1997년 북태평양 한복판에서 각종 쓰레기더미로 뭉쳐진 ‘플라스틱 섬’이 발견되었다.

이 섬은 플라스틱이 전체 쓰레기의 90%를 차지하고 있으며, 크기는 늘어나는 쓰레기로 인해 2009년에는 우리나라 면적의 약 6배인 140만km² 수준으로 확대되어 거대한 규모로 인해 ‘제7의 대륙’으로 명명되었다.

2011년 초 일본의 쓰나미로 인해 발생한 쓰레기들이 ‘플라스틱 섬’과 만나 수년 내에 하와이에 도착할 것으로 예상되는 가운데 ‘쓰레기 섬’은 북태평양뿐만 아니라 인도양, 대서양 등에 모두 5개가 더 존재할것으로 전망되고 있다.

따라서 이 ‘쓰레가섬’들은 향후 해양 생태계 파괴 등 심각한 환경오염 문제를 야기할 것으로 예상되기 때문에 대책 마련이 시급한 실정이다.

전분, 새 플라스틱 원료로 부각

석유화학 및 고분자화학의 발전에 따라 기존의 나무, 철강 등의 천연소재 대용품으로 합성플라스틱이 개발되어 저렴한 가격, 낮은 비중, 뛰어난 성형성 등으로 큰 인기를 끌게 되어자 이제 더 이상 플라스틱이 없는 세상은 상상할 수 조차 없게 되었다.

하지만 플라스틱은 자연환경에서 분해되는데 짧게는 수백년, 일반적으로는 거의 분해되지 않기 때문에 외관상 나쁠 뿐만 아니라, 환경오염의 주범으로 인식되고 있다.

따라서 자연환경에서 쉽게 분해가 되어 환경오염문제를 일으키지 않는 새로운 소재에 대한 요구가 높아졌고, 새롭게 주목받고 있는 것이 ‘생분해성 플라스틱’이다.

생분해성 플라스틱이란 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 자연에 존재하는 미생물에 의해 물과 이산화탄소 또는 물과 메탄가스로 완전히 분해되는 플라스틱을 말한다.

생분해성 플라스틱은 대체로 전분을 이용하거나 지방족 폴리에스테르를 사용해서 만든다. 전분을 사용하는 방법은 옥수수나 감자를 첨가해서 만들며, 지방족 폴리에스테르는 생분해성이 없는 방향족 폴리에스테르(주로 의류에 사용)의 분자구조 중 벤젠고리 부분을 탄화수소로 대체하여 자연환경에서 완전 생분해가 가능하도록 만들고 있다.

전분을 이용한 제품은 가격이 저렴하고 분해성은 뛰어나지만 강도가 약한 단점이 있는 반면, 지방족 폴리에스테르는 가격이 높기는 하지만 강도가 높고 가공성이 뛰어나 최근 각광을 받고 있다.

생분해성 플라스틱은 사용하는 원료에 따라 천연계 고분자, 화학합성 고분자, 미생물 생산 고분자, 그리고 천연계 고분자와 화학합성 고분자의 혼용 등 크게 4가지 형태로 분류되며, 전분이 새로운 플라스틱의 주원료로 부각된 이유는 생분해성 플라스틱의 원료 중에서 생분해도가 가장 우수하다는 점, 가격이 다른 원료에 비해 매우 저렴하며, 자원이 풍부하고 공급이 용이하다는 점 때문이다.

즉 전분은 고갈 위기에 처해있는 석유자원에 비해 지구상에서 녹색 식물이 존재하는 한 무한하게 공급될 수 있는 무독성의 천연계 원료라는 것이 큰 장점으로 부각되고생분해성 플라스틱의 원료로 사용되는 합성 고분자에는 PCL(Poly caprolactone), PLA(Poly lactic acid), Diol/Diacid계 Aliphatic polyester, PG(Poly glycolic acid) 등 다양한 종류가 개발되었다.

그러나 일반 생분해성 플라스틱 포장재 또는 소모성 생분해성 플라스틱 제품의 용도로는 PCL, PLA가 주로 사용되고 있다. 기타 다른 합성 고분자는 가격이 상대적으로 매우 비싸기 때문에 고부가가치를 얻을 수 있는 의료용 재료로 활용되고 있다.

생분해성 플라스틱은 화학 플라스틱에 비해 생산과정에서 에너지 소비량과 온실가스 배출량이 획기적으로 절감되며, PLA 생산 시 에너지 소비량과 온실가스 배출량은 각각 석유계 PET의 53%와 41% 수준에 불과하다.

생활용품부터 산업용까지 확대

현재 가장 많이 사용되고 있는 분야는 일회용품 및 포장재로 선진국을 중심으로 일회용 플라스틱 봉투의 사용 규제가 강화되어 이를 생분해성 플라스틱으로 대체하려는 움직임이 본격화 되고 있다.

이는 호주를 시작으로 2008년부터 본격적인 규제가 시작되었으며, 장기적으로 일회용 플라스틱 물병, 생활용품, 산업용까지 확산될 전망이다.

또한 수거가 어려운 농업용 필름과 유실될 경우 심각한 해양오염을 야기하는 어구 등도 생분해성 플라스틱으로 대체 중인데, 수거율이 낮은 농업용 필름을 생분해성 필름으로 대체하면 사용 후 필름을 제가할 필요가 없어 수거 및 폐기 비용을 최소화하고 환경 오염도 줄일 수 있다.

환경공단에 따르면 2009년 국내 농업용 필름 수거율은 약 65% 수준이며, 특히 두께가 0.02mm로 매우 얇은 멀칭필름은 수거가 어려워 그대로 방치된 상태에 놓여있어 토양오염을 야기시키고 있다.

생분해성 필름은 기존 필름에 비해 가격이 비싸지만 수거 및 폐기 비용을 감안하면 경제성이 확보된 수준이다.

이러한 생분해성 필름은 퇴비화가 가능하여 필름이 분해와 동시에 퇴비로 활용되는 일석이조의 효과가 있다. 기존의 나일론 어구를 생분해성 플라스틱으로 대체하면 유실에 따른 해양오염을 줄이고, 사용 후 플라스틱 바구니 등 재활용도 가능하다.

세계 어구 유실량은 연간 64만톤(UNEP & FAO 자료) 수준이며, 유실된 어망은 바다에서 분해가 되지 않아 고스트 피싱(Ghost Fishing) 등 해양 생태계 파괴를 가속화 시키고 있다.

최근 건강과 웰빙에 대한 관심이 증가함에 따라 유해물질을 방출하지 않는 친환경 건축자재로 생분해성 플라스틱 사용이 확대되는 추세인데 옥수수를 원료로 만든 생분해성 친환경 벽지와 바닥재는 포름알데히드 등 유해물질이 방출되지 않아 새집증후군을 걱정하는 소비자들에게 각광을 받고 있다.

특히 지붕, 벽, 구조패널 등 건축용 단열재로 활용되고 있는 스티로폼을 대체할 수 있는 생분해성 플라스틱 중심으로 개발이 활발하다.

또한 화학 플라스틱에 비해 강도가 낮고 열에 약한 단점이 개선되면서 전자제품의 케이스로 활용되기 시작하면서 컴퓨터 케이스, 휴대폰 케이스 등에 적용되고 있으며, 섬유강화 보강제 등을 첨가하여 기계적·물리적 특성을 향상시킨 전자부품 개발이 본격화 되고 있다.

자동차 업계에서는 연비 향상을 위한 경량화 소재개발과 함께 이산화탄소의 배출저감을 위한 친환경 생분해성 플라스틱 개발이 이슈가 되고 있으며, 바닥 매트, 카시트, 도어트림 등 내장재를 우선 대체하고 장기적으로 고강도·고내열성을 요구하는 외장재로 확대 적용할 예정이다.

생분해성 플라스틱 시장전망 밝아

최근 유가상등 등의 영향으로 화학 플라스틱과의 가격 격차가 축소되면서 생분해성 플라스틱을 활용한 제품의 응용분야가 확대되고 있다.

PLA의 가격은 1995년 첫 시험생산 당시 석유계 PE 대비 약 7배 수준이었으나 2011년 기준으로는 비슷한 수준에까지 이르렀다.

생산규모 역시 2010년 35만 톤에서 2020년에는 289만 톤으로 연평균 20% 이상 고성장이 전망되어 2010년 세계 플라스틱 생산량 2억 7,000 톤의 1% 대체 수준에 이를 것으로 예상되고 있으며, 가격 격차의 축소 뿐만 아니라 물성도 개선되면서 일회용품, 포장재 중심에서 건축재, 전자·자동차 부품 등 산업용으로도 활용도가 지속적으로 증가할 것으로 전망되고 있다.

(주)글로벌인포메이션이 Visiongain의 최근 ‘생분해성 플라스틱 포장 시장 2011~2021년’ 보고서를 참고로 하여 밝힌 세계 생분해성 플라스틱 포장 시장은 지난 해에 18억 5,000만 달러에 이른 것으로 추측했다.

이러한 생분해성 플라스틱은 2010년 세계 바이오플라스틱 시장의 90%를 점유했다. 두 가지 주요 생분해성 플라스틱인 전분수지와 폴리유산수지(PLA)는 순조로운 성장이 예상되며, 그 수요는 2015년까지 2배 이상 증가할 것으로 전망된다.

시장확대 위한 국내기업 육성방안 마련돼야

국내 기업은 대부분 생분해성 플라스틱을 수입하여 가공 제품을 만드는 수준으로 독자적인 기술력 확보가 절실하다. 미래 시장의 주도권을 확보하기 위해서는 생분해성 플라스틱 생산의 핵심기술인 미생물·효소 등의 유전자 조작 및 공정 시스템 확립이 필요하다.

자연계에는 아직 이용되지 않은 미생물·효소가 많아 개발 성공시에는 미생물·효소의 선점이 가능하다. 지구상에는 약 550만 종의 미생물과 3,000여 종의 효소가 있다고 하나 상업적인 용도로 쓰이고 있는 것은 미생물 100여 종과 효소 150여 종에 불과하다.

우리의 강점인 발효공정기술, 화학공정 운영역량 등을 바탕으로 미생물 개량기술을 접목하면 경제성 있는 생분해성 플라스틱 개발이 가능할 것이다.

업계는 현재 PLA 외에는 화학 플라스틱에 비해 경제성이 부족하지만 5년 내에 가격 경쟁력을 갖출 수 있을 것으로 판단하고 있는데, 가격 경쟁력 확보를 위해서는 대량생산체제를 구축하여 규모의 경제를 실현하는 것도 중요한 부분 중의 하나이다.

초기투자 부담, 오랜 기술개발 기간, 결과의 불확실성 등 기업의 독자적인 개발에 대한 리스크를 최소화하기 위해 정부는 R&D 투자를 강화하고, 시장확대를 위한 공공구매와 차액지원 등의 인센티브를 통해 기업을 지원할 필요가 있다.

2007년부터 경상북도를 중심으로 수산자원 보호와 해양 생태계 보전을 위해 생분해성 어구 구입시 나일론 어구 가격을 초과하는 비용 일체를 중앙 정부와 지자체가 보조하는 사업을 진행 중이다.
수산자원과 해양 생태계가 어느 지자체에 국한된 것이 아니라는 점을 감안한다면 중앙 정부가 적극적으로 나서야할 때이며, 생분해성 플라스틱과 관련한 제품규격의 표준화, 인증제도의 효율화 등 관련 제도정비를 통해 기업 활동도 지원해야 할 것이다.

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