 내는 원료인 고가의 바닐린(Vanilin)으로 “Natural" 라벨링을 획득하여 천연 원료의 높은 가격과 수급 불안정을 해소할 수 있는 소재로 기대되고 있으며, Amyris 역시 효모로부터 생산된 Farnesene을 기반으로 F&F 기업과 파트너십을 맺고 바이오 기반 F&F를 개발하고 있다. 특히, 100% 바이오 기반 스쿠알렌(NeossanceTM)으로 기능성 화장품 브랜드를 개발하고 제품화하는데 성공하였다.
또한, 이들 기능성 정밀화학제품 이외에도 효소 기반 의약품 중간체(Active pharmaceutical ingredient) 생물전환공정은 Merck, Pfizer 등 소수의 선진 기업들만이 기술 개발 및 상용화에 성공하였다. 화이트바이오 제품의 생산 가속화를 위해서, 초고효율 미생물을 초고속으로 제조하는 Zymergen 등과 같은 핵심벤처기업이 등장하고 있으며, 글로벌 기업은 합성생물학 기술을 활용하여 스마트 세포공장을 확보하고 바이오화학제품의 시장 진입 및 생산성 향상을 가속화하고 있다.
합성생물학의 발전은 미생물로부터 전통적인 바이오폴리머, 석유화학제품이 아닌 신규 바이오소재를 이용한 융합제품의 생산도 가능해졌다. 이와 같은 소재 및 제품들의 시장규모는 비교적 크지 않으나 범용화학소재에 비해 유가로 인한 영향이 적고, 제품 가격이 높으나 인체/환경 친화적으로 소비자에게 많은 관심을 받고 있다.

...................(계속)