바이오플라스틱(생분해성 플라스틱) / 환경오염 문제 해결 대안-KISTEP 자료

안녕하세요 벨카입니다. 한국과학기술기획평가원에서 발표한 바이오플라스틱 기술동향 자료가 나오게 되어서 포스팅을 해드리겠습니다.

바이오플라스틱

제1장 개요

1.1 작성배경

바이오플라스틱은 기존의 석유 기반 제품의 생태 유해성, 플라스틱 사용 증가로 인한 환경오염 문제 해결을 위한 대안으로 주목받고 있음

＊바이오플라스틱은 생물공학 기반 기술을 통해 생산되는 생분해성(biodegradable) 또는 바이오 베이스(bio-based) 플라스틱을 말함 

●생분해성 플라스틱의 분해 기간은 5년 이내로 폐기 후에 빠르게 분해되어 친환경적이며, 석유 기반 제품 대비 생산 과정에서 탄소 배출량이 절반 수준으로 온실가스 감소에 효과적

●코로나19 장기화로 일회용품 사용 증가에 따른 기후변화의 심각성에 대한 인식이 확대되고, EU를 비롯한 주요국의 환경규제에 대응하고 친환경 제품 시장을 선점해야 하는 상황

 

대표적인 석유화학 기반의 화학산업은 에너지 고사용, 온실가스 다배출 산업으로 탄소저감을 위한 신소재 전환 및 고부가 제품 확대, 저탄소 연료･원료 사용, 산업공정 배출 최적화 등의 감축 수단 마련이 시급

●2030년 국가 온실가스 감축목표 달성 및 2050 탄소중립 실현을 위해서는 이산화탄소 배출량 산정에 포함되지 않는 재생가능한 바이오매스 자원을 활용한 화학제품 제조기술이 필요

※ 바이오매스 함량이 50%만 되어도 석유기반 플라스틱 대비 80% CO2 저감 효과가 있음

● 화석 원료를 사용하는 플라스틱산업의 경우, 탄소배출 문제뿐만 아니라 재순환이 안 되는 산업구조로 인해 플라스틱 폐기물의 누적에 따른 문제 해결이 필요

※ 플라스틱 생산량(1950~2015, 83억톤)의 78%인 63억톤이 플라스틱 폐기물로 발생했으나, 9%만이 재활용이 되고 12%는 소각, 79%는 매립 또는 투기

 

글로벌 바이오플라스틱 시장은 일부 기업들이 독점하고 있는 상황이며, 국내에서 생분해 플라스틱 소재는 전량 수입에 의존하고 있는 실정

● 전체 바이오플라스틱 중에서 생분해성 플라스틱의 비율이 2026년 69.8%까지 증가할 것으로 예상되며(European Bioplastics, 2021), NatureWorks, BASF, Novament 등 일부 기업이 글로벌 시장을 선도하고 있음

●우리나라는 바이오플라스틱 산업 형성 초기단계로 대기업과 벤처 중심으로 관련 기술을 확보하고 있으나, 핵심 소재는 수입에 의존하고 있으며 사업화 및 대규모 투자에는 한계

 

국내 기업들이 바이오플라스틱 소재･제품기술 개발 및 상용화를 적극 추진할 수 있도록 정부R&D 투자 및 산업육성 등 정책적 지원 필요

●재생가능한 바이오매스를 활용한 바이오베이스 플라스틱 제조가 가능하나, 바이오매스 자원은 원료비용이 높고 분자구조가 기존 석유와 상이하여 생분해성 플라스틱의 상용화를 위해서는 혁신적 전환 공정이 필요

 

본고에서는 바이오플라스틱 관련 기술･산업동향과 국가별 정책･투자동향을 살펴봄으로써 온실가스 감축 목표와 2050 탄소중립 정책목표 달성에 기여할 수 있도록 향후 정부R&D 투자방향에 있어 주요 고려사항과 정책적 시사점을 제시하고자 함

 

1.2 기술의 정의 및 범위

바이오플라스틱(Bioplastics)은 생물공학 기반 기술을 통해 생산되는 생분해성 또는 바이오베이스 플라스틱을 의미함

●바이오플라스틱은 원료 및 제품으로서 원료, 분해 메커니즘, 생산방법 등에 따라 생분해성 플라스틱(Biodegradable plastics)과 바이오베이스 플라스틱(Bio-based plastics)로 구분

- 규격 기준에 따라 생분해성 플라스틱은 표준물질인 셀룰로오스 대비 6개월에 90% 이상 분해되는 경우에 해당하며, 바이오매스 함유 여부와 무관

- 바이오베이스 플라스틱은 식물체 기반 바이오매스를 20~25% 이상 함유한 플라스틱으로 석유계 플라스틱 대비 온실가스 배출량이 적음

제2장 기술동향

2.1 기술동향 개요

바이오플라스틱은 기존 화석 원료로부터 생산하던 플라스틱 단량체를 바이오 매스로부터 생산함으로써 탄소저감 및 미세플라스틱 문제 해결에 기여

●생분해성 플라스틱 소재는 바이오매스로부터 얻어진 단량체(monomer)를 중합하거나 석유 유래 원료 중합 합성을 통해 얻어지며, 미생물 등에 의해 생분해가 일어남

●바이오베이스 플라스틱은 바이오매스 유래 물질, 생분해 물질, 석유화학 유래 물질 등을 이용하여 천연물-고분자 결합 또는 천연물-단량체 중합하는 형태로 만들어짐

 

전 세계적으로 NatureWorks, BASF, Novamont 등 주요 기업의 기술우위에 의한 독점적 공급 형태이며, 이들 기업이 바이오･화학 융합 요소기술 개발을 통해 바이오플라스틱 상용화를 지속적으로 추진

●글로벌 선도기업들은 신규 바이오플라스틱 소재･공정･제품 용도로 개발하거나, 바이오플라 스틱의 고함량화를 위한 바이오 단량체 생산을 위한 플랫폼 기술 개발에 주력

●플라스틱 폐기물에 의한 오염문제 해결 및 재활용을 위한 새로운 솔루션 개발 등 바이오 플라스틱의 자원 순환기술도 개발하고 있음

 

국내는 대기업을 중심으로 온실가스 저감, 플라스틱 순환 등과 같은 친환경 제조 관련 분야에 대한 기술개발 및 상용화를 추진하고 있음

●바이오플라스틱의 경우 국내 기업의 수요가 폭발적으로 증가하고 있으나, 대부분의 소재를 수입에 의존하고 있어 국내 자립화가 어려운 상황

●대기업과 벤처 중심으로 바이오플라스틱 소재의 국산화를 위한 연구개발 및 상용화가 적극적으로 추진되고 있으나, 산업 혁신생태계 구축에는 한계

 

2.2 생분해성 플라스틱

생분해성 플라스틱은 식물체 기반 고분자, 미생물 생산 고분자 및 석유계 플라스틱 유래 고분자를 모두 포함하는데, 퇴비화 조건에서 36주 이내에 셀룰로오스 대비 90% 이상 생분해되어야 함 

●생분해성 플라스틱은 바이오매스로부터 얻어진 단량체(monomer)를 중합하는 방법과 석 유화학 유래 물질을 이용해 제조하는 방법이 존재

- 단량체 중합법은 바이오매스를 전처리, 당화과정을 통해 당을 제조하고 발효하여 산업상 이용이 용이한 고분자의 단량체를 생산한 후 이 단량체를 중합하여 소재를 얻음

※ 현재 대표적인 생분해 플라스틱인 PLA는 전분을 발효시켜 젖산(lactic acid)을 만들고 그 젖산을 중합하여 제조

●생분해성 플라스틱의 주요 분해 메커니즘 *은 미생물이 분비하는 효소로 인해 플라스틱 물질이 붕괴되어 저분자화 된 후 미생물이 저분자를 흡수하고 대사 작용을 거쳐 물과 이산화탄소로 최종 방출됨

 

생분해성 플라스틱은 크게 천연물 합성계, 화학 합성계, 미생물 합성계로 나눌 수 있으며, 단일 소재보다는 생분해성 소재를 혼합하여 사용

●(천연물 합성계) 식물체 등 천연물을 가소화, 단량체 및 축중합 시키는 천연물 합성계 생분해성 플라스틱은 PLA(Polylactic acid), TPS(Thermo plastic acid), AP(Aliphatic polyester), CA(Cellulose acetate), CDA(Cellulose diacetate) 등이 있음

- 옥수수, 사탕수수 등이 원료로 사용되며, 화학 합성계 대비 물성은 떨어지나 제조과정에서의 탄소배출량이 약 70% 감소하는 장점이 있음

- 천연물 합성계 생분해성 플라스틱은 물성 개선, 유통 중 분해 방지, 가격경쟁력, 생산성 등의 해결해야 할 문제가 많음

- 생분해성 플라스틱 물성 보완을 위해 천연물 합성계 및 석유화학 유래 화학 합성계 생분해 플라스틱 원료를 혼합사용하고 있음

※ Starch blends는 전분 분말을 가소제로 처리하여 열가소성 전분(Thermoplastic Starch)으로 제조하고, 이를 바탕으로 생분해 플라스틱을 생산하는데, 약한 물성과 매우 저렴한 가격으로 인해 다른 고분자(PVA, PBAT, PLA 등)와 혼합하여 생분해도를 향상시키고 비용을 절감

● (화학 합성계) 석유화학 유래 화학 합성계 생분해성 플라스틱에는 PBS(Polybutylene succinate), PCL(Polycapro lactone), PEU(Polyester urethane), PGA(Polyglycolic acid), PBAT(Polybutylene adipate-co-terephthalate), PES(Polyethylene succinate), PVA(Polyvinyl alcohol) 등이 있음

- 단량체를 화학 합성하여 얻는 생분해성 플라스틱으로 물성, 생산성이 우수하여 많은 분 야에 적용되고 있음

●(미생물 합성계) 미생물이 양분의 저장형태 및 배설물의 형태로 생산한 고분자를 말하며, PHA(Polyhydroxy alkanoate), PHB(Polyhydroxy butyrate), PHV(Polyhydroxy valerate) 등이 있음

- 열가소성 고분자 소재로 PHA 연구 개발이 활발하며, PHB는 열 분해되기 쉬워 가공이 어려운 단점을 개선하기 위해 PHB/V 공중합체의 미생물 생산기술이 개발됨

 

생분해성 플라스틱의 종류는 20가지 넘게 있지만, 현재 산업화 단계에 진입한 제품들에는 Starch blends, PLA, PHA, PBS, PBAT 등이 있음

●기존의 생분해성 플라스틱은 약한 물성, 유통 중 생분해 가능성, 내수성, 투기성, 생산성, 가격경쟁력, 재활용 어려움 등의 문제점으로 인해 산업화 적용이 부진

※ 생분해 플라스틱의 단점을 보완한 바이오매스 20~40%와 플라스틱 60~80%를 혼합사용

●Starch blends는 현재까지 생분해 플라스틱 중 가장 많이 사용되어 왔으며, PBAT, PLA, PCL 등과 혼합하여 사용되고 있음

- 다른 생분해성 플라스틱 원료보다 원가가 낮은 열가소성 전분을 PLA, PBAT 등 생분해성 소재와 혼합한 복합소재로 높은 생분해성 특성으로 인해 일회용 비닐봉투, 컵, 수저, 포장재 등에 사용

- 다만, 열가소성 전분은 생분해도가 좋은 만큼 강도가 약하고 강력한 수분 흡수력을 가지고 있어, 직물, 자동차, 건자재 등 산업용 수요를 충족시키는 어려운 단점이 있음

●바이오매스 유래 젖산(Lactic acid)을 이용하여 락타이드(Lactide)를 합성하고, 이를 이용하여 PLA를 제조하며, 높은 가격경쟁력, 투명성, 생체적합성, 열 가공성의 장점이 있어 포장재, 소비재, 3D 프린팅 원료로 사용되나, 자연 환경에서 생분해가 느리며 특수 퇴비화 (Composting * )에서 생분해가 가능

＊생분해성 바이오플라스틱을 산소에 민감하지 않는 미생물을 이용하여 물과 이산화탄소로 분해하는 기술

- PLA는 생체 내에서 분해･흡수되는 성질과 생체 내 무해하다는 장점으로 인해 의료용 재료로 활용이 가능하며, 식물의 생육을 촉진하는 것으로 알려져 농림업 분야에 활용되고 있음

- 다만, PLA는 약한 내열성과 내충격성, 일반적인 조건 하에서 분해속도가 다소 느린 단점이 있음

※ PLA의 생분해 조건은 지역 58℃ 이상, 수분이 70% 이상의 조건일 경우 90~180일 이내 90%가 분해됨

●PBAT는 화석 원료 기반 1,4-부탄디올(1,4-Butanediol), 아디프산(Adipic acid), 테레프탈산 (Terephthalic acid)의 중합을 통해 제조되어 높은 생분해성과 가공성의 장점 때문에 석유화학 기업에서 빠르게 상용화를 추진하고 있으며, 연질 포장재와 농업용 멀칭필름에 주로 사용

●PBS는 화석연료 기반 숙신산(Succinic acid)과 1,4-부탄디올의 중합을 통해 제조되며, 높은 생분해성으로 인해 연질 포장재 또는 PHA와 혼합하여 어망, 어구에 주로 사용

●PHA는 높은 생산원가와 바이오 공정만으로 제조가 가능하며, 가수분해가 잘 일어나 특정 조건에서 분해하기가 쉬우며, 생분해성 플라스틱 중에서 내열성이 낮음

- PHA는 미생물을 원료로 한 소재이기 때문에 생체적합성과 생분해성이 뛰어나기 때문에 약물 전달 및 조직공학 분야에 널리 사용 가능

 

2.3 바이오베이스 플라스틱

바이오베이스 플라스틱은 생분해성에 초점을 두지 않고 식물체 바이오매스를 20~25% 이상 함유하는 경우를 말하며, 이산화탄소 저감에 기여한다는 점에서 생분해성 플라스틱과 차별성을 가짐

●바이오베이스 플라스틱은 생분해 플라스틱의 단점을 보완하기 위해 생분해 수지와 산화 분 해제 등을 첨가하여 만들며, 분해 기간과는 상관없이 유기탄소 함량을 측정하여(CO2 저감) 분류함

●식물체 유래 물질, 생분해 물질, 석유화학 유래 물질 등을 이용하여 제조되며 중합형과 결 합형이 있음

- 사탕수수와 같은 식물체인 바이오매스에서 당화과정을 거쳐 단량체를 생산하고 이 단량체를 중합하는 방식의 중합형 바이오베이스 플라스틱과 생분해 플라스틱 또는 식물체 바이오매스를 기존 난분해성 플라스틱에 결합시킨 결합형 바이오베이스 플라스틱이 있음

- 기존의 석유계 플라스틱 PE(Polyethylene), PP(Polypropylene), PET(Polyethylene terephthalate) 소재의 단량체를 바이오매스 유래 동일 단량체로 대체하여 바이오매스 함량을 증가시키거나, 새로운 바이오매스 유래 단량체를 사용한 PTT(Polytrimethylene terephthalate), PEF(Polyethylene 2,5-furandicarboxylate)와 같은 바이오플라스틱에 해당

 

●바이오베이스 플라스틱은 생분해성 플라스틱보다 생산성이 우수하고 가격이 저렴할 뿐만 아니라 재활용할 수 있어 일반 플라스틱과 함께 분리배출이 가능

- 페트병에서 자동차 분야까지 그 적용 범위가 확장되고 있으며, 식량자원을 사용하기보다는 셀룰로오스, 볏짚, 왕겨, 옥수숫대, 대두박, 옥수수 껍질, 대나무 등 비식용계 부산물 자원을 원료로 활용하는 추세

 

바이오베이스 플라스틱은 유통기한이 길며 물성 보완이 필요한 분야에 적용되어 Bio-PA, Bio-PE, Bio-PTT, Bio-PET, Bio-PP 등이 산업화되어 있음

●Bio-PA(Polyamide)는 피마자유 등을 사용하여 만든 고성능 플라스틱으로 자동차 부품 및 건축자재 등에 활용되고 있음

●Bio-PE(Polyethylene)은 사탕수수 유래 에탄올로 합성된 바이오에틸렌을 이용하여 생산하며, 비닐봉투 등의 포장재로 이용

※ 2020년 기준 Bio-PE는 바이오베이스 플라스틱 내 25% 점유율을 차지

●Bio-PTT(Polytrimethylene terephthalate)는 옥수수 유래 1,3-프로판디올(1,3-Propanediol)로 제조되며, 신축성이 있어 카페트 및 의류에 사용

 Bio-PET(Polyethylene terephthalate)는 사탕수수 유래 에탄올로 합성된 에틸렌클리콜을 이용하여 생산하며, 석유계 PET를 대체하여 이미 상용화 사례가 존재

＊Coca Cola, PlantBottleTM 출시

- 바이오베이스 플라스틱 내 Bio-PET의 점유율이 2020년 19%에서 2025년에 11%까지 감소할 것으로 추정되는데, 이는 기존에 Bio-PET가 주도해 왔던 시장에서 생분해 플라스틱으로 이전될 것으로 전망하기 때문임

●Bio-PP(Polypropylene)는 사탕수수 유래 에탄올로 합성된 프로필렌을 이용하여 생산하나, 여타 제품 대비 기술적 장벽이 높아서 아직까지 상업적 생산 규모는 매우 미미한 수준

※ Bio-PP는 2020년 바이오베이스 플라스틱 내 점유율이 3%에 불과하였지만, 향후 물성 구현 등의 기술적 난제 해결을 통해 가장 빠른 성장세가 예상

 

제3장 산업 동향

3.1 글로벌 산업 동향

글로벌 바이오플라스틱 및 바이오폴리머 시장이 2021년 106억 5,560만 달러 (약 12조원)에서 연평균 22.7%씩 증가하여, 2026년에는 296억 5,880만 달러 (약 34조원)에 이를 것으로 전망(MarketsandMarkets, 2020)

●생분해성 바이오플라스틱은 2021년 76억 4,400만 달러에서 연평균 24.8%로 증가하여, 2026년에는 231억 8,230만 달러에 이를 것으로 전망됨

●비생분해성(난분해성)/바이오기반 플라스틱은 2021년 30억 1,160만 달러에서 연평균 16.5%로 증가하여, 2026년에는 64억 7,640만 달러에 이를 것으로 전망됨

유럽플라스틱협회에서는 세계 바이오플라스틱 생산 능력이 2021년 약 241만톤에서 2026년 759만톤으로 254.7% 성장할 것으로 전망(European Bioplastics, 2021)

●일반 플라스틱 시장의 연평균 수요 성장률이 3~4%인 점을 감안하면, 바이오플라스틱 시장은 연평균 성장률 28.8%로 고속 성장할 것으로 전망

●생분해성 플라스틱의 시장은 2021년 155만톤 규모에서 2026년 530만톤까지 연평균 27.9%의 성장세를 보일 것으로 예상 - 2021년 155만톤 생산량 기준으로 소재별 점유율이 PBAT, PLA, Starch blends, PBS, PHA 순

●난분해성 바이오베이스 플라스틱의 시장은 2021년 86만톤 규모에서 2026년 230만톤까지 연평균 21.7%의 성장세를 보일 것으로 예상

- 2021년 86만톤 생산량 기준으로 소재별 점유율이 Bio-PE, Bio-PA, Bio-PTT, Bio-PET, Bio-PP 순

 

2021년 바이오플라스틱 제품 종류별 생산능력을 살펴보면, 글로벌 바이오 플라스틱 시장에서 생분해성 플라스틱 소재의 점유율은 64.2%를 차지

●2021년의 경우 PBAT가 19.2%로 점유율이 가장 컸으며, 그 다음으로 PLA(18.9%), Starch blends(16.4%) 순 l European Bioplastics는 향후 바이오플라스틱 시장에서 난분해성보다 생분해성 소재의 비중이 늘어날 것으로 전망

바이오플라스틱 생산능력을 전 세계의 지역별로 보면, 2021년 기준으로 아시아 지역의 생산능력이 49.9%로 가장 큼

●아시아 다음으로 유럽이 24.1%, 북미지역이 16.5%, 남미지역이 9.1%의 생산능력을 보유한 것으로 추산됨

●특히, 아시아의 비중이 2026년에는 70.8%로 크게 증가할 것으로 전망됨

 

글로벌 기업들은 PLA, PHA, PBAT, PBS 등 생분해성 플라스틱 기반의 제품 상용화를 추진하고 있음

●NatureWorks社는 장기간 연구개발을 통해 젖산, 락타이드, PLA를 생산하는 공정을 최적화하였으며, 개별 공정의 생산 수율은 95% 이상, 전체 공정의 수율은 80% 이상으로 석유 유래 소재 수준의 매우 높은 가격경쟁력을 확보

- NatureWorks社는 축적된 연구경험과 기술력(산성 발효(pH 3), 젖산 및 락타이드 재활용 최적화 등)을 토대로 후발 기업인 Total Corbion社의 PLA보다 우월한 가격 경쟁력을 유지

- NatureWorks社는 15만톤/년 규모로 공급하고 있으며, 6억 달러를 투자하여 2024년 7.5만톤/년 생산 규모의 신규 PLA 공장 건립 계획을 수립

- Total Cobion社는 PLA 중합의 원료가 되는 락타이드의 최대 생산기업이며, 태국에 연간 7만 5천톤 규모의 생산설비 완공 후 Suler chemtech과 공동기술연구를 통하여 PLA 소재 생산에 박차를 가하고 있음

●해양 생분해도가 높아 해양 제품에 활용성이 높은 PHA의 경우, Kaneka社는 PHBH™을, Danimer Scientific社는 Nodax ®를 상용화하였으며, 지속적인 연구개발을 통해 다양한 조성의 PHA를 개발하고 있음

- Danimer Scientific社는 2002년 기준 1만톤/년 규모의 PHA 생산공정을 완공하고, 2022년까지 7억 달러를 투입하여 2.25만톤/년 생산 규모를 증설하여 최종적으로 3.25 만톤/년 규모의 PHA 생산공장을 확보할 계획임

●BASF社는 Ecovio ®와 Ecoflex ®을 상용화하여 포장재 및 필름 등 다양한 제품에 활용하며, 질량균형접근법을 개발하여 석유화학제품의 바이오매스 함량을 지속적으로 향상시키고 있음

- BASF社는 PBAT의 단량체 아디프산(Adipic acid)을 숙신산(Succinic acid)으로 대체하여 새로운 물성의 생분해성 바이오플라스틱 소재(PBST)를 개발

- BASF社는 바이오납사(Bio-naptha) 또는 바이오가스 유래 원료와 석유 유래 원료와 혼합하여 석유화학제품을 생산하는 바이오매스 함량을 향상하는 질량균형접근법(Biomass balance approach)을 개발하여 자사 제품의 바이오매스 함량을 향상 ●Novamont社는 전분계 생분해성 바이오플라스틱 복합소재(Mater-Bi)를 상용화하고, 바이오윤 활유(Matro-Bi), 바이오화장품 원료(Celus-Bi) 등과 같이 바이오제품군을 점차 확대

※ Novamont社는 Mater-Bi의 시장경쟁력 확대를 위해 포장재 회사인 BioBag社 인수

●1,4-부탄디올, 아디프산, 테레프탈산 등을 바이오매스로부터 생산하는 생물공정 또는 화학공정 기술을 개발하고 있으며, 이들 단량체를 활용하는 경우, 바이오매스 고함량 PBS/PBAT 생산이 가능

- Bioamber社는 8천톤/년 규모의 바이오 숙신산 공장 가동을 2018년 이후 중단, 2021년 LCY Biosciences의 투자를 통해 1.8만톤/년 규모의 바이오매스 유래 숙신산 공장을 재가동을 추진하고 2025년까지 3만톤/년 규모 증설 검토

- Genomatica社는 1,4-부탄디올 기반의 GENO BDO™ process 개발 완료 후 Novamont社와 3만톤/년 규모 공장 건립을 추진하고, Cargil社와 6.5만톤/년 규모 공장 건립을 위해 기술이전 계약 완료

- PTT MCC Biochem社는 바이오 숙신산을 사용하여 50% 바이오매스 함량의 BioPBS™ 수지를 생산하고 있으며, 바이오매스 유래 1,4-부탄디올을 활용하여 100% 바이오매스 기반 PBS 개발 추진

 

바이오베이스 플라스틱의 경우 석유계 단량체를 바이오매스로부터 생산하거나 직접 대체가 가능한 신규 단량체 생산기술을 상용화하는데 주력

●Braskem社는 바이오에탄올로부터 탈수 반응을 통해 에틸렌글리콜(Ethylene glycol)을 생산하여 100% 바이오매스 기반 PE(Polyethylene) 상용화

- Braskem社는 20만톤/년 규모로 생산하고 있으며, 6.1천만 달러를 투자하여 2022년 말까지 26만톤/년까지 생산 규모를 증설할 계획임

●Cathay Industrial Biotech社는 석유계 1,6-Hexanediamine 대체가 가능한 바이오매스 유래 단량체 1,5-Pentanediamine를 개발하여 PA510, PA512 등과 같은 다양한 바이오 폴리아마이드(Bio polyamide)를 출시

●Genomatica社는 미생물 개량 기술을 토대로 1,4-부탄디올, Brontide™(1,3-Butanediol), BDE(Butadiene), GENO CPL™M(Hexamethylenediamine, caprolactam, 아디프산)의 생물학적 생산기술을 개발하고, Novament社와 협업을 통해 1,4-부탄디올의 상용공정 (3만톤/년)을 개발하고 있음

●Virent社는 보유하고 있는 Bioforming ® process를 활용하여 100% 바이오매스 유래 테레프탈산 생산 기술을 개발

●Avantium社는 XYZ technology를 개발하여 바이오매스 Fructose로부터 테레프탈산을 대체하는 2,5-퓨란디카르복실산을 제조하고 이를 PET 대체 100% 바이오매스 유래 PEF (Polyethylene 2,5-furandicarboxylic acid)를 개발

●세바식산(Sebacic acid), 11-aminoundecanoic acid, dodecanedioic acid 등 지방산 유래 단량체는 고가의 특수용도 바이오 폴리아마이드(Bio polyamide)에 사용되며 Evonik社 등이 연구개발을 추진하고 있음

●Zymergen社는 합성생물학 전문기업으로 Sumitomo社와 협업을 통해 전자기기에 사용 가능한 고투명도 폴리이미드(Polyimide) Hyaline Z2를 개발

3.2 국내 산업 동향

2019년 기준 국내 바이오플라스틱 시장은 약 4만톤 규모로 국내 플라스틱 시장의 0.5%를 차지하며, 세계 바이오플라스틱 시장의 1~2% 내외에 불과

※ 2019년 바이오고분자 생산은 545억 원으로 글로벌 시장 점유율이 1.5% 수준에 불과하고 바이오플라스틱 소재의 해외 의존도가 매우 높은 상황이 지속되고 있음

●바이오플라스틱 산업은 발효원료(원당, 당밀) 확보, 바이오리파이너리를 통한 플랫폼 화합물의 생산, 바이오플라스틱의 제조, 최종 소비재로 가공 등의 가치사슬이 존재

●석유화학 기업 중심으로 바이오플라스틱 생산 중(원료 중합)이나, 리파이너리(원료 추출･가공) 및 단량체 생산은 기술개발 단계로 해외 원료 수입에 의존

●국내 기업들은 다양한 일회용 플라스틱 제품에 대한 대체원료를 출시하여 일회용 프라스틱 제품을 급속하게 바이오매스 소재로 대체하고 있어, 추후 바이오플라스틱의 국내 시장규모는 최소 5조원 이상 될 것으로 예상

 

대기업을 중심으로 바이오플라스틱 소재의 국산화를 위한 연구개발 및 상용화가 추진되고 있으나, 빠른 산업생태계 구축에는 한계

●CJ제일제당, LG화학, 대상 등 글로벌 추세를 반영한 생분해성 바이오플라스틱 중심의 상용화에 집중하고 있음

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이상으로 바이오플라스틱 포스팅을 마치도록 하겠습니다.