친환경 소재기술 - 생분해성 수지의 실용화, 어디까지 왔나?

 

친환경 소재기술 -

 

생분해성 수지의 실용화, 어디까지 왔나?

 

 

개요

 

1. 연구의 목적과 필요성

 

○ 최근 들어 점차 삶의 질(QoL, Quality of Life) 향상 및 쾌적한 지구환경에 대한 사회적 관심이 높아지면서, 인류가 장기적으로 생존하기 위해서는 지속 가능한 사회(Sustainable Social System)로의 이행이 필요하다는 인식이 세계적으로 확산되고 있음.

 

- 일반적으로 플라스틱 수지의 개발은 사용되는 환경조건에 대해 내구성을 가져야 하는 것이 필수 조건으로 인식되어 왔기 때문에, 보다 우수한 물성의 플라스틱 수지 소재의 개발 및 그 안정성을 향상시키는 연구가 주로 수행되었음.

 

- 그러나 이러한 사회 시스템에서는 편리하게 사용하고 버리는 것으로 인식되어 왔던 플라스틱 수지에 대해서도 지속 가능한 순환형 시스템(Cyclic System)을 구축해야만 지구 환경 보존과 더불어 생명체를 존속시킬 수 있음.

 

- 생분해성 수지의 대부분은 재생 가능한 원료로부터 생산되므로 사용 후에는 자연상태에서 자동적으로 분해되기 때문에 지속 가능한 시스템을 실현할 수 있음.

 

- 따라서 친환경 순환형 재료시스템중의 생분해성 고분자 재료는 재생 가능한 자원으로부터 생산되는 것이 이상적임.

 

○ 환경측면에서 산업용 및 가정용 플라스틱 수지의 폐기에 따른 환경오염문제는 기존의 내구성이 큰 장점으로 인식되어 왔던 플라스틱 수지 산업에 큰 걸림돌로 작용되고 있으며, 학계 및 산업계는 이러한 문제를 해결하고자 생분해성 수지를 개발하여 현재 산업화하고 있음.

 

- 플라스틱 수지 폐기물은 2000년에 전체 쓰레기의 11 %를 상회함으로써, 이를 안전하고 효율적으로 유지(conservation), 재활용(recycling), 소각(incineration), 생분해(biodegradation) 시키는 등 플라스틱 수지 폐기물에 대한 전반적인 관리체계가 연구중에 있음.

 

- 생분해성 고분자는 이러한 여러 가지 해결 방안중에 가장 환경친화적이기 때문에 국내외적으로 광범위하게 연구되고 있음.

 

- 특히, 포장재를 포함한 일회용 플라스틱 수지로 응용될 수 있는 생분해성 수지의 상용화(가격경쟁력 확보)는 그 파급효과가 막대하여 가장 관심이 집중되고 있는 분야라고 판단됨.

○ 생분해성 수지는 미래산업이라 평가받고 있는 바이오 산업과 환경 산업의 핵심요소 분야로 평가되어, 인류의 환경보존 및 건강증진, 치료에 기여하는 등 사회·경제적으로 중요한 역할을 할 것으로 판단되고 있음.

 

○ 차세대 핵심소재로 주목받고 있는 친환경 생분해성 수지는 삶의 질 향상 및 국가 산업경쟁력을 강화시킬 수 있는 환경 친화형 기능성 소재임.

 

○ 생분해성 수지 보급의 가장 큰 장애는 가격 및 가공 기술개발로서, 생분해성 수지의 상업화 및 응용 가능성은 소재 단가의 저하와 이를 위한 가공기술 개발에 달려있음.

 

○ 생분해성 수지 개발의 후발주자로서 세계적인 산업경쟁력을 확보하기 위해서는 선도국가의 기술개발 동향 파악을 통한 생분해성 수지의 합성기술 개발 및 실용화를 위한 생분해성 수지 가공기술의 고도화가 병행되어야 함.

 

- 생분해성 수지의 R&D 성공가능성을 높이기 위해서는 선도국가의 기술분석을 통해 효과적인 기술혁신 방안을 제시할 필요가 있음.

- 생분해성 수지는 각 소재별로 용도제품의 개발 또는 가공공정의 혁신에 따라서는 그 시장이 급속히 확대될 수 있으므로, 단순한 시장전망 분석보다는 선도국가 또는 선도기업의 동향분석을 통한 전망이 더 중요하다고 판단됨.

 

○ 본 연구는 국내 생분해성 수지 관련 산업의 경쟁력확보, 더나아가 전체산업의 경쟁력 확보를 위해 생분해성 수지 산업의 혁신 방안을 제안하고 국내 실정에 적합한 경쟁적 R&D 전략을 제시하는 데 목적을 두었음.

 

2. 연구 방법

 

○ 본 연구에서는 넓은 의미의 생분해성 수지로 포함되는 광분해성 수지를 제외하고, 생체흡수성 수지를 포함한 미생물의 작용에 의해 분해되는 고분자 수지”에 대하여 분석하였음.

○ 기술동향에서는 국내외에서 출간 및 발표된 관련 자료를 중심으로 생분해성 수지의 기술 및 이와 관련된 R&D 전반과최근 이슈화되고 있는 실용화 동향을 파악하여 분석하였음.

○ 시장 동향에서는 미국 및 일본의 최근 분석보고서, 국내 조사 전문기관의 발표자료를 통해 시장동향과 규모를 전망하였음.

○ 이슈분석에서는 생분해성 수지의 실용화 현황분석을 통해 기술혁신이 가장 시급한 부분을 파악하고 이를 해결하기 위한 혁신 방안을 제안하였으며, 국내 실정을 반영한 R&D 전략을 제시하였음.

 

 

기술 동향 분석

 

1. 친환경 고분자 소재

 

가. 고분자소재

 

○ 고분자 플라스틱 수지는 2 0세기 걸작 발명품중의 하나로 꼽힐 만큼 산업계는 물론 인류 생활 전반에 크게 기여를 해왔음.

 

- 고분자 소재는 무기, 금속 소재에 비하면 강인성이나 탄성이 우수할 뿐만 아니라, 가볍다는 물성(物性, 물리적 성질)을 가지고 있어 타 재료에 비해 다양한 활용을 보여주고 있음.

 

- 다행히 인간의 생활 공간 내에서는 가혹한 온도 조건이 별로 없기 때문에 생활용품을 비롯한 각종 구조재를 범용 고분자 소재로 사용이 가능하였고 장기적으로도 범용 고분자 소재를 배제한 문화생활을 예상하기 어려움.

 

- 즉, 섬유 의복 , 신발, 타이어, 주방 기기, 가구, 가전제품, 포장 용기, 스펀지, 도료, 접착제, 단열재, 인조 피혁, 양탄자, 완구, 일회용 의료기, 위생용품 등 일일이 열거할수 없을 만큼 일상 생활속에 큰 비중을 차지하고 있는 현실임.

 

○ 플라스틱은 뛰어난 물성과 함께 값싸고 가벼운 특성으로 인하여 천연소재의 한계와 제약으로부터 벗어날 수 있었고 플라스틱을 중심으로 다양한 고분자 물질이 개발되어 현대 과학문명을 구축해 왔다고 할 수 있음.

 

- 플라스틱은 강하고, 가볍고, 질기며, 또한 쉽게 분해되지 않는다는 점이 특성이 있으며 이러한 성질로 인해 산업용 소재에서부터 일회용 재료에 이르기까지 다양하게 사용되고 있음.

- 그 동안 많은 사람들이 합성수지의 강인성 및 내구성을 더욱 향상시키기 위해 연구해 왔고, 이러한 노력은 지금도 계속되고 있음.

 

나. 친환경 고분자소재

 

○ 점차 심각해지는 플라스틱 폐기물에 의한 환경오염, 예를 들어 맹독성 다이옥신의 검출, 환경호르몬의 누출 등으로인해 친환경 고분자 소재에 대한 사회적인 요구가 점차 강해지고 있을 뿐만 아니라 비분해성 플라스틱 사용에 대한 각국의 법률적인 규제의 기준도 점점 더 강화되고 있음.

 

○ 친환경 고분자 소재의 범주는 고분자가 가지는 다양한 환경 부담요인에 따라 구분할 수 있으나, 일반적으로 다량의 폐기물이 자연상태에서 분해되지 않고 환경에 부담을 준다는 관점에서 대표적으로 분해성 고분자를 칭하고 있음.

 

○ 미국 ASTM(American Society for Testing and Materials)에 의하면, 분해성 플라스틱은“특정 환경 조건에서 일정기간 동안에 화학적 구조가 상당히 변화되어, 그 성질 변화를 표준시험방법으로 측정할 수 있는 플라스틱”으로 정의하고 있음.

 

- 광분해성 플라스틱이란 광산화(光酸化) 또는 케톤 광분해 등의 형태로 빛에 의해 분해되는 플라스틱을 말한다. 그러나 광분해성 플라스틱은 빛에 의해 분해되므로 빛이 차단된 땅속에 매립되었을 때 분해가 되지 않는 단점이 있음.

- 붕괴성 플라스틱이란 비분해성의 일반적인 범용수지에 전분과 같은 생분해성 물질을 일정량 첨가하여 제조한 부분 분해성 플라스틱임.

- 생분해성 플라스틱이란 일반적으로 플라스틱 자체가 박테리아, 조류(藻類), 곰팡이와 같은 자연계에 존재하는 미생물에 의해 물과 이산화탄소 또는 물과 메탄가스로 완전히 분해되는 플라스틱을 말함.

- 현재 일부에서는 분해성 플라스틱의 개념을 그대로 차용하여 생분해성 플라스틱의 범주를 광분해성, 생붕괴성, 생분해성 플라스틱 모두 포함하기도 하지만, 본 고에서는 생분해성 플라스틱의 개념인“생(生, bio-)”이란 용어에 주목하여“자연계에서 박테리아 등의 유기물에 의해 그물리적·화학적 구조가 변화되는 소위 썩는 플라스틱”에 초점을 맞추어 분석하고자 함.

 

2. 생분해성 수지

 

가. 개 념

 

○ 생분해성 플라스틱은 1 9 8 0년대 후반부터 등장함. 생분해성 플라스틱의 기본개념은 근본적으로 지속 가능한 순환형 재료생산 시스템 구축에 있음.

- 즉, 자연계에 거의 무한대로 존재하는 생물유기자원(biomass)을 이용하여 생산이 이루어지고, 사용 후에는 물과 이산화탄소로 분해되어 다시 생물유기자원의 원료로 이용됨으로써 플라스틱에 의한 환경문제가 상당 부분 해결될 수 있다는 것이 전문가들의 주장임.

 

○ 폴리에틸렌과 같은 기존의 비분해성 플라스틱에 전분과 같은 생분해성 플라스틱을 블랜드(blend)하여 제조하는 과거의 일반적인 분해성 플라스틱(붕괴성 플라스틱)이 1세대 제품이라면, 생분해성 플라스틱은 2세대 제품에 해당한다고 말할 수 있음.

- 이는 생분해성 플라스틱이 원료면에서부터 주로 천연의 식물자원을 사용하여 기존의 석유계 플라스틱과 확연히 구분될 뿐만 아니라, 자연계 내에서 미생물에 의해 물과 이산화탄소만으로 완전 분해되는 청정성을 지니고 있기 때문임.

 

- 최근의 세계적인 추세도 생분해성 플라스틱이 주류를 이루고 있는 상황임.

 

나. 생분해성수지의종류

 

○ 현재 생분해성 수지의 재료를 형성하고 있는 것은 미생물이 생산하는 biopolymer, 미생물이 생산하는 lactic acid와 같은 biochemical을 원료로 사용한 합성 고분자, 그리고 천연화합물을 원료로 한 천연고분자계 등이 있음.

 

○ 천연 고분자계의 생분해성 고분자는 cellulose, hemicellulose, pectin, lignin 및 저장 탄수화물인 전분 등 식물에서 유래하는 것과 새우, 게 등의 껍질을 포함한 chitin질을 기초로 한동물 유래의 것들이 있음.

- 이중 전분은 생분해도가 가장 우수하고, 가격이 저렴하며, 자원이 풍부하고, 공급이 용이하며, 무독성 등의 특성으로 인해 주원료로 부각되어 있음.

- 근래에는 플라스틱 가공에 적합한 물성을 보유할 수 있도록 전분의 물리적·화학적 변성기술이 다양화되어 생분해성 필름으로의 용도는 물론 다른 생분해성 고분자와 혼합하여 사용하거나, 전분만으로 생분해성 용기나 완충용 발포체를 제조할 수 있어 향후 생분해성 플라스틱의 주원료로 활용가치가 더욱 높아질 것으로 기대되고 있음.

 

- 그러나, 천연 고분자계는 생분해성은 뛰어나나 품질이 균일하지 않은 단점이 있음.

 

○ 미생물 생산 고분자는 미생물이 만들어내는 바이오폴리머를 활용하여 플라스틱과 같은 기능을 갖는 물질을 만드는 것으로써, polyhydroxybutyrate(PHB), PHB/PHV 등의 polyalkanoates및 intracellular 고분자와 pullulan과 같은 polysaccharides인 extracellular 고분자로 나눌 수 있음.

 

○ Biochemical 고분자란 발효기술에 의해 낮은 가격으로 제조된 아미노산, 당, 폴리에스테르 등의 원료를 고분자 합성기술로 만들어지고, 미생물에 의해 분해되는 고분자 물질을 말함.

- 이 고분자는 미생물 생산 고분자가 갖고 있는 기술적 어려운 점을 보완할 수 있어 기능의 조절이 용이하고 풍부한 변화를 부여할 수 있어 이상적인 생분해성 고분자로 평가되고 있음.

 

- 예를 들면, polycaprolactone(PCL), poly(glycolic acid)(PGA), poly(lactic acid)(PLA), polyorthoester, phosphagene, polypeptide 등 많은 종류가 개발되었으며 이들 대부분은 가격이 상당히 고가이기 때문에 의료용 재료등 고부가가치 제품에 한하여 이용되고 있음.

- 그러나, 옥수수 전분을 발효하여 락트산(lactic acid)을 생산하고 이를 중합하여 생산하는 PLA는 대량생산이 가능하므로 장기적으로는 범용플라스틱을 대체할 수 있을 것으로 기대됨.

 

시장 동향 분석

 

1. 시장특성

 

○ 생분해성 수지는 일반적으로 제품의 기능과 가격경쟁력이 기존 범용수지에 비하여 낮은 수준이기 때문에, 외부적인 요인에 의해 더 많은 영향을 받는 구조임.

- 기존의 각종 범용수지와 비교하여 기능 및 가격경쟁력이 우수한 생분해성 수지의 개발은 실질적으로 어려움.

 

- 현재 사용중인 범용수지의 기능 및 가격5 )에 얼마나 근접한 재료를 개발하느냐가 관건임.

 

○ 국내 생분해성 수지 시장은 환경친화적이고 장래의 시장전망이 밝음에도 불구하고 사용실적이 미미함. 그 원인으로는,

- 첫째, 생분해성 플라스틱의 사용이 확대되려면 정부의 강력한 정책의지와 함께 법적·제도적 뒷받침이 이루어져야 하나 실질적인 정부의 정책의지를 찾아보기 어려움. 즉 환경보호를 위한 사회적 비용을 국민전체가 부담하는 법적 강제가 전제되지 않을 경우, 생산자나 소비자가 자발적으로 추가적인 비용을 지불하기를 기대하기는 어려울 것임.

- 둘째, 생산자 입장에서는 생분해성 수지가 기존의 수지에 비해 원가상승요인이 존재하므로 시장에서의 가격경쟁력이 기존 플라스틱에 비해 불리하고, 또한 일반적으로 물성측면에서도 불리하기 때문임.

- 소비자 입장에서 보면 추가적인 비용을 개인이 부담해야 하므로 생분해성 플라스틱의 사용을 회피하게 되며, 이와 같은 현상은 우리나라의 경우에만 적용되는 것은 아니고 대체로 모든 나라의 경우에도 적용되는 현상임.

- 예를들어, 미국의 경우에는 기술적으로 여러가지 생분해성 플라스틱이 상업적으로 생산되고 있음에도 불구하고 대부분 유럽이나 일본시장을 겨냥한 수출 지향적 생산에 치중하고 있으며, 정작 미국내의 소비는 극히 제한적인데 이는 공통적으로 기존의 플라스틱에 비해 생분해성 플라스틱의 가격이 비싸기 때문임.

 

2. 시장규모

 

○ 2001년 세계의 생분해성 플라스틱의 시장규모는 20만톤(10억달러)을 상회할 것으로 추정되고 있음.

- 미국에서는 콤포스트 백, 완충재, 햄버거 포장재로 많이 쓰이고 있음.

- 유럽의 경우, 독일에서 식품용기 포장재로서 실용화가 진전되고 있으며, 프랑스에서는 농업자재(특히, 멀티필름)로 사용이 시작되고 있는 단계임.

- 일본은 2001년 수입품을 포함한 시장규모가 약 6,000톤 정도로 추정되고 있으며, 특히 포장분야에 대한 실용화가 주목받고 있음.

 

○ 우리나라의 생분해성 플라스틱의 시장규모는 2 0 0 0년 기준으로, 생분해성 수지가 30% 포함된 생붕괴성 플라스틱인 종량제 쓰레기 봉투의 국내시장이 연 5,000톤에 이르고 있는 것으로 추정됨.

- 생분해성 수지만의 시장규모는 실제로 연간 1,500톤에 이를 것으로 추정됨.

- 따라서 생분해성 플라스틱의 시장규모7 )는 약 90억원 정도에 달할 것으로 예상됨.

 

3. 시장전망

 

○ 생분해성 수지의 전망을 기술함에 있어서는 생분해성 수지만의 시장을 언급하는 것은 구조적인 문제를 이해하는데 불충분함.

 

- 이는 플라스틱 수지로 인한 환경오염을 방지하기 위해 전적으로 생분해성에만 의존하는 것은 아니고, 매립이나 소각 그리고 재활용의 방법들이 존재하기 때문임.

- 따라서, 그 사회가 처해 있는 시대적 상황에 따라 가장 효율적인 방법을 선택하거나 또는 복수의 방법을 혼합하여 사회적 비용을 최소화하는 것이 현명한 정책이 될 것임.

- 특히 간과할 수 없는 부분은 종량제 쓰레기 봉투에 포함된 플라스틱이 양적으로 쓰레기 봉투보다 더 많기 때문에 이러한 부분들을 어떻게 처리하느냐가 매우 중요함.

- 따라서 소각이나 매립 그리고 재활용을 포함한 정부의 폐기물 관리 정책을 살펴보는 것은 생분해성 플라스틱의 향후 발전 전망과 관련지어 매우 중요한 의미를 가짐.

 

○ 한국 정부의 폐기물관리 종합대책8 )에 의하면, 향후 2011년까지 폐기물관련 정책은“폐기물의 최소화”, “폐기물의 자원화”, “폐기물 처리시설의 확충 및 관리”로 요약될 수 있음.

- 플라스틱 폐기물과 관련해서는 폐기물 최소화 정책이 일회용 합성수지의 사용을 억제하는 것이고, 폐기물 자원화는 플라스틱 폐기물의 재활용 비율을 높이는 것임. 또 폐기물 처리에 있어서는 향후 매립의 비중을 낮추고 재활용과 소각의 비중을 늘린다는 것임.

- 이와 관련하여 특기할 만한 사실은 정부의 생분해성 플라스틱에 대한 정책적 의지를 찾아볼 수 없다는 점임. 즉 생분해성 플라스틱이 재활용과 소각의 경우에는 아무 의미도 없으며 비용만 증가시키는 것이므로 국내에서 생분해성 수지의 사용을 확대하는 데에는 다소 시간이 걸릴 것으로 판단됨.

 

○ 세계적으로는 국내와는 달리 활발한 움직임이 감지되고 있음. 미국을 중심으로 한 바이오매스 기술의 진보로 인하여 바이오 리파이너리)를 이용한 새로운 개념의 합성고분자계 생분해성 수지가 등장하였으며, 그 공정의 경제적인 규모와 우수한 기술력을 이용하여 대폭적인 가격인하가 가능하

게 됨.

- Biochemical 을 원료로 한 합성고분자계 생분해성 수지는 순수한 원료를 이용하기 때문에 균일한 품질 및 우수한 물성이 보장됨.

 

이슈 분석

 

1. 생분해성 수지의 실용화는 가능한가?

 

○ 생분해성 수지의 실용화 가능성을 타진하기 위해서는 기존 범용수지와의 경쟁관계를 분석하는 것이 필수적임.

- 생분해성 수지의 주요 기능인 생분해성은 수지의 공급자나 사용자가 활용하는 기능이 아니라, 폐기된 후에 발휘되는 기능임. 즉, 제품의 성능과는 관계없는 기능임.

- 생분해성 수지의 주된 타겟시장은 기존 범용수지 시장인 일회용품 및 포장재 시장임.

- 이러한 시장을 공략하기 위해서는 수지 제품의 우수한 성능과 저렴한 가격이라는 두 가지 핵심요인 이외에도 시장 외적인 요인(각국 정부의 환경관련 정책, NGO의 활동 등의 사회적 인식변화)이 크게 작용됨.

 

○ 현재 세계 각국에서 폐기물 관련 정책 및 사회적인 인식은 일본과 서유럽을 제외하고는 생분해성 수지의 시장을 본격적으로 열어가기에는 미흡한 점이 많음.

- 따라서, 현재 서유럽과 일본시장이 세계시장의 대부분을 차지하고 있음.

- 특히, 미국의 경우도 생산량의 대부분을 유럽과 일본에 수출하고 있으며, 미국내 수요는 미진한 상태임.

- 아직까지는 환경보호에 대하여 원칙적으로는 공감하나, 가격경쟁력 및 품질의 부족을 감수할 정도의 사회적 공감대를 얻지 못하고 있기 때문으로 판단됨.

 

○ 최근 들어 바이오매스(Bio mass)를 소재로 한 합성고분자계 생분해성 수지가 가능성 있는 대안으로 떠오르고 있음.

- 천연 생물유래의 원재료를 합성한 수지로 기존 플라스틱과 대등한 물성(더 우수한 부분도 있음)에 대량생산에 따른 코스트 다운으로 가격경쟁력도 강화시킨 소재가 등장하기 시작하고 있음.

- 1997년 세계적인 곡물상사인 Cargill사와 다국적 화학기업인 Dow사가 합작하여 설립한 Cargill-Dow Polymers는 연산 14만톤 능력의 PLA(poly(lactic acid)) 플랜트를 건설하여 2001년부터 가동중임.

- 대량생산에 따른 코스트 다운으로 기존 범용수지의 1.5배

수준으로 가격경쟁력을 강화시켰으며, 물성은 PS(polystyrene) 와 비교하여 동등이상의 수준인 것으로 알려지고 있음.

 

2. 친환경 소재에 대한 세계 각국의 움직임

 

○ 한국을 비롯하여 세계 각국에서는 친환경소재에 대한 우대 및 기존 환경부담형 소재에 대한 다양한 법적 규제를 제정하여 시행하고 있음.

 

○ 환경적 측면에서 지속 가능한 순환형 시스템을 구축하기 위한 대안으로 생분해성 수지의 사용을 적극 검토하고 있고, 상당한 기술적 발전성과를 이루어 대량생산체제로 전환함으로써 범용 고분자와의 경쟁력을 확보하기 위한 성장발판을 마련하였다고 할 수 있음.

 

○ 기업적 측면에서도 과거의 기업이미지 제고를 위한 환경친화적 기업이라는 업체홍보의 차원에서 탈피해, 공격적인 자세로 제품개발과 대량생산체계를 갖추어가고 있음.

- 이러한 움직임의 일환으로 Union Carbide는 생분해성 고분자의 주원료인 PCL을 미국, 일본, 유럽, 한국 등의 전분계 제조업체에 원료를 공급하고 있고, 미국내 최대 생산업체인 Cargill-Dow Polymers는 PLA를 $ 2 /㎏대의 가격으로 예약 판매제를 실시 중에 있음.

- 연간 생산량 약 1,200만톤으로 세계 2위의 플라스틱 생산국인 일본은 약 3,000ton /년 규모의 생분해성 플라스틱 시장을 형성하고 농약병, 쇼핑백, 쓰레기봉투, 농업용 멀칭 필름, 완충재 등의 다양한 용도로 실용화되고 있음.

 

○ 경제적 측면에서도 유럽 등 선진국의 경우 수입품의 난분해성 포장재에 대하여 생산자 세금부담을 원칙으로 기술무역장벽(TBT)의 수단으로 활용하고 있어, 생분해성 고분자 관련 9조원의 직접적인 세계시장 뿐만이 아니라 간접적인 수요가 증가하고 있음.

- 생분해성 고분자의 수요와 상용화를 촉진시키기 위해 일반 플라스틱과 식별할 수 있도록 하는 표시제도가 활성화되어 일본의“GreenPla”, 캐나다의“Environmental Choice”, 미국의“Compostable Logo”, 유럽에서는 벨기에의“OK Compost”, 독일의“DIN CERTCO”, 핀란드의“Apple Core” 등의 생분해성 플라스틱 식별 표시제도가 일반화되었음.

 

3. 일본의 본격적인 시장형성

 

○ 일본의 경우, 2001년 6,000톤 규모의 생분해성 수지 시장을 형성하고 있으며, 이는 전년대비 50% 이상 성장한 수치임. 또한 매년 20% 이상의 빠른 시장확대가 예상됨.

- 2010년대에는 전체 플라스틱 시장의 10%를 차지할 것으로 기대되는 생분해성 수지는 2002 ~ 2003년에 걸쳐 본격적인 시장형성이 시작되었다고 할 수 있음.

 

○ 일본은 세계에서 가장 생분해성 수지의 수요가 활성화된 국가로 일본 생분해성플라스틱연구회(BPS)를 중심으로 한 규격·기준이나 제도 등의 정비와 관계자들의 꾸준한 용도 개발과 시장개척 노력으로 본격적인 시장성장이 기대되고 있음.

- 본격적인 시장성장의 결정적인 역할은 미국의 Cargill - DowPolymers가 양산하여 판매 중인 PLA이다. 이 PLA 플랜트는 2002년부터 본격 가동되어 안정적인 공급과 큰 폭의 코스트다운(현재 2$ / kg로 예약판매중임)이 가능해졌음.

- 현재, 일본시장에서는 다양한 생분해성 플라스틱의 시장 확대경쟁이 진행되고 있음. PLA, PCL, 전분계, 연질 polybutylene succinate 등이 중심이 되고 있으며, 현재 시장의 견인역할이 되는 것은 PLA임.

- 현재, 일본은 생분해성 수지의 용도전개가 세계에서 가장 활발한 시장으로 일본 기업뿐만 아니라 외국계 기업의 공격적인 참여가 이루어지고 있음. 특히 폴리부틸렌석시 네이트계에서는 구미기업과 한국기업이 일본시장에서 적극적인 전개를 꾀하고 있음.

- 생분해성 수지에 관련된 가소제나 개질제 등 첨가제의 개발도 활발해지고 있음(가공 메이커의 원료 처방기술에 의한 복합화나 부자재 활용은 본격적인 시장 형성에 반드시 필요함) .

 

4. 일본의 업체동향

 

○ 미쓰이화학 2001년 PLA (상품명은 레이시아)로 미국의 CDP와 제휴하여, 새로운 체제로 시장의 개척을 추진함.

- 2002년 봄에 CDP의 본격적인 PLA 공급에 맞추어 판매면에서 인원 확대나 테크니컬 서비스 등의 체제정비를 진행시킴. 특히, 생분해성과 동시에 재생 가능한 식물유래의 특징을 부각시켜, 2004년에는 일본내에서 1만톤의 판매를 목표로 함.

- 미쓰이화학은 독자기술에 의해 폴리락트산의 직접 중합 프로세스를 개발, 1996년부터 오오무타로 공업화 시험 플랜트(연산 500톤)를 가동시키는 것과 동시에, 일본내에서 시장개척을 하였음. 최근, 고상중합법을 조합 생산효율을 큰 폭으로 개선한 새로운 프로세스를 개발하는 한편, 용도 분야에서 많은 특허나 노하우를 축적해 왔음.

- 미쓰이화학은 오오무타에서의 생산은 중단했지만 레이시아 브랜드(미국 CDP의 제품)로 폴리락트산의 시장개척은 계속하고 있음.

- 동사는 기존의 실적을 기초로 필름을 주체로 한 용기포장 분야를 중심으로 다양한 용도개발을 진행중임.

 

○ 쇼와고분자는 지방족 폴리에스테르(상품명 비오노레)를 독자개발해, 타츠노공장(兵庫縣)의 연간 생산능력 3,000톤 설비로 과거 1 0년간 시장을 개척해 왔음.

- 이를 기초로 각종 용도나 제품이 사용되는 지역특성(기후, 토양) 등 실제 용도수준에 맞는 Grade 개발이나 기술 서비스를 강화해, 비오노레의 수요확대에 박차를 가하고

있음.

- 쇼와고분자는 생분해성 수지의 최선두 메이커로 많은 실적을 달성하였으며, 특히 비오노레는 필름·쉬트나 각종 성형품으로 멀티 필름을 중심으로 한 농업분야, 포장재료, 토목 자재, 쓰레기봉지, 일반 일용품 등 다양한 분야에 사용되고 있음.

- 또한, 2000년에는 타사에 앞서 에멀젼(비오노레 에멀젼)도 실용화시켜, 생분해성 수지의 용도분야를 확대하였음.

- 또한, 코팅이나 접착분야를 목표로 시장개척에 노력하고 있음. 현재, 비오노레의 수요는 멀티 필름이나 육묘 포트 등 농업분야가 40%를 차지하고, 각종 포장재료가 30%로 뒤를 잇고 있음.

 

○ 다이셀화학공업의“셀그린”은 폴리카프로락톤(PCL)계와 아세트산셀룰로오스계가 있으나, 상업판매는 PCL계가 선행되고 있음.

- 농업용 멀티필름 용도가 주로 공급되었음. 멀티필름은 폐기처리가 불필요해, 농사를 효율적으로 할 수 있음. 용도별 판매 구성은 멀티 필름 80%, 기타 20%로, 그 외 용도에서는 식림용 보호커버, 훈증쉬트, 퇴비대, 육묘 포트 등이 중심임.

- PCL계 셀그린은 토양에서 기간을 제어하면서 완전 분해할 수 있기 때문에, 농업·토목 자재에 최적임. 폴리에틸렌의 유연성을 낼 수 있는 것도 큰 특징임.

- 2004년에 연간 판매량을 1,000톤 규모를 목표로 하고 있음.

 

○ 미쓰비시가스화학(MGC)의“유펙크(상품명)”는 지방족 폴리에스테르 카보네이트계의 생분해성 플라스틱으로 열안정성, 강도가 뛰어나 분해속도 조절도 가능함.

- 고분자화가 어렵다고 여겨지고 있던 지방족 폴리에스테르를 지방족 폴리카보네이트와 공중합하여 그 문제를 해결함.

- 지방족계 생분해성 플라스틱과 거의 공통된 성질을 가지고 있지만, 미생물이 없는 상황에서 내수성이 높고, 필름으로 가공했을 때 외관성도 우수함. 폴리카보네이트(PC)에 가까운 성질이 있기 때문에, PC 쉬트 등으로 축적한 가공기술을 살릴 수 있는 분야임.

- 섬유 등에 용도를 넓히고 있는 폴리락트산계 생분해성 수지의 개질 용도에도 수요를 기대하고 있어, 폴리락트산계의 시장 선행이 지방족계의 수요확대로도 연결되기를 기대하고 있음.

 

○ 일본 BASF의 생분해성 플라스틱인“에코플렉스”의 판매가 꾸준히 증대되고 있음.

- BASF는 2005년에는 일본 수지시장의 10%의 시장확보를 목표로 하고 있음. 에코플렉스는 테레프탈산, 부탄디올, 아디프산(Adipic Acid)를 원료로 한 방향족계의 생분해성 플라스틱임. 당초에는 폴리락트산계 제품개발도 검토했지만, 원료 소스를 가지고 있지 않아 방향족계에 초점을 맞추었음.

- 1998년부터 양산을 시작하여 3만톤의 전용설비를 신설, 생산 활동을 시작할 예정임.

- 2003년도까지는 농업용이 주류가 될 것으로 전망하고 있으며, 2004년 이후는 식품분야의 수요증대를 기대하고 있음.

- 에코플렉스의 사용과 함께, 녹말이나 폴리락트산계 생분해성 플라스틱과의 블렌드용 수요의 성장을 전망하고 있음.

 

○ 일본 이스트만케미칼은 농업용 멀티필름과 부직포를 중심으로 생분해성 수지의 시장을 개척하고 있음. 뛰어난 인장강도나 충격강도 등의 물성과 유연성을 상품으로 마케팅 활동을 진행시키고 있음.

- 이스트만케미칼의 생분해성 플라스틱의 상품명은“이스터바이오”이다. 테레프탈산, 아디프산(Adipic Acid), 부탄디올이 원료인 방향족계 코폴리에스테르(글리콜 변성 폴리에스테르)로 영국에서 연산 1만5,000톤의 설비를 가동하고 있음.

- 이스터바이오는 저밀도 폴리에틸렌(LDPE)에 가까운 인장강도가 있어, 필름으로 했을 경우, 다트 충격강도가 LDPE의 약 3배에 이름. 폴리락트산계 플라스틱과의 상용성도 우수하며 기존 PE 설비로 간단하게 가공할 수 있음.

 

○ 미쓰비시수지는 C D P의 폴리락트산의 공급이 시작되어 식물성 수지 필름·쉬트“에코로쥬(상품명)”의 적극적인 시장개척을 꾀하며 본격적인 사업체제의 구축을 목표로 하고있음.

- 시장개척의 걸림돌이었던 원료수지의 공급량 부족이 해소되어, 지금까지 진행한 용도개발 실적을 살려, 포장재료 분야를 주력 타겟으로 수요확대에 나서고 있음.

- 미쓰비시수지는 필름·쉬트 분야에서 축적한 독자적인 원료 처방이나 제막기술을 펼쳐 에코로쥬를 상품화, 지금까지 다양한 분야에서 용도개발을 계속해 오고 있음.

- 동사에서는 Cargill - Dow와 MarqueeAccount로 불리는 판매계약을 맺어, 원료 수지를 확보하고 있으며, 그 공급이 본격적으로 시작되면서부터 미쓰비시수지에서는 나가하마(滋賀縣)공장의 전용설비를 중심으로, 원료 공급량에 맞춘 설비의 정비를 진행시켜 나갈 계획임.

 

○ 그 외에도 다양한 업체에서 다양한 소재의 용도개발 및 판매확대를 위해 노력하고 있으나, 생분해성 수지업계의 전반적인 흐름을 보면, CDP의 1 4만톤 설비완공 및 생산이후 새로운 소재의 개발이나 증설계획은 의미가 퇴색되는 경향임.

- 다른 외국과는 달리 일본은 농업분야에의 응용이 돋보이며, 포장재료에 대한 응용도 비교적 활발함.

- 미국 CDP의 공격적인 설비증설과 우수한 가격경쟁력으로 인하여 많은 기업들이 CDP의 PLA를 의식한 용도개발과 이를 복합화하여 기존 시장에 접목하는 등의 전체적인 구도변화가 예상됨.

 

5. 한국의 수요전망 및 산업전략

 

○ 국내 경기침체와 정부의 환경관련 정책으로 볼 때, 국내 시장은 장기적으로는 높은 성장이 예상되지만 당분간은 현재의 침체상태를 벗어나기 어려울 것으로 예상됨.

 

○ 장기적으로는 서유럽과 일본 등으로의 수출품에 사용되는 플라스틱 제품에 대한 규제가 예상되어, 친환경 소재(특히 생분해성 수지)에 대한 꾸준한 관심과 기술확보가 필요한 시점임.

 

○ 현재 국내 생분해성 수지 관련업체는 기술적으로는 비교적 높은 수준에 이른 것으로 판단되나, 국내산업의 규모나 시장전망으로 볼 때, 일정규모 이상의 생산플랜트 건설은 무리가 있음.

- 현재 국내기업들은 내수침체로 경영상의 어려움 겪고 있으며 기술수출 등으로 활로를 모색중인 것으로 판단됨.

- 현 시점에서 국내 기업이 향후 새로운 생분해성 수지의 개발로 세계적인 다국적기업들과의 경쟁에서 활로를 모색하기는 어려울 것으로 판단됨.

- 국내 산업규모로 볼 때, 미국의 CDP와 같은 대규모의 플랜트 건설 및 운영보다는 이들 기업과의 제휴를 통한 안정적인 수지의 공급, 이를 바탕으로 한 안정된 성형기술의 확보로 산업경쟁력을 제고해 나아가야 한다고 판단됨.

- 외국에 비해 상대적으로 우위에 있는 수지의 가공 및 성형기술을 활용하여 아직 가공기술이 확립되어 있지 않은 PLA 등의 성형기술을 선점할 필요성이 있다고 판단됨.

 

○ 국내에서는 우선적으로는 생분해성 수지의 가공기술을 향상시켜 양질의 성형제품(섬유 및 필름 포함) 생산능력을 구축하고, 향후 시장의 성장추이에 따라서는 당분간 baseresin은 생산하지 않고, 다국적 기업들의 경쟁관계를 적절히 활용하여 안정적인 수급을 보장받는 전략이 유리할 것으로 판단됨.

 

 

저자 : 이준우, 정의섭, 김강회

 

출처 : 한국과학기술정보연구원 분석정보 과학기술동향

 

 

 

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