국내 석유화학산업은 최근 2세대 원료인 폐식용유를 중심으로 바이오 원료 적용을 확대하고 있다.
바이오 원료는 1‧2‧3세대로 구분하며 3세대로 갈수록 탄소 감축 효과가 크지만 원료 확보가 어렵거나 관련기술이 기초수준에 가까운 것으로 평가된다.
1세대 바이오 원료는 옥수수, 팜유, 대두유 등 식용 작물로 지속가능성에 한계가 있는 반면, 2세대는 목질계 펠릿과 폐식용유, 동물성 유지 등 비식용 원료로 원료 확보는 제한적이나 식량과 경쟁하지 않고 탄소 감축 효과가 높은 것으로 평가되고 있다.
3세대 원료는 미세조류, 포집탄소 및 수소 등 비식용 원료이며 확보가 용이하나 1‧2세대에 비해서는 추출 등 확보기술의 난도가 높은 편이다.

LG화학, 이태리와 HVO 합작 본격화
LG화학(대표 신학철)은 바이오 오일 사업 확대에 박차를 가하고 있다.
LG화학은 2024년 1월 이태리 최대 국영 에너지기업 에니(ENI)와 차세대 바이오 오일 합작법인 설립을 위한 본계약을 체결했다.
양사는 2026년까지 LG화학 대산 사업장에서 수소화 식물성 오일(HVO: Hydrotreated Vegetable Oil) 30만톤 공장을 완공하며, LG화학은 HVO를 사용해 SAP(Super Absorbent Polymer), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PVC(Polyvinyl Chloride) 등 플래스틱 생산을 확대할 계획이다.
LG화학과 ENI는 2023년 2월 HVO 합작공장 설립을 위한 주요조건합의서(HOA)에 서명하고 기술 타당성 및 경제성 평가 등을 함께 진행한 바 있다.
HVO는 폐식용유 등의 식물성 원료에 수소를 첨가해 만드는 차세대 바이오 오일이며 저온에서도 얼지 않아 자동차·항공용 연료로 사용이 가능하다.
글로벌 HVO 시장은 2021년 970만톤에서 2030년 4000만톤대로 연평균 20% 성장할 것으로 전망되고 있다.
클라우디오 데스칼지 ENI 최고경영자(CEO)는 “바이오 원료는 2050년 탄소중립 달성을 위한 주요 전략 가운데 하나”라며 “LG화학과 함께 바이오 오일의 입지를 굳건히 다질 것”이라고 강조했다. 

에쓰오일, 폐식용유로 저탄소 연료 생산
에쓰오일(대표 안와르 알 히즈아지)은 친환경 에너지·화학 사업을 본격화하고 있다.
에쓰오일은 2024년 1월 국내 정유기업 최초로 폐식용유 등 바이오 원료와 폐플래스틱 열분해유 초도물량을 석유정제 공정에 투입했다. 
에쓰오일은 원료 조달 방안으로 2022년 폐식용유 수거기업 올수에 지분을 투자하는 등 신에너지 사업 추진에 대비하고 있으며 폐식용유, 팜 부산물 등 바이오 원료와 폐플래스틱 열분해유를 기존 석유정제 공정에 원유와 함께 투입·처리해 탄소 집약도가 낮은 지속가능한 항공연료(SAF) 등 저탄소 연료유와 친환경 석유화학 원료를 생산할 계획이다.
2023년 7월과 12월 폐플래스틱 열분해유와 바이오 원료 처리에 대해 각각 규제 샌드박스 승인을 받았고 원료 투입설비 설치 등 준비 작업을 마무리해 공정 투입을 시작한 것으로 알려졌다.
앞으로 2년 동안 새로운 대체원료의 혼합비율을 조정하면서 수율 변화와 공정 영향성 등을 평가해 친환경제품 생산량을 확대할 예정이다.
에쓰오일은 2024년 국내 정유기업 최초로 폐식용유와 생활 폐기물 등을 원료로 만드는 SAF(지속가능 항공유)에 대해 ISCC 탄소 상쇄 및 감축제도(CORSIA) 인증, 유럽연합(EU)의 재생에너지지침(RED)에 따른 저탄소 연료 생산을 인증하는 ISCC EU, 자발적 시장(비규제 시장)의 친환경제품 인증인 ISCC 플러스를 획득했다.

현대케미칼, 바이오 나프타 양산 “차별화”
HD현대케미칼(대표 고영규)은 바이오 나프타(Naphtha) 생산에 나선다.
HD현대케미칼은 2024년 3월 CJ제일제당과 친환경 바이오 선순환 체계 구축을 위한 업무협약(MOU)을 체결했으며 친환경 바이오 나프타와 친환경 플래스틱을 생산할 예정이다.
CJ제일제당으로부터 대두유, 폐식용유 등을 바이오 원료로 공급받아 바이오 나프타를 생산한 후 친환경 플래스틱을 CJ제일제당에게 공급하며, CJ제일제당이 간편 가정식 용기와 포장재 등에 활용하는 것으로 알려졌다.
HD현대케미칼은 바이오 원료 400톤을 초도 투입해 2024년 말까지 1만2000톤의 친환경 플래스틱을 생산할 계획이다.
바이오 원료를 투입해 바이오 나프타를 만드는 공정과 원료, 최종제품까지 모든 과정에서 ISCC 인증을 받아 생산하는 것은 국내 최초이다.
고영규 HD현대케미칼 대표는 “국내 최초로 바이오 원료 투입부터 친환경 플래스틱 생산까지 모든 제조과정에 대해 ISCC 인증을 받았다”며 “바이오 나프타를 수입에 의존하는 국내 석유화학기업과 달리 바이오 나프타 생산부터 완제품 공급에 이르는 전체 생산 과정을 구축했다는 점에 의미가 있다”고 강조했다.
김상익 CJ제일제당 식품한국대표는 “자원 선순환은 ESG(환경·사회·지배구조) 경영에 매우 중요한 요소”라며 “앞으로도 국내기업 간 자원 선순환 협력을 확대하겠다”고 강조했다. 

현대오일뱅크, 바이오디젤 상업가동 “시작”
HD현대오일뱅크(대표 주영민)는 바이오디젤 생산을 시작했다.
HD현대오일뱅크는 2024년 4월 대산공장에 바이오디젤 설비를 준공하고 동·식물성 기름 등을 원료로 본격 생산에 돌입했다. 바이오디젤 전용공장의 생산능력은 13만톤으로 알려졌다. 
바이오디젤은 석유 베이스 연료와 성질이 유사하고 온실가스(GHG) 감축 효과가 커 바이오 항공유나 선박유 등 바이오 베이스 연료 가운데 일찍부터 상용화된 연료이며 국내에서도 의무 혼합비율을 현재 4%에서 2030년 8%까지 확대할 예정이다.
HD현대오일뱅크는 국내 최초로 초임계 공정을 바이오디젤 공장에 도입했다. 초임계 공정은 고온·고압 조건에서 촉매 없이 생산하는 기술로 팜 잔사유처럼 산도가 높아 처리가 까다로운 비식용 원료도 투입할 수 있어 기존 공법 대비 식용 자원 의존도를 낮출 수 있다.
HD현대오일뱅크는 안정적 원료 공급망 확보를 위해 롯데웰푸드와 협력하고 폐자원 순환경제에도 동참할 계획이다. 롯데웰푸드로부터 폐식용유 등 원료를 공급받아 바이오디젤을 생산한 다음 롯데그룹 계열사의 운송용 트럭 등에 다시 공급하는 방식이다.
HD현대오일뱅크는 최근 윤활유 사업을 확대하고 친환경 에너지 사업으로의 전환을 가속화하는 등 수익성 개선에 주력하고 있다.
주영민 HD현대오일뱅크 대표는 “바이오디젤 공장 준공을 시작으로 바이오 항공유와 선박유 생산의 초석을 다졌다”며 “앞으로 바이오디젤 수출 사업 등 친환경 종합 에너지기업으로 전환을 본격화할 것”이라고 강조했다. 
이밖에 국내 정유기업 중 SK이노베이션은 바이오 연료 시장 선점을 위해 2023년 말 자회사 SK트레이딩인터내셔널을 통해 도축 부산물에서 나오는 동물성 지방과 음식점, 식품 공장 등에서 발생하는 폐식용유를 바이오 디젤, SAF 등의 원료로 공급하는 대경오앤티 지분 100%를 확보한 것으로 알려졌다.
아울러 쓰촨성(Sichuan), 윈난성(Yunnan), 구이저우성(Guizhou) 등 중국 서남지역 최대 폐식용유 공급기업인 진샹(Jinxiang)에 투자해 쓰촨진샹환경기술의 지분 11.6%를 확보했다.

금호석유화학, 합성고무 바이오화
금호석유화학(대표 백종훈)은 합성고무 원료 바이오화에 주력하고 있다.
금호석유화학은 2024년 2월 SK지오센트릭, 동서석유화학과 바이오 원료 공급망 구축 업무협약(MOU)을 체결했으며 기존 원료 공급망에서 모노머인 AN(Acrylonitrile)과 부타디엔(Butadiene)을 바이오 모노머로 전환하는데 협력할 계획이다.
바이오 모노머는 유채씨유, 폐식용유 등 친환경 원료를 사용한 바이오 나프타로부터 생산하며 동서석유화학은 SK지오센트릭의 바이오 프로필렌(Propylene)을 원료로 한 바이오 AN을, SK지오센트릭은 바이오 부타디엔을 각각 금호석유화학에게 공급할 계획이다.
금호석유화학은 3사 협약을 통해 바이오 모노머 공급망을 확보하고 1분기 SBR(Styrene Butadiene Rubber), NBR(Nitrile Butadiene Rubber), HSR(High Styrene Rubber), SB(Styrene Butadiene)-라텍스(Latex), NB(Nitrile Butadiene)-라텍스 등 합성고무 5종과 PS(Polystyrene), ABS, SAN(Styrene Acrylonitrile) 등 합성수지 3종에 대해 국제 친환경 인증인 ISCC 플러스를 추가해 친환경제품군을 확대할 방침이다.
이밖에 3사는 울산 석유화학단지에서 석유화학산업의 지속가능한 성장을 위한 장기적 협력관계를 형성하는 데에도 뜻을 모았다.
백종훈 금호석유화학 대표는 “지속가능한 바이오 원료 공급망을 기반으로 친환경 포트폴리오 다각화에 속도를 낼 것”이라며 “3사가 앞으로 석유화학산업에서 함께 협력할 수 있는 분야가 더욱 확대될 것으로 기대한다”고 강조했다.

바이오 원료, 풋웨어 소재로 재탄생…
국내 화학기업들은 바이오 원료로 풋웨어 소재를 생산하며 적용을 확대하고 있다.
LG화학은 4월26일 중국 상하이에서 열린 플래스틱·고무 박람회 차이나플라스 2024에서 데상트와 친환경 브랜드 공동 마케팅 업무협약(MOU)을 체결하고 데상트의 하반기 출시 신발에 친환경 소재를 활용하기로 했다. 
LG화학이 폐식용유나 폐플래스틱을 재활용한 열분해유를 원료로 친환경 BCB POE(Polyolefin Elastomer), EVA(Ethylene Vinyl Acetate Copolymer), 고무 등을 제조해 공급하면 데상트가 신발 깔창에 적용할 계획이다.
SK케미칼은 100% 바이오 폴리올(Polyol)을 풋웨어 소재로 공급한다. 동성케미컬, 비와이엔블랙야크와 바이오 PO3G(Polyoxytrimethylene Ether Glycol) 에코트리온(Ecotrion)으로 지속가능한 풋웨어 소재를 개발해 블랙야크 트레킹화 343 MAX에 적용한 것으로 알려졌다.
동성케미컬이 SK케미칼의 100% 바이오 베이스 폴리올 에코트리온으로 풋웨어용 바이오 PU(Polyurethane) 네오판(Neopan)을 생산했으며, 블랙야크는 네오판으로 풋 필로우 쿠셔닝 폼(Foot Pillow Cushioning Foam)을 제작해 트레킹화 미드솔(중창) 뒤꿈치 지지층에 적용했다.
SK케미칼의 에코트리온은 기존 석유화학 원료 대비 온실가스 발생량을 40% 가량 저감시키는 원료를 사용한 친환경 소재로 리사이클이 어려운 스판덱스, 인조가죽, 우레탄(Urethane) 탄성 소재 생산에 사용하며, 동성케미컬 네오판은 바이오 원료를 사용하면서도 기존 PU의 높은 탄성과 유연성은 유지해 풋 필로우 쿠셔닝 폼의 충격 흡수 기능을 구현한 것으로 평가된다.
SK케미칼은 2022년 울산공장에서 에코트리온 양산을 시작했으며 생산능력은 수천톤급으로 알려졌다.
노중식 동성케미컬 PU사업본부장은 “풋웨어용 바이오 PU 네오판의 환경적 장점과 뛰어난 물성을 바탕으로 다양한 풋웨어 브랜드와의 협업 기회를 모색하고 있다”며 “동성케미컬의 수지 배합, 합성 기술로 풋웨어마다 다른 특징과 기능성을 최대화해 니즈에 부합하는 솔루션을 제공할 것”이라고 강조했다.
김응수 SK케미칼 그린소재사업본부장은 “바이오 소재는 재활용 플래스틱과 더불어 석유화학 소재를 대체할 수 있는 유력한 대안 중 하나”라며 “지속가능 트렌드를 이끌고 있는 빅 브랜드를 중심으로 PO3G의 지속가능성과 기능성을 적극적으로 부각해 나갈 계획”이라고 덧붙였다.

바이오화학, 타이 영향력 확대…
타이는 바이오 소재 위탁생산 시장에 출사표를 던졌다.
타이 에너지‧정유 메이저 Bangchak은 2024년 9월 완공을 목표로 바이오 소재 위탁개발‧생산(CDMO) 공장을 건설하고 있으며 3단계에 걸친 공사를 통해 2027년 배양능력 100만톤 체제를 확립할 방침이다.
최근 화학‧소재‧식품 분야에서 바이오화가 진전됨에 따라 수요기업의 스케일업을 위해 소재 공급을 확대하고 프로세스 개발을 지원함으로써 고성장 시장에서 조기에 확고한 위치를 다지는 것을 목표로 하고 있다.
바이오 소재 CDMO 공장은 바이오 연료 자회사 BBGI와 미국, 인디아에 사업장을 둔 Fermbox Bio의 합작기업 BBGF가 건설하고 있으며 먼저 9만리터급 배양조 2기를 도입해 배양능력 20만톤을 확보할 계획이다.
바이오 촉매 등 일부 자체생산도 진행하나 수요기업의 프로세스 개발 및 소재 공급 등 위탁 사업에 더욱 큰 비중을 둘 예정인 것으로 알려졌다.
합작 파트너 Fermbox Bio는 최적화된 미생물로 단백질, 효소 등을 고효율 생산할 수 있는 정밀발효 기술을 갖추었고 헬스케어, 화장품 분야에서 채용실적을 확보함에 따라 Fermbox Bio의 기술을 응용해 사업 확대가 가능할 것으로 기대하고 있다.
BBGI는 Bangchak이 타이 제당 메이저 Khon Kaen Sugar와 설립한 합작기업으로 바이오 에탄올(Ethanol), 디젤 등을 공급하며 지속가능 항공연료(SAF) 사업화, 미국 MIT 스핀오프 바이오기업 Manas Bio 출자에 나서는 등 고부가 사업 확대에 박차를 가하고 있다.
현재 Bangchak의 방콕(Bangkok) 정유공장 인근에 SAF 공장을 건설하고 있으며 2025년 1분기 상업가동이 가능할 것으로 예상하고 있다.

브라질, 바이오화학 원료 중심지로…
브라질이 바이오산업 중심지로 부상하고 있다.
일본 미쓰이(Mitsui)물산은 바이오화학 사업 확대를 목표로 세계 최대 펄프 메이저인 브라질의 스자누(Suzano Papel e Celulose)와 바이오 화학제품, 차세대 연료 등 바이오 소재 생산체인을 구축하고 산림자원 사업을 확대할 계획이다.
스자누와 2023년 3월 양해각서(MOU) 체결 후 바이오 분야를 중심으로 사업 타당성 조사(FS)를 실시해왔고 2024년 1월 바이오 화학제품, 연료 등 각종 유도제품 생산‧판매 사업을 공동으로 검토하는 내용의 기본합의서를 체결한 것으로 알려졌다.
앞으로 2026년까지 추진하는 단기 프로젝트에서 펄프 잔사를 농축‧분리한 리그닌(Lignin)과 바이오 메탄올(Methanol), 셀룰로스(Cellulose) 등을 제조해 화학제품 원료로 공급하며, 2030년경 시작하는 2단계 프로젝트로는 우드칩을 열분해한 바이오 오일과 그린수소, 바이오 이산화탄소(CO2) 등을 사용한 e-메탄올(합성연료) 등을 상업 생산하는 것을 목표로 하고 있다.
스자누는 활엽수 유칼립투스 자원량이 260만헥타르(160만헥타르는 식림량)로 세계 최대이며 펄프 생산능력이 1090만톤에 달하는 가운데 2024년 6월까지 8공장을 건설해 1345만톤 체제로 확대할 계획이어서 바이오 원료 경쟁력이 우수한 것으로 평가되고 있다.
유칼립투스를 6-7년 동안 성장시킨 후 벌목하고 토양‧기후 환경에 맞추어 종묘를 개발함으로써 펄프 제조코스트를 대폭 낮춘 것이 특징이며 2022년에는 EBITDA(감가상각비 차감 전 영업이익) 이익률 57%를 달성했다.
기존에는 원목을 주택 등 건축자재용으로 공급하거나 펄프로 제조해 종이, 골판지 등으로 공급했으나 최근 부가가치를 더욱 높일 수 있는 바이오 화학제품 사업에 관심을 가지면서 화학소재 관련기업들과 연계를 본격화하고 있다.

산림자원 활용해 리그닌부터 에틸렌까지 생산
미쓰이물산은 스자누와 스자누의 기존 제지공정을 바탕으로 바이오화학 사업화를 추진한 다음 생산체인을 확장해나갈 계획이다.
먼저 발전, 열원 등에 사용했던 펄프 잔사를 농축‧분리시켜 리그닌을 유도하며 미쓰이물산이 아스팔트나 콘크리트 혼화제, 페놀(Phenol) 유도제품 등으로 생산하는 방안을 검토하고 있다.
리그닌 농축 과정에서 발생하는 부생가스를 포집‧정제해 바이오 메탄올을 생산하며 2026년 2만톤 공장을 건설함으로써 선박 연료용 공급을 시작할 예정이다.
중장기적으로는 바이오 메탄올 20만톤 체제 확립을 목표로 하고 있으며 선박 연료용 뿐만 아니라 화학제품 원료용으로도 사용할 수 있다는 판단 아래 일본 화학기업들에게 제안할 예정이다.
펄프 자체는 셀룰로스를 경유해 바이오 에탄올(Ethanol), 복합소재 등으로 유도한다.
바이오 에탄올은 미생물로 당화‧발효시켜 비식용 제2세대 바이오 에탄올을 제조하고 출자기업인 란자제트(LanzaJet)의 기술을 활용해 SAF로 만들거나 탈수 과정을 거쳐 바이오 에틸렌(Ethylene) 등을 생산할 수 있을 것으로 기대하고 있으며, 나노셀룰로스와 마이크로피브릴화셀룰로스 등으로 섬유화해 바이오 복합소재 수요를 충족시키는 방안 또한 검토하고 있다.
2단계 프로젝트로는 펄프 공정이 아닌 우드칩 등 산림자원을 직접 열분해해 바이오 오일과 바이오 나프타 등을 생산할 예정이다.
또 차세대 가스화 및 메탄올 합성기술을 활용해 바이오 메탄올을 공급하며, 에탄올 제조 시 배출되는 바이오 이산화탄소를 브라질에서 생산된 그린수소로 e-메탄올 등 합성연료로 고부가화할 계획이다.
미쓰이물산은 산림자원을 식량과 경쟁하지 않는 지속가능 바이오매스로 주목하고 있으며 2015년경부터 사업 확대에 박차를 가하고 있다.
2016년에는 세계 2위의 산림 관리 사업자인 오스트레일리아 New Forests에 출자한데 이어 2023년 최대주주로 등극했으며, 스자누와 전략적 연계협정을 바탕으로 바이오 소재를 화학제품 사업의 핵심축으로 올려놓을 계획이다. (김진희 기자: kjh@chemlocus.com) (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com)