바이오인

 생분해성 고분자 소재 연구 및 선진 연구 개발 동향

한정우 PD / KEIT 화학공정PD실
허필호 교수 / 부산대학교

SUMMARY

□ 목적

○ 석유기반 합성 고분자와 유사한 물리화학적 및 기계적 성질을 가지며, 토양 매립 시 100%가 자연적으로 분해되는 천연물 또는 석유기반의 생분해성 고분자 기술 및 시장 현황을 소개

○ 이산화탄소 배출권을 규제하는 교토의정서의 틀 안에서 각 국가들은 이산화탄소를 절감하면서 현재 화학기반 플라스틱 사업의 주요 정책적 대안으로 지속 발전시키는 국내·외 생분해성 고분자 소재의 핵심 기술 개발 동향 및 선진 시장 동향을 파악하고 향후 국내 기술 개발 추진 방향을 제시

□ 주요현황

○ 스페인 남부 므르시아 해변에서 죽은 항고래의 뱃속에서 플라스틱이 무려 115개 약 29kg, 우리나라에서도 지난 19일 전북 부안 앞바다에서 잡힌 아귀 뱃속에서 20cm 크기 플라스틱 생수병이 나오는 상황으로 우리나라의 국민 1인당 플라스틱 연간 사용량은 2016년 기준 98.2Kg으로 세계 1위를 차지하고, 포장 폐기물의 경우도 2017년 기준 64.12kg으로 세계 2위를 차지함

○ 전세계 수돗물 81%에서 미세 플라스틱이 검출되었고, 미세플라스틱은 대부분 PE로 만들어진 일회용 비닐봉지로, 전세계 비닐봉지의 7%만 재활용되고, 78% 정도는 버려지게 되고, 그중의 90%는 바다로 흘러들고 있는 상황임

○ EU에서는 년간 2580만톤의 플라스틱 폐기물이 발생되고, 재활용율은 30% 수준 으로, EU 의회에서는 2021년까지 빨대·면 봉·접시·포크 등 일회용 플라스틱 제품을 재생가능한 친환경 소재로 대체하고, 2025년부터는 플라스틱병의 90%를 재활용 하는 것으로 가결됨

○ 2010년 미국의 생분해성 플라스틱의 수요는 25억 파운드로써 6억 천만 달러에 해당되며, 년 17% 증가할 것으로 예상됨. 생분해성 플라스틱의 평균가격은 경쟁적인 가격 구조와 석유기반 고분자들의 높은 공급 가격 및 보다 지속가능한 자원을 사용하고자 하는 정부, 환경 및 소비자의 점점 더 강화될 솔선수범으로 상대적으로 계속 낮아질 것으로 예상되고 있음

○ 생분해성 고분자/복합재료 플라스틱은 4억 2천만 파운드까지 매년 거의 20% 증가할 것으로 예측됨. PLA의 수요는 매년 30% 이상, 전분기반의 플라스틱 수요는 보다 저렴한 가격과 향상된 수지 혼합방식으로 매년 거의 18% 증가로, 폴리에스터 기반의 생분해성 수지의 수요는 계속되는 가격 감소와 필름 및 섬유 산업의 친환경성 관심 증대로 매년 24% 증가할 것으로 예측되고 있음

□ 시사점 및 정책제안

○ 세계 각국에서 기존 플라스틱과 비슷한 물성과 가격 경쟁력을 갖고, 인체에 무해하면서도 100% 완전 분해가 진행되는 생분해성 소재 개발과 상품화에 박차를 가하고 있음. 또한 이산화탄소 저감, 자연계에서 분해되어 환경 부하가 적게 되는 대체품 연구 개발이 지속적으로 이루어져 생분해 플라스틱(Biodegradable plastics), 산화생분해 플라스틱(Oxo-biodegradable plastics), 탄소저감형 바이오 베이스 플라스틱(Bio based plastics) 등의 친환경 고분자 제품이 식품 포장재, 산업용품, 농업용품, 생활용품, 자동차, 산업용품 등을 중심으로 출시되고 있으나, 현재 국내의 연구 및 제품화 기술 개발은 그 노력이 미흡한 상황임

○ 세계적으로 각종 플라스틱의 규제대상에서 생분해성 플라스틱은 제외되고 있으며, 연구 개발여하에 따라서 향후 생분해성 플라스틱의 수요가 점증할 것으로 예상되나, 국내 생분해성 고분자는 일부 산업분야에서 한정되어 사용되어지고 있어 그 제품화 영역이 종량제봉투, 완충포장재, 홍보용 제품 등에 한정됨. 국민소득 증대와 환경보호로의 확장된 인식 전환으로 생분해성 고분자에 대한 국내 기업의 관심은 폭발적이나, 자체적 소재 개발 및 제품 생산을 시도하기에는 경제성이 미미하여 여전히 기피 추세가 강해, 정부차원의 정책지원이 필요한 시점임

1. 생분해성 고분자 소재 개요

○ 분해성 고분자는 「빚, 열 및 수분 등의 환경조건하에서 화학구조가 현저히 변화하고, 그 물질 변화가 측정되는 고분자」로, 생붕괴 고분자(Disintegrable Polymer), 생분해 고분자(Biodegradable Polymer), 광분해고분자(Photodegradable Polymer)를 포괄하는 개념임. 그 중 생분해성 플라스틱은 토양 매립 시 100%가 자연적으로 분해되는 플라스틱으로, 이는 토양 매립에 따른 환경부하가 없으며, 유가 상승과 함께 석유자원의 고갈이라는 문제가 대두됨에 따라 대체 자원뿐 아니라 환경오염 해결 방안의 하나로 매우 각광을 받고 있는 분해성 플라스틱임

○ 특히, 생분해성 고분자는 천연 고분자, 합성고분자, 미생물 생산 고분자 및 천연물 고분자와 합성고분자의 블렌드(Blend)로 분류할 수 있음. 천연고분자류는 곡물에서 추출되는 starch(녹말), 게나 새우의 껍질에서 얻을 수 있는 chitin(키틴), Cellulose(셀룰로오스) 등이 생분해되는 생분해 고분자들이며, 합성하거나 미생물에 의해 생산된 생분해성 고분자에 비해 가공성은 떨어지지만, 가격이 상대적으로 저렴하다. 특히 전분은 가격이 저렴하고 가공성을 향상시킬 수 있는 다양한 변성 기술이 개발되고 있음.

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