플라스틱은 생산자재, 포장자재, 건축자재 등에 대량 사용되고 있어 지속적인 순환형 지구환경 구축에 큰 장애가 되고 있다. 플라스틱의 재이용이나 리사이클이 시도되고 있으나 문제해결에는 크게 기여하지 못하고 있는 것이 현실이다.

현실적인 대응책의 하나로서 생분해성플라스틱이 주목을 받고 있으며 상업생산이 시작되었고 여기에 추가하여 지구온난화 가스대책과 자원 유효이용의 관점에서 바이오매스에서 유래하는 플라스틱에 관심이 집중되고 있다.

생분해성 플라스틱은 화학합성계, 천연물계 및 미생물계로 분류되는데 화학합성계의 옥수수 등의 전분에서 합성되는 폴리젖산(지방족폴리에스테르수지)은 석유자원과 달리 재생가능자원으로서 다양한 분야에 용도가 개발되고 있다.

토양 중에 분해하는 특성을 가진 농업용 필름, 농림 및 토목자재, 포장재로 용도가 개발 상업화되고 있으며 최근에는 가전제품과 자동차 부품 등에도 이용이 고려되고 있다.

바이오매스 플라스틱은 제조하는 원료의 관점에서 정의한 것으로, 전분이나 식품폐기물 등의 바이오매스에서 제조되며, 최종적으로 미생물에의해 이산화탄소와 물로 분해 된다. 그러나 생분해성 플라스틱에는 석유를 원료로 하는 것(지방족폴리에스테르계의 폴리카프로락톤과 폴리부틸렌석시네이트)도 있어 바이오매스 플라스틱과 구분된다.

이들 플라스틱의 보급을 촉진하기 위해서는 비용절감과 내열성, 내구성, 난연성, 내충격성 등의 품질향상을 위한 기술개발이 요망된다. 보통의 플라스틱에 비해 바이오매스 플라스틱은 4~5배 정도 값이 비싸다는 문제가 있다.

또한 요구되는 특성을 충족하기 위해서는 첨가제나 다른 플라스틱을 조합하여 사용할 필요가 있으며 그럴 경우 생분해성이 약해지는 문제가 있어 계속적인 기술개발과 시장 확대에 의한 가격 경쟁력 확보가 중요한 문제로 대두되고 있다.

바이오매스 일본 종합전략

온실가스 농도 상승과 각종 환경 이상 증세 발현 등에 대한 대응책으로 일본정부는 “교토의정서”를 2002년에 비준하고 의정서 목표를 실현하기 위한 구체적인 후속대책으로 “바이오기술의 전략 대강”과 “바이오매스 일본 종합전략”을 제정하였다.

이러한 전략이 추구하는 것은 화석연료 사용을 감축하고 바이오기술을 활용하여 재생자원의 활용을 증진하는 것으로, 특히 재생자원에서 생산되는 유용한 플라스틱(바이오매스플라스틱)의 시장 확대를 중요한 과제로 하고 있다. “바이오기술의 전략 대강”에 의하면 2010년 후반에 기존 범용플라스틱의 약 20%를 재생자원에서 제조하는 것을 정책목표로 하고 있는데, 이 양은 연간 약 250만 톤의 바이오매스플라스틱에 해당한다.

생분해성플라스틱연구회(BPS)는 1989년에 설립된 조직으로 일본, 구미 및 아시아의 주요 플라스틱 관련 회사 240개가 회원으로 되어 있으며, 생분해성플라스틱 및 바이오매스플라스틱 제품의 보급촉진을 강력히 추진하고 있다.

BPS는 2000년에 “그린플라스틱 식별 표시제도”, 2006년에 “바이오매스 플라스틱 식별 표시제도”를 운용하여 인지도 향상과 보급에 공헌하고 있다.

생분해성 플라스틱과 바이오매스 플라스틱

생분해성 플라스틱은 미생물의 분해기능을 이용한 것으로, 제품 사용후의 폐기물처리 관점에서 유용한 환경친화형 플라스틱이다. 바이오매스 플라스틱은 원료 면에서 자원고갈과 온난화가스를 다량 발생하는 화석자원을 사용하지 않고 재생자원을 출발물질로 하는 플라스틱을 말한다.

생분해성 플라스틱은 농업, 토목, 유기성폐기물 관련자재로 다양한 상품이 상업화되었다. 그러나 일본에서는 대형 퇴비화시설의 기반설비가 불충분하여 공업적인 확대는 늦어지고 있다.

바이오매스플라스틱은 생물분해성도 있으면서 생물자원에서 유래하는 폴리젖산을 중심으로 그리고 생물분해기능이 반드시 필요하지 않은 사용분야 특히 생분해성을 억제할 필요가 있는 내구성 제품 분야에 대한 상품화 시도가 확대되고 있다.

석유로부터 얻어진 원료 일부를 생물자원에서 얻은 원료로 바꾼 바이오매스플라스틱 공업화 예로는 미국 듀폰사의 1,3-BG(1,3 프로판디올)을 바이오매스화한 “소로나”, Showa고분자, Mitsubishi, Aginomoto사의 폴리부틸렌석시네이트의 석신산 원료 바이오매스화, BASF의 Poly(Butylene Adipate/ Terephthalate, PBAT)의 1, 4-Butanediol의 바이오매스화 계획 등이 있다.

생분해성 플라스틱 제품의 개발

생분해성플라스틱은 “통상적인 사용조건에서는 일반 플라스틱과 동일하게 사용되며, 사용 후에는 자연계에 서식하는 미생물의 작용으로 분해하고 최종적으로 이산화탄소와 물로 변환되어 자연으로 돌아가는 플라스틱”으로 정의한다.

생분해성플라스틱은 배출된 플라스틱이 장기간 환경 중에 존재하여 생태계에 미치는 악영향을 줄일 수 있고 분리배출로 수집된 플라스틱을 생물 쓰레기와 함께 퇴비처리가 가능하며 음식 찌꺼기의 재자원화도 가능한 환경을 배려한 소재이다. 폐기물 처리장 확보 면에서도 유리한 소재이다.

생분해성플라스틱은 1980년대 후반 처음으로 영국 ICI사가 미생물이 체내에 축적된 지방족폴리에스테르(PHA)를 개발 판매하였으나 미생물 산생계(産生係)라는 특성 때문에 공업적 생산체계 확립이 어렵고 비용 등의 문제로 사업이 동결되었다.

그러나 그 이후에 폴리젖산, 폴리부틸렌석시네이트, 폴리카프로락톤 등의 화학 합성계와 변성 전분계를 개발하여 농업용 멀티필름 등의 원예자재, 매립배수관 등의 토목자재, 유기성 생쓰레기 회수용 포대 등 생물분해성이 필수적으로 필요한 상품들이 개발되어 판매되고 있다.

생분해성플라스틱연구회는 800건 이상의 생분해성플라스틱제품을 인증하고 심볼 마크 표시를 허가하였다.

바이오매스 플라스틱

2000년에 미국 Cargil Dow Polymers사의 폴리젖산 14만톤/년 규모의 공장건설계획 발표에 자극을 받은 이 분야 관련 회사들은 석유에 의존하지 않는 플라스틱 즉 바이오매스플라스틱에 대한 관심과 생산 움직임이 가속화되었다.

소비자가 가장 먼저 접한 생분해성플라스틱은 창이 붙은 봉투의 창부분으로 식물계 필름을 사용한 것이다. 식물 원료의 플라스틱은 “그린구입 특정조달 품목” 목록에 등록되어 지방자치단체 등에서 많이 사용되었다.

바이오매스플라스틱은 그 이후 휴대용 음악플레이어의 하우징, 휴대라디오의 포장재, 건전지의 명판, 조미료 병뚜껑의 실링(sealing)재료, 음료수의 라벨, 각종 카드, 내열 발포시트 등으로 상품이 확대되었다.

대규모 사용이 기대되는 가전분야 사출성형부품으로는 2004년에 DVD의 전면 패널에 적용되었으며 노트북의 하우징, 휴대용 전화의 하우징에도 이용되고 있다.

생분해성플라스틱연구회는 2003년부터 종래의 생분해성플라스틱에 추가하여 재생자원을 원료로 하는 바이오매스플라스틱의 보급을 촉진하기 위해 새로운 인증 식별제도인 “바이오매스플라스틱 식별표시제도”를 만들어 시행하고 있다.

앞으로 유럽이나 미국, 중국, 한국, 태국 등과 연계해서 바이오매스제품 보급을 촉진할 계획이다.

자동차 분야의 바이오매스 플라스틱의 이용

일본에서는 1000톤 규모의 폴리유산수지 생산 공장이 완성되어 2005년부터 샘플을 시장에 공급하고 있어 자동차용 바이오매스플라스틱이 본격적으로 공급될 전망이다.

바이오매스플라스틱은 현재 자동차 트렁크 내에 탑재된 타이어 커버를 폴리유산과 식물섬유 케나프(kenaf)와의 복합재로 개발 적용하고, 폴리젖산 섬유를 바닥 매트로 이용하고 있다. 자동차용은 가혹한 조건 하에서의 성능과 내구성을 동시에 요구하므로 이들 문제가 해결되면 제품화 가능성이 확대될 것으로 기대한다.

자동차메이커 MM사는 2006년 말에 “식물 유래의 수지섬유제 바닥매트”를 전략 차종에 사용하기로 결정하였다. 또한 대나무 섬유와 폴리부틸렌석시네이트(PBS)를 조합하여 자동차 내장용으로 사용하기 위한 현장시험을 실시할 계획이다. MT사는 폴리젖산에 10% 이상의 석유유래 원료를 병용 사용하여 종래보다 내충격성과 내열성이 향상된 제품을 개발했다.

그 이외에도 자동차시트 외부재료, 문이나 지붕의 외부재료 등을 신형 연료전지차에 3년 이내에 적용하는 등 자동차 각사는 적극적으로 참여하고 있다.

바이오매스플라스틱이 가능한 한 다량 포함된 제품개발이 바람직하지만 제품으로서 필요한 물성확보, 제품가공성, 생산성을 고려하여 기존의 각종 석유유래 플라스틱 소재와 병용하는 사례가 많다. 재료설계의 다양성 확보, 비용 효율 면에서 이러한 경향은 계속될 것으로 예상된다.


“순환형 지속가능한 사회”를 구축하는 것은 전 지구의 목표가 되어 있으며 생분해성 플라스틱과 바이오매스플라스틱은 이 목표달성에 있어 중요한 필요자재 중 하나로 주목을 받고 있다.

최근의 바이오매스플라스틱과 종래의 석유에서 얻어진 플라스틱을 조합 사용하여 성능과 비용을 개선하는 노력은 장래의 바이오매스플라스틱의 이용 확대에 기여할 것이다. 바이오매스 소재는 현재 폴리유산에 집중되어 있으나 PBS 등 다양한 플라스틱 원료를 바이오매스 유래 재료로 전환시킬 계획도 발표되고 있다.

최근의 원유가격 상승으로 바이오매스플라스틱과 종래의 석유유래 플라스틱과의 상대적인 가격 차이는 축소될 전망이며 시장 확대로 생산규모가 커지면 가격 경쟁력도 개선될 것이다.

(자료 : 한국과학기술정보연구원, 「空調和衛生工(日本)」)