일본, 미국, 유럽 화학기업들이 바이오 석유화학제품 개발에 적극 나서고 있다.
미쓰이케미칼(Mitsui Chemicals)은 바이오매스(Biomass) 베이스 IPA(Isopropyl Alcohol)를 원료로 독자 개발한 발효·탈수 기술을 적용함으로써 세계 최초로 바이오 PP(Polypropylene)를 상업 레벨로 생산하는 프로젝트를 추진하고 있다.
일본은 플래스틱 생산량이 2017년 기준 1110만톤에 달했고 PP는 251만톤으로 22.6%를 차지한 것으로 파악되고 있다.
가네카(Kaneka)는 해양에서 생분해되는 폴리머 PHBH를, 미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical) 역시 해양분해성을 보유한 생분해성 플래스틱 바이오 PBS(Polybutylene Succinate) 상업생산을 적극화하고 있다.

미쓰이, 바이오 PP 상업화
미쓰이케미칼은 PP 생산능력이 100만톤에 달하는 메이저로, 최근 석유 베이스가 아니라 바이오 공법을 개발하는데 주력하고 있다.
바이오매스에서 추출한 당밀을 발효시켜 IPA로 제조하고 IPA를 탈수시킴으로써 프로필렌(Propylene)을 생산한 후 PP로 중합하는 프로세스를 구상하고 있다.
바이오매스에서 바이오 PP를 제조하는 과정에서 배출되는 폐기물을 바이오매스 발전이나 바이오매스 재배용 비료로 전환함으로써 환경을 오염시키지 않고 모두 사용하는 순환경제를 실현할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
바이오 PP 프로젝트는 이산화탄소(CO2) 배출량 감축 효과가 톤당 4.2톤으로 제조과정에서 1.1톤, 폐기과정에서 3.1톤을 줄일 수 있는 것으로 예상하고 있으며 경제성을 평가한 후 2024년부터 생산을 시작해 2030년에는 10만톤 생산체제를 완성할 방침이다.
제조코스트는 석유 베이스 PP의 1.5배를 유지하는 것이 목표이며 세계적으로 바이오 PP가 상업 생산된 사례가 없어 성공 여부에 관심이 집중되고 있다.

PHBH와 바이오 PBS도 채용 확대
가네카는 바이오 베이스 PHBH 생산을 확대하고 있다.
PHBH는 미생물이 팜유를 섭취한 후 체내에 폴리머로 비축한 것을 추출해 생산하는 100% 식물 베이스 소재로 일본, 유럽 등에서 빨대, 식기·용기 등에 채용하고 있다.
유럽에서는 해양을 포함한 생분해성을 인증받았다.
일본 다카사고(Takasago) 공장에서 생산하고 있는 가운데 2019년 생산능력을 5000톤으로 5배 확대한 것으로 알려졌다.
앞으로 1-2년 안에 1개 라인 1만5000-2만톤 생산체제를 완성하고 수년 후에는 10만-20만톤으로 생산능력을 대폭 확대하는 방안을 검토하고 있다.
미츠비시케미칼이 생산하는 바이오 PBS는 숙신산(Succinic Acid)과 1.4-BDO(Butanediol)를 원료로 사용하며 생분해성을 보유하고 있다.
타이에서 PTT Global Chemical(PTTGC)과 2만톤 합작공장을 건설하고 있는 가운데 숙신산에 이어 1.4-BDO도 식물 베이스로 전환하는 방안을 추진하고 있다.
또 아디핀산(Adipic Acid)을 원료로 추가한 공중합체 PBSA(PBS Adipate)는 PBS 이상으로 분해성이 높고 해양분해성도 보유하고 있는 것으로 파악되고 있다.
미츠비시케미칼은 생분해성을 보유한 PVOH(Polyvinyl Alcohol)를 가스 차단층에, 신규 개발한 생분해성 접착성 수지를 접착층에 사용하고 바이오 PBS를 조합해 생분해성 다층 배리어 포장소재를 개발했으며 커피머신용 캡슐 등에서 채용이 늘어날 것으로 기대하고 있다.
또 바이오 PBS 필름과 생분해 제어기술을 활용한 새로운 농업용 멀티필름도 개발해 필름 폐기처리 부담을 경감토록 할 방침이다.

부타디엔, 바이오 기술 개발 가속화
다이셀(Daicel)은 Chitose Laboratory와 공동으로 미이용 생물자원으로부터 C4 유도제품을 제조하는 기술을 개발하고 있다. 
글리세롤(Glycerol)을 원료로 바이오 기술인 증탄반응을 이용해 에리스리톨(Erythritol)을 생산한 후 촉매 전환 프로세스로 부타디엔(Butadiene), BDO(Butanediol), THF(Tetrahydrofuran), 부탄올(Butanol) 등 유도제품을 생산하는 기술로 2019년부터 실용화 연구를 시작해 2021년 샘플을 출하할 방침이다.
석유 베이스가 아닌 기술로 C4 유도제품 생산이 가능해지면 부타디엔, THF 등 C4 유도제품의 산업구조가 변화함으로써 NCC(Naphtha Cracking Center) 운영에 큰 영향을 미칠 것으로 예상되고 있다.
C4는 NCC에서 에틸렌(Ethylene)을 제조할 때 부가적으로 생성되며 유도제품은 자동차 타이어 등 다양한 용도에 투입되고 있다.
일본에서는 C4 수요가 꾸준히 증가하고 있는 반면 공급은 에틸렌 생산과의 균형 문제로 제한되고 있으며 NCC 신증설 계획도 없어 수입을 확대하고 있다.
다이셀과 Chitose Laboratory는 2015년 무렵부터 글리세롤을 원료로 사용한 에리스리톨을 베이스로 C4 유도제품을 제조하는 프로세스를 개발하기 시작했다. 
신에너지‧산업기술종합개발기구(NEDO)의 스마트셀 관련기술에 관한 선도연구 사업으로 채택됐으며 글리세롤로부터 에리스리톨을 생산하기 위한 미생물 변환에 대해서는 니혼(Nihon)대학과, 촉매 변환에 따른 BDO 시험제작에 대해서는 도호쿠(Tohoku)대학과 제휴하고 있다.
다이셀의 아라이(Arai) 공장에 있는 배양조에서 발효공법을 이용해 에리스리톨 생산균 배양실험을, 히메지(Himeji) 소재 연구센터에서는 촉매 반응기로 C4 유도제품 제조실험을 실시하고 있다.
개발에 사용하고 있는 미생물균은 공업용으로도 활용하는 천연 에리스리톨 생산균종이며 글리세롤은 주로 팜유를 포함한 식물원료, 소기름, 생선기름 등을 원료로 투입할 방침이다.
Chitose Laboratory는 에리스리톨 발효균 개량을 담당하고 있다.
NEDO 사업에서는 고정밀 오믹스(Omics) 데이터를 해석해 고침투압 환경에서 에리스리톨 생성을 강화하는 시스템을 구축하고 생물 진화의 원동력 중 하나인 불균형 돌연변이를 효율적으로 유발하는 불균형 변이 도입방법과 선발을 조합한 독자의 스크리닝 육종을 활용함으로써 C4 생산에 가장 적합한 에리스리톨을 생성하는 미생물균과 프로세스를 확립할 계획이다.
다이셀은 글리세롤에서 C4 화학제품에 이르는 일괄 공업 프로세스의 경제성을 평가해 상업화를 적극화할 방침이다.
석유화학과 경쟁할 수 있는 바이오공법 개발에는 코스트 경쟁력 확보가 필수적으로 요구되고 있어 1개의 균으로 여러 화학제품을 생산할 수 있는 기술을 개발하거나 육종기술을 개량함으로써 코스트를 절감하겠다는 목표를 세우고 있다.

아로마틱, 바이오 상업화 급물살
미국에서는 바이오 아로마틱(Aromatics) 상업화를 추진하고 있다.
미국의 바이오화학 벤처기업 Anellotech은 최근 비식용 바이오매스 베이스 아로마틱 화학제품 생산에 대한 사업타당성 조사(FS)를 진행하고 있는 것으로 알려졌다.
텍사스의 실스비(Silsbee)에 건설한 파일럿플랜트에서 연속가동 및 생산 안정성 등을 확인하고 있으며 미국 남동부를 후보로 상업 플랜트를 건설하는 방안을 검토하고 있다.
상업 플랜트 건설지역으로 남동부를 주목하는 것은 비식용 바이오매스 베이스 아로마틱 생산설비가 투자 코스트(CAPEX)를 감축해야만 경쟁력을 확보할 수 있어 배수처리 등 부속설비는 기존설비를 활용할 수 있어야 하기 때문이다.
또 원료 목재(우드칩) 조달도 감안해 조지아 등 남동부가 유력 후보지로 떠오르고 있다.
완공시기 및 생산능력 구체화 작업을 진행하고 있으며 먼저 일부를 상업화한 후 다음 단계에서 생산능력 75만톤급 설비를 도입해 규모화에 따른 경쟁력 향상을 도모할 계획이다.
파일럿플랜트는 2016년 건설해 2018년 2월 2주 연속가동을 실현했으며 앞으로도 장기간 가동을 달성하고 수율 안정성을 확인함으로써 상업생산을 위한 준비를 본격화할 방침이다.
Anellotech은 촉매기술을 보유한 영국 존슨매티(Johnson Matthey), 화학 플랜트 등 프로세스 개발 사업을 영위하고 있는 프랑스 IFP Energies Nouvelles, Axens 등과 협업해 바이오 아로마틱, 바이오 연료 사업화를 추진하고 있다.
일본 산토리(Suntory), 도요타통상(Toyota Tsusho) 등과는 전략적 파트너십을 체결하고 있다.
제조 프로세스는 Anellotech이 유동접촉분해를 응용해 개발한 바이오 TCat 프로세스에서 우드칩을 가열한 후 촉매와 반응시켜 아로마틱제품과 C9 유분을 추출하는 방식으로 구성돼 있다.
Axens 기술을 활용함으로써 P-X(Para-Xylene), 벤젠(Benzene) 등으로 유도하고 C9 유분은 선박용 제트연료로 공급할 계획이다.
다운스트림 사업도 계획하고 있다.
2012년 파트너십을 체결한 산토리와 100% 바이오 베이스 PET(Polyethylene Terephthalate) 병을 상업화할 방침이다. 바이오 P-X에서 유도한 PTA(Purified Terephthalic Acid)와 이미 보급하고 있는 바이오 베이스 MEG(Monoethylene Glycol) 등을 원료로 활용한다.
P-X 뿐만 아니라 바이오 베이스 벤젠 유도제품도 생산하며 파트너와 나일론(Nylon), 스타이렌(Styrene)계, ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene) 등을 후보로 검토하고 있다.

P-X, 바이오제품 생산 시작된다!
영국 BP를 비롯해 Virent, 존슨매티 3사는 바이오 P-X 상업화를 추진하고 있다.
바이오 아로마틱은 영국 BP, Virent, 존슨매티 등이 2019년 3월 바이오 베이스 P-X 상업화를 위한 파트너 계약을 체결하는 등 친환경제품 수요 급증을 타고 개발이 활성화되고 있다.
3사는 폴리에스터(Polyester) 원료로 사용되는 P-X를 바이오 베이스로 생산함으로써 수요가 급증하고 있는 친환경 음료병 보급을 확대할 계획이다.
상업화를 추진하고 있는 바이오포밍(Bio-Forming) 기술은 셀룰로스(Cellulose), 녹말(Starch), 당을 수상개질 및 기존 화학반응 프로세스 등을 거쳐 P-X를 비롯한 화학제품이나 가솔린, 디젤 등 연료로 전환하는 프로세스이다.
Virent와 존슨매티가 개발한 프로세스에 폴리에스터 원료 생산실적이 있는 BP가 참여함으로써 새로운 합동개발 체제를 구축하고 상업화에 속도를 내고 있다.
코카콜라(Coca Cola) 등 음료 메이저들이 음료병을 식물 베이스로 변경하겠다는 의사를 밝혔고, 2020년까지 음료병 원료의 약 30%를 차지하는 MEG를 식물 베이스로 전환하는 Plant Bottle 프로젝트를 완수하겠다는 목표를 세우고 있다.
장기적으로는 100% 식물 베이스 도입을 목표로 하고 있으며 핵심 소재로 기대를 모으고 있는 바이오 P-X를 상업화하기 위해 코카콜라도 바이오포밍 기술에 적극 투자하고 있다.