바이오인

환경 대응형 생분해성 바이오융합 플라스틱 소재 개발 동향

[바이오 융합 소재·제조]

1. 서론

플라스틱으로 인한 환경오염문제는 전 세계적인 글로벌 이슈로 부각된지 10년이 넘어가고 있는 상황에서 플라스틱 폐기물 문제를 해결하고자 전 국가적으로 강제적 법안을 활발하게 논의 중이다. 제5차 유엔 플라스틱 협약 정부 간 협상위원회(INC-5)는 2024년 11월 25일부터 12월 2일까지 대한민국 부산에서 열렸으며, 이 회의에는 전 세계 178개국의 유엔 회원국 정부 대표단이 참가하여, 플라스틱 오염 문제를 해결하기 위한 국제 협약을 추진하였으며, 주된 쟁점 안으로는 플라스틱 생산규제 여부, 특정 플라스틱 제품과 유해 화학물질을 제한하는 방안, 개발도상국의 협약 이행을 위한 재원 조달 방안에 대한 논의가 진행되었다. 이러한 쟁점들에 대해 국가 간 견해 차이가 커 협약의 최종 성안에는 이르지 못하였으나, 플라스틱 오염 문제의 심각성과 이를 해결하기 위한 국제사회의 지속적인 노력을 보여주고 있다.

플라스틱 오염문제는 전 세계적으로 국가 및 기업 ‘ESG 경영’과 ‘탄소중립’ 수행을 위한 주요 해결 과제로 인식되고 있으며, 우리나라도 2050년 탄소중립 추진계획을 발표(’20.12)하면서 10대 중점 추진과제 중 하나로 ‘순환경제 활성화’를 포함시킨 바, 화이트바이오산업에 대한 관심이 증대되는 가운데 향후 미래에는 플라스틱 사용을 위해서는 플라스틱의 지속가능한 디자인이 요구되고 있다. 우리나라는 재활용 정책을 대안으로 추진하였으나, 인구 증가와 경제 발전에 따른 폐기물 증가, 재활용 시장의 불안 등 선형적 사후관리의 기존 플라스틱 폐기물 처리 정책의 한계로 근본적인 문제점이 노출된 바, 이러한 플라스틱 문제에 대한 여러 가지 국제적 정세를 고려하여 볼 때 생분해성 바이오플라스틱이 차기 대안으로 부상되고 있다.

새로운 플라스틱 저감을 위한 소재 개발 도입의 시급성은 여러 연구 문헌에서도 보고되고 있다. 그림 1과 같이 특별한 조치 없이 지금과 같은 정책을 펼치는 경우 2040년까지 플라스틱 사용량은 플라스틱은 2배, 바다로 유입되는 플라스틱은 3배, 바다에 쌓이는 플라스틱은 4배가 증가될 것으로 예측하고 있으며, 재활용 정책만을 시행하는 경우에도 7% 정도 줄일 수 있을 것이라고 보고하고 있다. 생분해성 바이오플라스틱 소재의 필요성은 글로벌 바이오플라스틱 생산량의 증가로도 확인할 수 있다. European bioplastics(Nova institute)에 따르면 글로벌 바이오플라스틱 생산 규모는 ’21년 241만 톤에서 ‘26년에는 760만 톤으로 증가를 예상하고 있으며, 글로벌 바이오플라스틱 시장규모는 2022-2029년까지 연평균 13.1% 성장하여 2029년에는 259억 3천만 달러에 이를 것으로 추측하고 있다.

그러나 생분해성 바이오플라스틱 소재에는 여러 가지 한계점이 존재하고 있다. 첫 번째는 기계적 성질 및 내구성의 문제인데, 상용화된 폴리락틱 엑시드(PLA), 폴리부틸렌 아디페이드-테레프탈레이트(PBAT) 등의 생분해성 바이오플라스틱은 기존 석유계 플라스틱인 폴리에틸렌 (PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 대비 기계적 물성과 내수성이 낮아, 일회용 봉투, 포장재 등 생활 편의형 제품에 국한되어 적용되는 상황이며, 장기간 사용이나 특정 물성이 요구되는 산업용 소재로 적용하는데는 한계성을 보인다. 최근 이런 문제를 해결하기 위하여, 다양한 생분해성 복합체 관련 연구가 보고되고 있다. 제안된 리뷰 페이퍼에서는 생분해성 플라스틱의 기능성을 향상시키는 복합소재의 다양한 제조 방법 및 이를 활용한 응용분야의 최신 연구방향을 소개하고 앞으로의 3050 탄소중립 시대에 요구되는 기술적 요구 사항을 제시하고자 한다.

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