미국 및 유럽 화학기업들이 지속가능성에 중점을 둔 사업체제 구축에 박차를 가하고 있다.
엑손모빌(ExxonMobil)은 바이오연료 상업화를 목표로 자체기술을 보유한 클라리언트(Clariant)와 제휴해 셀룰로오스(Cellulose)계 바이오매스를 바이오연료로 전환하는 기술을 개발하고 있으며, 코베스트로(Covestro)는 제철공장 폐가스를 이용한 폴리올(Polyol) 생산 프로젝트에서 공업설비 가동을 앞두고 있다.
온실가스 감축에 기여하거나 화석연료에 의존하지 않고 화학제품을 생산하는 시스템을 확립함으로써 생산제품 및 생산활동의 지속가능성을 향상시키기 위한 전략으로 풀이된다.

엑손모빌, 클라리언트와 제휴로…
엑손모빌은 바이오연료 상업화를 추진하기 위해 클라리언트와 공동연구에 관한 파트너십 계약을 체결하고 클라리언트가 보유하고 있는 기술·지식을 활용해 농작물 폐기물 등 셀룰로오스계 바이오매스를 바이오연료로 전환하는 기술을 개발하고 있다.
엑손모빌은 최근 온실가스 감축에 기여하는 에너지 솔루션에 대한 투자를 확대하고 있다.
바이오연료 연구개발(R&D) 프로젝트는 미국 Renewable Energy Group(REG)의 자회사 REG Life Sciences와 공동으로 추진하는 가운데 상업화를 가속화하기 위해 클라리언트를 영입했다.
REG는 셀룰로오스계 바이오매스로부터 전환한 당을 원료로 미생물을 이용한 발효기술을 적용해 단일공정으로 바이오디젤을 생산하는 기술을 보유하고 있다.
공동 프로젝트에서는 클라리언트의 Sunliquid와 REG의 기술을 조합해 바이오매스로부터 바이오디젤을 생산하는 프로세스 기술을 개발하고 있으며 클라리언트가 독일 바이에른(Bayern)에서 운영하고 있는 파일럿 설비에서 실증시험을 진행할 계획이다.
Sunliquid는 셀룰로오스계 에탄올(Ethanol)을 효소 중심으로 생산하는 종합적인 기술로 보릿짚, 옥수수 줄기와 잎, 사탕수수 버개스 등 폐기물 전처리에서 화학제품을 투입하지 않고 고효율로 C5 및 C6 당으로 전환하는 방식을 채용하고 있으며 2020년 상업생산을 목표로 루마니아에 바이오 에탄올 5만톤 공장을 건설할 예정이다.
엑손모빌은 다양한 바이오연료 R&D 프로젝트도 진행하고 있다.
미국 위스콘신(Wisconsin) 대학교와 공동으로 셀룰로오스 바이오매스를 연료유로 전환하는 기술을 개발하고 있으며 바이오기업 Synthetic Genomics와는 해조류를 이용해 고효율로 바이오연료를 생산하는 기술을 개발하고 있다.

GGC, 바이오에탄올 50만리터 상업화
타이의 Global Green Chemical(GGC)은 바이오에탄올(Bio-Ethanol)을 상업화한다.
GGC는 PTT Global Chemical(PTTGC)의 자회사로 바이오 화학제품 사업을 영위하고 있으며 최근 사탕수수를 원료로 바이오에탄올을 하루 50만리터를 생산할 수 있는 공장을 건설해 2021년 상업 가동하겠다는 계획을 발표했다.
타이 설탕 메이저 등과 합작을 통해 사업을 추진할 계획이며, 원료 사탕수수부터 이어지는 통합형 컴플렉스를 건설할 방침이다.
장기적으로는 PLA(Polylactic Acid) 등으로 생산제품군을 확대할 방침이며 연구개발을 가속화하고 있다.
GGC는 최근 타이 설탕 생산기업인 KTIS와 합작을 통해 북부 나콘사완(Nakhon Sawan)에 사탕수수를 원료로 바이오 화학제품을 생산하는 대규모 컴플렉스를 건설하기로 결정했다.
우선, 바이오에탄올 상업화를 준비하고 있는 것으로 알려졌다.
타이에서는 사탕수수 베이스로 에탄올을 생산하고 있는 곳이 있으나 주로 제당 프로세스에서 부산물로 얻을 수 있는 당밀을 원료로 사용하고 있다.
반면, GGC는 차별화하기 위해 사탕수수를 착즙해 직접 에탄올을 생산하는 기술을 개발하고 있으며, 아직 수율 안정화라는 과제가 있으나 2년 안에 극복해 상업생산에 나설 예정이다.
나콘사완 컴플렉스에서는 바이오에탄올 다음으로 유산-PLA, 바이오 숙신산(Succinic Acid) 등으로 포트폴리오를 확대해나갈 계획이다.
GGC와 KTIS는 2018년 8월 핀란드 국영 바이오 연료 정제기업인 Chempolis Oy와 바이오 화학제품 사업화 조사를 실시하기로 합의한 바 있다.
Chempolis Oy의 셀룰로오스 활용기술을 도입하기 위한 목적으로 현재 순조롭게 준비가 진행되고 있는 것으로 알려졌다.
GGC 그룹은 미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)과 합작 설립한 PTT MCC Biochem이 바이오 PBS(Polybutylene Succinate)를 생산하고 있으며 연구개발 분야에서 PBS와 PLA를 조합시킨 신소재 개발도 진행하고 있다.
GGC는 2011년 세계 최대 PLA 메이저 미국 NatureWorks에게 출자해 산하에 통합시켰다.
그룹 파워를 집결시켜 타이에서 PLA를 생산하고 사탕수수를 원료로 한 바이오 화학제품 생산체인 확충을 본격화할 방침이다.
GGC는 촌부리(Chonburi)에서 바이오디젤 원료로 사용하는 식물 베이스 지방산 메틸에스터 등을 생산하고 있다.
또 메틸에스터나 정제 글리세린 생산을 위한 No.2 생산라인 구축에도 나서는 등 설비투자를 적극화하고 있으며 앞으로도  GGC 그룹의 핵심 바이오 화학제품 생산기업으로서 사업 확대에 주력할 계획이다.

GS칼텍스, 바이오화학 육성 “총력”
GS칼텍스는 2015년부터 바이오에탄올, 바이오매스 원료, 피롤리돈(Pyrrolidone) 등 바이오화학제품 제조기술 개발과 상업화를 위한 기반시설인 바이오 컴플렉스 구축을 추진하고 있다.
군산 2국가산업단지에서 진행하고 있고 2019년 시험생산이 가능할 것으로 예상된다.
GS칼텍스는 바이오화학 사업을 신 성장동력으로 집중 육성하면서 다양한 파일럿 플랜트를 잇따라 완공하고 경제성 여부를 따져본 뒤 본격 상업화하는 전략을 유지하고 있어 주목된다.
현재 바이오에탄올 외에 바이오부탄올(Bio-Butanol), 2·3-BDO(Butanediol), 바이오나일론(Bio-Nylon) 등을 중점 개발하고 있는 것으로 알려졌다.
바이오부탄올은 2007년부터 연구개발에 착수해 10년 동안의 연구 끝에 양산에 필요한 관련 기술들을 확보하고 40건 이상의 국내외 특허를 출원했으며 총사업비 500억원을 투자해 2017년 말 여수 제2공장에 실증플랜트를 완공한 바 있다.
이후 세계에서 처음으로 상업화 테스트를 거치는 실증 사업에 나섰으며 현재 생산능력은 400톤으로 파악되고 있다.
바이오부탄올은 코팅제, 페인트, 접착제, 잉크 등 용제 원료로 사용이 가능하고 휘발유와 섞어서도 사용할 수 있으며, 특히 파리 기후변화협정이 시행되는 2020년 전후로 휘발유에 바이오연료를 의무적으로 섞어 쓰는 정책이 시행되면 앞으로 수요가 더욱 늘어날 것으로 예상된다.

2·3-BDO에 바이오나일론도 개발
2·3-BDO는 군산에 300톤 데모플랜트를 건설하고 있다.
2·3-BDO는 석유화학 기반의 1·3-BDO를 대체 가능하며 보습·방부 특성을 보유하고 있어 화장품, 헬스케어용 원료로 투입할 수 있고 식물의 성장을 촉진해 농작물 보호제 원료로도 활용이 가능하다.
그동안 기술적 한계와 폭발 위험성이 있어 석유화학 공정에서 생산이 제한됐으나 바이오화학 공정에서는 문제점을 극복하고 경쟁력을 확보할 것으로 기대하고 있다.
국내 시장규모는 2016년 기준 약 4000억원 수준이며 앞으로 농업용, 고분자 원료로 적용이 확대된다면 더욱 성장할 것으로 예상된다.
바이오나일론은 2017년 초 대전에 50톤 파일럿플랜트를 완공했으며 시험가동 후 경제성을 평가하고 있다.
바이오화학 효소기술과 GS칼텍스가 보유한 고분자 중합기술을 활용해 개발한 것으로 아직 상업화 사례가 없어 상업가동이 기대되고 있다.
바이오나일론은 석유화학으로 제조한 화학섬유 나일론을 대체할 수 있으며 신축성, 냉감 등을 활용하면 기능성 섬유에 적용이 가능하고 흡습성을 활용해 면 소재를 대체하거나 식품 포장재 및 EP(엔지니어링 플래스틱), 화장품 분야에도 적용할 수 있다.
GS칼텍스는 이밖에 고부가 바이오화학제품인 에틸랙태이트(Ethyl Lactate) 생산기술 개발에도 착수했으며 전기·전자, 화장품, 농약, 의약, 페인트, 용제 분야에서 활용을 기대하고 있다.

바이오디젤, 세계수요 연평균 4% 증가
바이오디젤(Biodiesel)은 FAME(Fatty Acid Methyl Ester)으로 대표되는 바이오연료로 2017년 글로벌 시장규모가 3100만톤, 335억달러로 추정되고 있으며 2023년까지 연평균 3.7% 성장할 것으로 예상되고 있다.
생산능력 비중은 아시아가 33%로 가장 높고 유럽 32%, 중남미 20%, 북미 14% 순으로 파악되고 있다.
바이오디젤은 온실가스 배출량 감축 효과가 있어 각국 정부가 다양한 세금우대 및 법령을 통해 사용을 촉진하고 있다.
미국은 수요가 꾸준히 증가함에 따라 생산능력 및 수입을 계속 확대하고 있다.
유럽연합(EU)은 각국의 온실가스 배출규제 및 바이오연료 도입목표가 상이함에 따라 바이오디젤 시장 전망이 불투명하나 소비량은 서서히 증가하고 있다.
EU는 2018년 재생에너지 도입목표를 상향 조정했으나 바이오디젤은 지속가능한 팜유 생산을 위한 협의회(RSPO) 인증이 요구되고 있으며 앞으로는 운수산업을 중심으로 폐기물, 비식용 자원을 원료로 사용하는 2세대 바이오 연료가 증가함에 따라 재생 가능한 HVO(Hydrogenated Vegetable Oil) 수요가 늘어날 것으로 예상되고 있다.
중남미 바이오디젤 시장은 브라질과 아르헨티나가 주도하고 있다.
양국은 바이오디젤 소비 및 생산을 촉진하기 위해 높은 배합비율을 의무화하고 있으며, 특히 아르헨티나는 최근 유럽에서 바이오디젤 관세가 인하됨에 따라 수출을 재개했다.
동남아시아에서는 인도네시아와 타이가 정부지원 및 풍부한 팜유를 바탕으로 바이오디젤 시장을 견인하고 있다.
인도네시아는 EU를 상대로 세계무역기구(WTO)에 제소한 반덤핑 분쟁에서 승소한 이후 유럽수출이 급증했으며, 타이는 바이오디젤 배합의무 및 꾸준한 디젤 수요에 따라 바이오디젤 시장이 계속 급성장할 성장할 것으로 예상되고 있다.
중국은 정책이 부족하고 수익성이 낮아 바이오디젤 수요가 낮은 증가세를 지속하고 있다.
바이오디젤 시장은 앞으로 디젤연료 시장흐름에 좌우될 것으로 예상되고 있다.
바이오디젤은 디젤에 혼합할 때 기술적으로 문제가 거의 없으나 원료인 식물유 및 동물성 지방, 식물 경작지에 한계가 있으며 환경보호, 노동환경을 고려한 RSPO 인증이 확대됨으로써 인증제품 가격이 상승할 가능성이 높아지고 있다.
이에 따라 원료 안정조달 및 가격경쟁력 확보가 선결과제로 부상하고 있다.
핀란드 네스테(Neste)가 공급하는 HVO는 세계 바이오디젤 소비량에서 차지하는 비율이 약 11%에 불과하나 앞으로는 유럽, 미국을 중심으로 수요가 증가할 것으로 예상되고 있다.
<강윤화 선임기자: kyh@chemlocus.com>