화학저널 2022.04.11

지구온난화‧해양오염 타고 사용 본격화 … 카본 프라이싱이 결정타
지구온난화 문제와 해양 폐플래스틱 등 세계적인 이슈가 대두되면서 바이오 플래스틱이 주목받고 있다.
바이오 플래스틱은 화석자원을 사용하지 않고 사용 후 소각해도 식물이 생육할 때 흡수하는 대기 중 이산화탄소(CO2)로 돌아가기 때문에 이산화탄소 농도를 변화시키지 않는 바이오매스 플래스틱과 폐기 후 물과 이산화탄소로 생분해돼 환경을 오염시키지 않는 생분해성 플래스틱으로 구분되고 있다.
최근에는 SDGs(지속가능 개발 목표) 달성을 위한 수요가 급증하면서 공급이 따라가지 못하는 사례가 잇따르고 있다.
바이오 플래스틱은 20여년 전부터 개발됐으나 최근 들어 시장 성장이 본격화되고 있다.
미국 네이처웍스(Nature Works)가 2000년대 초 대규모 PLA(Polylactic Acid) 플랜트를 상업 가동하며 수차례에 걸쳐 바이오 플래스틱 도입 기운이 확대됐으나 높은 코스트와 내열성 등 물성, 성형성 과제 때문에 사용 영역이 한정돼 있다. 
그러나 해양 폐플래스틱 문제와 중국이 시작한 폐플래스틱 수입 금지 조치 등으로 일회용 플래스틱 시장이 역풍을 맞으면서 최근 1-2년 사이 상황이 급변하고 있다.
그동안 세계 폐플래스틱을 대부분 수입해온 중국이 수입 금지에 나서자 일부에서 폐플래스틱 발생량을 줄이기 위해 플래스틱 대신 종이를 채용하는 등 대체 움직임이 나타났지만 취급방법이나 기능, 위생성 등 플래스틱만의 특성을 전부 대체할 수 없어 100% 전환은 불가능한 것으로 파악된다.
바이오 플래스틱은 플래스틱 고유의 특성을 그대로 유지하면서 환경에 미치는 악영향을 줄일 수 있다는 점에서 많은 관심을 모으고 있다.
바이오 플래스틱은 크게 바이오매스 베이스 플래스틱과 생분해 플래스틱으로 구분하나 한쪽의 특성만 가지고 있거나 양쪽 특성을 모두 갖출 수도 있다.
사탕수수 베이스 바이오 PE(Polyethylene)나 피마자유 베이스 PA(Polyamide) 11은 바이오매스 플래스틱이지만 석유화학 원료로 제조 가능한 생분해성 플래스틱도 다수 존재하고 있다.
반면, PLA나 가네카(Kaneka)가 상업화한 PHBH 등은 생분해이면서 100% 바이오매스 베이스이며 미츠비시케미칼(Mitsubishi Chemical)의 바이오 PBS(Polybutylene Succinate)는 생분해이면서 일부만 바이오매스 베이스이다.
석유화학제품인 플래스틱은 종류가 다양하고 기능, 코스트에 따라 다시 분류되듯이 바이오 플래스틱에도 여러 종의 수지가 존재하며 여러 방면에서 개발 및 용도 개척이 이루어지고 있다.
폴리머 자체 개발은 물론이고 컴파운드를 통한 물성 개량과 최적화, 바이오 플래스틱에 맞춘 설계, 어플리케이션 개발이 진행되고 있다.
특히, 생분해성 플래스틱은 비생분해성 플래스틱이 혼합되면 기능을 최대한 활용할 수 없어 회수 루트 등 인프라를 포함하는 개발 방식이 반드시 요구되고 있다.
선진국 정부들은 앞으로 석유 베이스 플래스틱을 석유 베이스가 혼합된 바이오 플래스틱으로 전환하고 2050년까지 100% 바이오 플래스틱으로 대체할 것으로 예상된다.
일본은 2030년까지 생활 플래스틱의 20%, 사업장 플래스틱의 15%를 대체하고 2050년에는 소각·매립 대상을 중심으로 생활 플래스틱은 100%, 사업장 플래스틱은 45%를 대체할 방침이다.
그러나 바이오 플래스틱은 아직 기존 석유 베이스 플래스틱을 기능적으로 전면 대체할 수 없으며 공급도 부족한 것으로 나타나 최근에는 매스밸런스(물질 수지) 방식 적용에 대한 기대가 높아지고 있다.
매스밸런스는 기존 원료에 바이오계 원료를 혼합한 만큼 상응하는 양을 바이오매스 플래스틱으로 간주하며 종이, 팜유, 전력 등 다양한 산업계에서 이미 사용하고 있는 개념이다.
슈퍼 EP(엔지니어링 플래스틱) 등 원료를 바이오매스화하기 어려웠던 소재도 바이오화가 가능해질 것으로 기대되고 있다.
그러나 바이오플래스틱은 코스트가 보급을 가로막는 과제로 남아 있다.
바이오 PE는 범용 플래스틱보다 코스트가 높음에도 현재 비닐봉투용으로 널리 사용되고 있으나 비슷한 사례는 흔치 않으며 높은 물성이 요구되는 공업용은 바이오 플래스틱을 채용하면 성능이 저하되는 것은 물론 코스트가 상승할 수밖에 없어 채용을 주저하고 있다.
그러나 앞으로 탄소가격화(카본 프라이싱) 등이 본격화되면 바이오 플래스틱 채용이 확대될 수밖에 없어 수요기업들도 바이오 플래스틱을 채용할 수 있는 시스템을 구축해야 할 것으로 판단된다. (강윤화 선임기자)
표, 그래프: <글로벌 바이오 플래스틱 생산능력>
<화학저널 2022년 4월 11일>
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