미래의 대안, 생분해성 플라스틱

썩는 플라스틱(생분해성 플라스틱)이란 기존 화학 플라스틱과는 달리 사용 후 낙엽처럼 완전히 분해되는 대표적인 친환경 소재다.

비닐, 스티로폼 등 석유를 원료로 생산되는 화학 플라스틱은 소각 시 다이옥신 등의 유해물질을 방출하고 분해되는 데 수백년이 걸리는 등의 환경오염 문제를 발생시킨다. 특히 1950년대 이후 지금까지 버려진 플라스틱 양이 약 10억톤으로 아직까지 분해되지 않고 토양과 해양 생태계를 파괴하고 있다.

반면 생분해성 플라스틱은 주원료가 식물이나 미생물 등의 생체물질이며, 사용 후 자연계에 존재하는 미생물 등의 활동으로 수년 내에 물과 CO₂로 완전히 분해돼 다시 생체물질로 활용되므로 지속 가능한 순환형 생산 시스템을 구축할 수 있다.

■생분해성 플라스틱의 순환형 생산 시스템

생분해성 플라스틱은 옥수수 등 식물을 효소로 변환시키거나 플라스틱 성분을 분비하는 다양한 미생물을 발굴·배양해 생산한다.

PBS, PBAT 등 일부 생분해성 플라스틱은 석유를 원료로 생산되지만 최근 생체물질을 원료로 생산하는 방식으로 전환하는 추세다.

세계적인 화학기업 바스프는 퓨락과 합작사를 설립해 PBS, PBAT의 원료를 석유가 아닌 미생물 발효로 생산하는 공장을 2013년까지 완공할 계획이다.

■생분해성 플라스틱의 친환경성

생분해성 플라스틱은 화학 플라스틱에 비해 생산 공정에서 에너지 사용이 효율적이며, 유해물질 배출도 크게 감소된다.

생분해성 플라스틱인 PLA 생산 시 에너지 소비량과 온실가스 배출량은 각각 석유계 PET의 53%, 41% 수준이다.

또한 다이옥신 등 환경호르몬이 방출되지 않아 식품용기나 아기용품 등 생활용품으로 사용하기에도 적합하다.

생분해성 플라스틱은 폐기물이 거의 없어 수거비용 등 처리비용을 최소화할 수 있으며 노동력도 절감된다.

고기잡이 등에 사용되는 나일론 어구를 생분해성 플라스틱으로 대체하면 국내의 연간 폐어구 수거비용 약 150억원을 절감할 수 있다. 또 생분해성 멀칭필름을 사용해 경작 시 전체 노동시간이 종묘기계 이양을 통한 관행 농법의 20% 수준으로 감소한다.

이렇게 폐기 시 친환경적인 생분해성 플라스틱을 사용한다면 이를 생산하는 기업의 폐기물 부담금 부담도 덜 수 있다.

■화학 플라스틱과 가격 비슷

최근 이러한 장점을 가진 생분해성 플라스틱은 화학 플라스틱과의 가격 격차를 줄이면서 활용분야가 확대되고 있다.

PLA의 1995년 첫 시범생산 시의 가격은 당시 석유계 PE 대비 약 7배 수준이었다. 반면 2011년 현재는 비슷한 수준이다.

생분해성 플라스틱의 생산규모는 2010년 35만톤에서 2020년 280만톤으로 연평균 20% 이상 고속 성장할 전망이다.

더불어 생분해성 플라스틱의 물성도 개선되면서 일회용품, 포장재 중심의 활용범위도 건축자재, 전자·자동차 부품 등의 산업용으로 넓어질 전망이다.

■생분해성 플라스틱의 활용분야

생분해성 플라스틱의 주요 활용분야를 살펴보면 첫째, 일회용품이나 포장재 등 소비재용으로 가장 많이 활용된다. 선진국을 중심으로 일회용 플라스틱 봉투의 사용 규제가 강화되면서 이를 생분해성 플라스틱으로 대체하려는 움직임이 본격화되고 있다.

호주를 시작으로 2008년부터 본격적인 규제가 시작돼 장기적으로 일회용 플라스틱 물병, 생활용품, 산업용까지 확산될 전망이다.

특히 지금까지 상온 및 냉장용으로만 사용하던 생분해성 플라스틱이 강도와 열 안정성을 높임 제품의 등장으로 고온에서도 사용 가능한 제품의 영역까지 확산될 것으로 보인다.

둘째, 생분해성 플라스틱은 농·어업용으로 활용된다.

수거가 어려운 농업용 필름과 유실할 경우 해양 오염을 야기하는 어구의 재료를 생분해성 플라스틱으로 대체하고 있다.

수거율이 낮은 농업용 필름을 생분해성 플라스틱으로 대체 시 사용 후 필름 제거의 수고가 없어 수거 및 폐기 비용이 사라진다. 더욱이 2009년 국내 농업용 필름 수거율이 약 65% 수준이며 두께가 0.02㎜로 매우 얇은 멀칭필름은 수거가 어려워 토양오염을 야기하고 있다. 이를 생분해성 플라스틱을 대체 시 재료가격은 비싸지만 수거비용과 처리비용을 제할 시 경제성이 확보된다.

친환경 소재, 미래 블루오션

기술 개발 및 정부지원 절실

2009년 현재 세계 어구 유실량은 연 64만톤이며 유실된 어망 등은 바다에서 분해되지 않고 물고기가 걸려 죽게 만드는 고스트 피싱 등으로 해양 생태계를 파괴하고 있다. 이를 생분해성 플라스틱으로 대체 시 매립하거나 재생 칩 및 플라스틱 바구니 등으로 재생산이 가능하다.

특히, 생분해성 플라스틱의 구조나 물성 조절을 통해 경작물이나 어종에 따라 썩는 기간을 조절할 수 있어 농·어업 생산성 향상에 기여가 가능하다.

생분해성 필름은 퇴비화가 가능해 필름의 분해와 동시에 퇴비로 활용되는 일석이조의 효과를 거둘 수 있다.

셋째, 생분해성 플라스틱은 유해물질을 배출하지 않는 건축용 바닥재 및 단열재로의 활용이 가능하다.

건강 및 웰빙에 대한 관심이 증가함에 따라 유해물질을 방출하지 않는 벽지, 바닥재, 단열재 등 친환경 건축자재로서 생분해성 플라스틱 사용이 확대되는 추세다. 포르알데이드 등의 유해물질 방출이 없어 새집 증후군과 같은 환경문제에서 자유롭다.

마지막으로 전자부품 및 자동차 내장재 등 전자·자동차용으로도 활용된다.

화학 플라스틱에 비해 낮은 강도와 낮은 내열성이 개선되면서 전자제품 케이스에 활용되기 시작했고, 자동차 업계에서는 우선 내장재를 생분해성 플라스틱으로 대체하고 장기적으로는 내구성이 높아야 하는 외장재로 확대 적용할 예정이다.

일본의 자동차 기업 도요타는 2003년 PLA 복합소재를 개발해 보조타이어 커버 및 바닥 매트 등에 적용중이며 2015년까지 플라스틱 부품의 20%를 생분해성 플라스틱으로 대체할 방침이다.

■경쟁력 위해 대량생산체계 구축해야

상용화 초기 단계인 생분해성 플라스틱 시장에서 주도권을 확보하기 위해서는 생분해성 플라스틱 생산의 핵심기술인 미생물·효소 등 유전자 조작 및 공정 시스템 확립이 필수다. 특히 한국 기업은 생분해성 플라스틱을 수입해 가공제품을 만드는 수준에 머물고 있어 독자적인 기술 확보가 절실하다.

다행히 자연계에닌 아직 이용되지 않은 미생물과 효소가 많아 개발 성공 시 미생물과 효소 선점이 가능하다. 현재까지 상업적인 용도로 사용되는 미생물은 약 100여종이고 효소는 150여종이다. 그러나 지구상에는 약 550만여종의 미생물과 3,000여종의 효소가 있어 신기술 개발 가능성은 무궁무진하다고 할 수 있다.

더불어 한국의 강점인 발효공정기술과 화학공정 운영역량을 바탕으로 미생물 개량기술을 접목하면 경제성 있는 생분해성 플라스틱 개발이 가능하다.

업계에서는 현재 PLA 외에는 화학 플라스틱에 비해 경제성이 부족한 생분해성 플라스틱이 5년 내에 가격경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 전망하고 있다.

현재 PLA의 생산단가는 1kg당 2~2.5달러로 석유계 PE, PP의 생산단가인 1kg당 1.5~2달러에 필적할 수준까지 접근했다. 반면 PBS와 PHA 등의 생산단가는 1kg당 5달러 이상의 수준이다.

이 같은 가격 경쟁력 극복을 위해서는 대량생산체계 구죽이 필요하다. 현재 세계적으로 상용화된 생분해성 플라스틱의 생산규모는 연간 10만톤 이하다.

화학플라스틱 대비 낮은 물성을 개선하는 연구도 지속되야 한다.

낮은 강도와 낮은 내열성 등을 보완한다면 새로운 용도의 창출이 가능하다.

퓨락은 스테레오 콤플렉스(stereocomplex) 기술을 이용해 ABS와 대등한 열 안전성과 충격강도를 가진 복합소재를 개발, 자동차 외장재에 적용하는 것을 검토하고 있다.

■정부 지원 필요

미래의 블루오션인 생분해성 플라스틱 시장에서 뒤쳐지지 않고 시장을 선점하기 위해서 정부는 R&D 투자를 강화하고, 시장 확대를 위한 공공구매와 차액지원 등의 인센티브 등을 통해 기업을 적극적으로 지원해야 한다.

초기 투자 부담, 오랜 기술개발 기간, 결과의 불확실 성 등 기업이 독자 개발하기에 부담이 큰 리스크를 정부가 R&D 지원을 통해 해소해야 한다.

또한 공공기관 우선 구매 등을 통해 제품 생산 및 소비의 활성화를 도모해야 한다.

미 농무부는 2009년 생분해성 플라스틱을 포함한 바이오 기반 제품의 구매 진작을 위해 ‘BioPreferred’(재생 가능한 천연물 소재로 제작된 소비재 대상으로 별도의 바이오 인증로고 부착) 규정을 마련해 기업을 도왔다.

더불어 현재 가격 경쟁력이 부족한 생분해성 플라스틱에 대해 제품 생산 전 과정의 비용을 고려해 정부가 차액지원 등의 시장 활성화 정책이 필요하다.

2007년부터 경상북도를 중심으로 수산자원 보호 및 해양 생태계 보전을 위해 생분해성 어구 구입 시 나일론 어구 가격을 초과하는 비용 일체를 중앙정부와 지자체가 보조하는 사업을 진행중인데 이 같은 사업을 더욱 다양하게 펼칠 필요가 있다.

마지막으로 정부는 생분해성 플라스틱 관련 제품의 규격 표준화와 인증제도 효율화 등 관련제도 정비를 통해 기업 활동을 지원해야 한다.