바이오인

생분해성 바이오플라스틱 생산기술과 산업동향

< SUMMARY > 
 
■ 생분해성 바이오플라스틱 산업과 동향분석
 
○ 전 세계적으로 폐플라스틱과 미세플라스틱으로 인한 환경오염이 심화되어 난분해성 일회용 플라스틱 제품 사용 규제를 강화하고 있음.

○ 석유계 비분해성 플라스틱 대체를 위한 생분해성 바이오플라스틱시장이 급성장함에 따라 선진국은 생분해성 바이오플라스틱 제조기술 경쟁력 확보에 최선을 다하고 있으며, Starch blends, PLA, PBAT, PBS, PHA 등이 핵심 소재이며, Novamont, NatureWorks, Total Corbion PLA, BASF, Mitsubishi Chemical, Kaneka社 등이 글로벌 시장을 주도하고 있음.

○ 생분해성 바이오플라스틱 시장규모가 성장함에 따라 환경영향을 최소화하기 위해, 생분해성 바이오플라스틱의 순환기술(재활용(Recycling), 퇴비화(Composting), 혐기성 소화(Anaerobic digestion)기술 등이 개발 중임.
 
■ 시사점 및 정책제안
 
○ 새로운 소재 등장과 사용촉진제도의 도입 확대를 고려하면, 바이오플라스틱 시장은 예상(‘23년 262만톤)보다 더 빠른 속도로 증가할 것으로 예측되며, 기존 석유 유래 단량체를 100% 바이오매스 기반 단량체로 점차 대체할 것으로 예상됨.

○ 현재 생분해성 바이오플라스틱을 대부분 수입에 의존함에 따라 국내 생분해성 바이오플라스틱 소재 자립화를 위해 원료-소재-제품-순환의 전주기 기술 개발 및 실증, 바이오플라스틱 사용촉진제도 및 인증제도의 마련이 시급함.

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1. 생분해성 바이오플라스틱 개요

■ 플라스틱으로 인해 발생하는 사회문제 심화

○ 플라스틱 생산량 (1950-2015, 83억 톤)의 78%인 63억 톤이 플라스틱 폐기물로 발생했으나 9%만 재활용이 되고 12%는 소각, 79%는 매립 또는 투기되었고, 현재의 플라스틱 소비 형태를 유지할 경우, 2050년에는 연간 11억 톤 플라스틱을 전체 석유의 20%를 소비하여 생산되며, 이의 플라스틱 폐기물*로 인해 인류 생존에 위협
※ 2050년까지 누적 폐플라스틱 발생량은 330억 톤이며 120억 톤이 소각, 120억 톤이 매립 혹은 투기되며, 90억 톤만이 재활용될 것으로 예측

| 그림 1. 플라스틱 폐기물 발생과 문제점 |

(자료 : Geyer et al., 2017, Science Advances, The New Plastics Economy - Rethinking the future of plastics) 
 

○ 네이처 지오사이언스지에 따르면 세계에서 가장 미세플라스틱으로 오염된 지역 2위와 3위가 각각 인천 및 낙동강 하류로 밝혀졌으며, 대한민국은 세계에서 가장 오염된 해안을 가지고 있는 상황임 [1].

■ 플라스틱문제 해결을 위한 국제적 노력
 
○ 전 세계적으로 폐플라스틱과 미세플라스틱으로 인한 환경오염이 심화되어 일회용 플라스틱 제품 사용 규제를 강화하고 있음.
- 현재 프랑스, 이탈리아, 인도, UAE, 파키스탄 등 산화 생분해 플라스틱(Oxo-degradable bioplastic) 포장재 사용에 대한 법령을 제정하고 있음.
- EU에서는 플라스틱 면봉, 빨대, 풍선 막대, 그릇, 식기, 음료 막대, 병, 물티슈, 봉지, 포장지 등 일반인이 가장 많이 사용하는 10개 플라스틱 제품 사용을 금지하는 법안을 2021부터 발효하여, 2025년까지 각 회원국은 전체 유통되는 플라스틱 음료수 병 중 90% 이상을 수거해야 함.
- EU의 플라스틱 전략은 △플라스틱 제품 재활용 △플라스틱 폐기물 발생량 감축 △투자 및 혁신 유도 △글로벌 대응으로 구분되며, 이를 통해 2030년까지 플라스틱 분리수거 및 재활용 산업 분야에서 20만 개의 일자리를 창출한다는 목표를 제시함.

| 표 1. 국내·외 플라스틱제품 관련 환경 규제 현황 |

○ 분해되지 않는 플라스틱으로 인한 환경문제를 해결하기 위해 전 세계 30여 개의 글로벌 기업(BASF, DSM, Dow, Braskem, ExxonMobil, Total, Shell, Mitsubishi Chemical Holdings, Mitsui Chemicals, Procter & Gamble 등)들은 해양 폐플라스틱 감소 및 제거를 위한 솔루션을 증진하는 ‘플라스틱 쓰레기 제거 연합(AEPW, Alliance to End Plastic Waste)‘을 결성하였음 [2].
- AEPW는 5년간 15억달러 투자를 목표로 하며, 플라스틱 쓰레기 최소화를 위한 새로운 솔루션 개발은 물론, 폐플라스틱 재활용을 통해 순환경제에 기여하는 솔루션 또한 가속화 할 예정임.
 
○ BASF는 플라스틱 재활용을 증진시키는 혁신적인 기술 개발을 목표로 켐사이클링(ChemCycling) 프로젝트를 진행하여, 2018년 폐플라스틱의 화학적 재활용을 통한 생산된 첫 파일럿 제품을 발표하였음 [3].

                    (a)

                    (b)

■ 생분해성 바이오플라스틱의 필요성

○ 생활플라스틱은 일상생활에서 사용하는 비닐봉투, 일회용컵, 포장용기, 위생용품 등 일상생활의 편의증진을 위해 사용되는 범용성 플라스틱 소재의 집합을 의미함.

○ 생활플라스틱에 사용되는 소재는 5대 범용 석유계 소재로 알려져 있는 폴리에틸렌(PE : polyethylene),  폴리프로필렌(PP : polypropylene), 폴리스티렌(PS : polystyrene), 폴리비닐클로라이드(PVC: polyvinyl chloride), 폴리아크릴(PMMA: Poly(methyl methacrylate))로 제조함.
- 난분해성 생활플라스틱은 자연 조건에서는 분해가 되지 않아, 적절한 분리수거 및 재활용 과정을 거치치 않고 토양 및 해양에 노출되면, 시간이 경과됨에 따라 미세플라스틱(직경 0.001 ~ 5 mm의 작은 플라스틱 입자)로 변환되어 바다로 흘러들어가 해양 생물이 섭식하고, 다시 인간에게 돌아와 생태계를 교란함.

○ 바이오플라스틱(Bioplastics)은 기존 화석연료로 생산되는 플라스틱의 보완재 또는 대체재인 친환경 플라스틱 원료 및 제품으로서 유래와 생분해성에 따라 생분해성 플라스틱(Biodegradable plastics)과 바이오매스 기반 플라스틱(Biobased plastics)으로 구분할 수 있음.

| 그림 3. 생분해성과 원료 유래에 따른 바이오플라스틱의 분류 |

(자료 : European Bioplastics, nova-Institute (2018) Bioplastic market data 2018
 

○ 플라스틱은 분해의 기작에 따라 다양한 분해로 구분할 수 있으나 대표적으로는 물리적·화학적 분쇄에 의하여 단량체 단위로 분해가 되는 수준과 물, 이산화탄소, 바이오매스로 각각 분해가 되는 생분해로 크게 구분되며, 생분해성 바이오플라스틱은 폴리에스터 계열임.

○ 플라스틱 생분해는 대부분 매립 토양 혹은 해양에서 발견되는 미생물에 의해서 일어나므로 생분해 조절기술은 제품용도 및 사용 및 분해 환경 조건에 맞추어 개발이 필요함.

| 표 2. 플라스틱의 생분해성 특성 |

...................(계속)

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