1. 개념
- 바이오플라스틱(영어: Bioplastic)은 식물성 지방 및 기름, 옥수수 전분, 짚, 나무 칩, 톱밥, 재활용 식품 폐기물 등과 같은 재생 가능한 바이오매스 원료로부터 생산되는 플라스틱 물질이다. 일부 바이오플라스틱은 다당류(예: 전분, 셀룰로스, 키토산 및 알긴산)와 단백질(예: 콩 단백질, 글루텐 및 젤라틴)을 포함한 천연 바이오폴리머로부터 직접 처리하여 얻어지는 반면, 다른 것들은 식물 또는 동물로부터 당 유도체(예: 젖산)와 지질(기름 및 지방)로부터 화학적으로 합성된다. 바이오플라스틱은 설탕이나 지질의 발효에 의해 생물학적으로 생성된다. 대조적으로, 화석 연료 플라스틱(석유 기반 중합체라고도 함)과 같은 일반적인 플라스틱은 석유 또는 천연가스에서 파생된다.
- 기존 플라스틱은 원료인 석유의 고갈 문제에서 자유롭지 못하며, 수백년에서 1만년까지 자연 분해되지 않아 플라스틱 오염을 일으킨다. 이를 해결하기 위해 옥수수, 사탕수수, 콩 등으로 만드는 바이오플라스틱이 연구되고 있다. 이 플라스틱은 기존 플라스틱과 비슷한 성질이지만, 일정 시간이 지나면 미생물에 의해 분해되어 물과 이산화탄소가 된다. 따라서 탄소가 감소되며 폐기물의 퇴비 활용도 가능하다.
2. 종류
2.1. 생분해 플라스틱
- 생분해 플라스틱(Bio-degradable Plastics)은 옥수수 등 식물체 유래 물질을 함유한 천연물계 플라스틱이나 석유 유래 원료 중합합성을 통해 만들어지는 석유계 플라스틱이다.
- 석유에서 추출되는 원료를 결합해 만든 고분자 화합물인 플라스틱은 값이 싸고 가공도 쉬우며 활용도가 다양하다. 그러나 난분해성 물질로 폐기 처리하는 데 많은 어려움이 있다. 이 특성으로부터 야기되는 환경오염 등의 문제를 해결하고자 생분해성 플라스틱(또는 바이오 플라스틱)이 개발되었다. 생분해성 플라스틱은 토양의 박테리아나 다른 유기 생물체에 의해 분해되며, 광분해성이나 생붕괴성 플라스틱을 포함한 넓은 의미로 정의되기도 한다. 생분해성 플라스틱은 일반 플라스틱에 비해 아직 그 활용도가 낮으나, 과학기술의 발달과 중요성 인식의 증가에 따라 다양한 용도로 사용이 확대되고 있다.
- 생분해 기간은 3~6개월이고 6개월 이내에 셀룰로오스 대비 90% 이상 생분해된다.
- 장점
- 미생물에 의한 생분해가 우수하다.
- 탄소저감 효과가 뛰어나 일회용품이나 산업용 사출 성형 제품 등으로 사용되고 있다.
- 단점
- 가격이 비싸다.
- 분해 기간이 짧아 유통 도중에 분해될 수 있고 다회 사용이 어렵다.
- 물성, 내열성 및 내한성이 약하다.
- 고분자 간 상용성이 부족해 재활용이 힘들다.
- 종류: PLA, TPS, PHA, AP, CA 등
2.2. 산화생분해 플라스틱
- 산화생분해 플라스틱(Oxo-Biodegradable Plastics) 열, 햇빛 등에 의해 1차 산화분해 후, 생분해가 이루어지는 고분자로 식물체 유래 물질, 산화생분해제, 생분해 물질, 석유화학 유래물질 등을 이용하여 제조된다. 그리고 제품 유통기한이 1년 이상인 식품(특히, 발효식품) 포장재, 산업용품, 농원예 분야에 사용된다.
- 산화생분해 플라스틱은 생분해 플라스틱의 단점으로 지적되고 있는 너무 짧은 분해 기간(장기간 유통하기 어려움), 약한 물성, 내열성 및 내한성, 가격 경쟁력, 고분자 간 상용성 부족에 따른 재활용이 안되는 문제 등의 일부 한계성을 극복한 제품으로 최종 생분해 기간을 연장한 제품이다. 기존 범용 플라스틱에 바이오매스, 산화생분해제, 상용화제, 생분해 촉진제, 자동산화제 등을 첨가하여 제조한다. 분해 메커니즘은 열, 광, 효소, 화학 반응 등의 복합적 분해 작용이 이루어져 1차 산화 분해가 이루어져 저분자화 되고, 2차적으로 미생물에 의한 분해가 진행된다. 분해 기간을 1년 ~ 2년으로 만들기 위해 생분해 촉진제를 추가로 사용하는 신개념의 친환경 플라스틱 원료 소재이다.
- 최근 아랍에미리트에서는 전 세계를 대상으로 산화생분해 이외의 일반 플라스틱 제품 사용을 금지했다. 이에 관련한 규격, 시험기준, 인증 등이 미국, UAE, 스웨덴에서 시행되고 있다. 향후 인도, 유럽, 필리핀, 한국, 태국, 캐나다 등으로 빠른 속도로 확산될 가능성이 높다.
- 생분해 기간은 36개월이고 6개월 이내에 셀룰로오스 대비 60% 이상 생분해된다.
- 장점
- 분해 기간을 조절할 수 있다.
- 물성이 우수하다.
- 단점
- 산화분해(열, UV)가 필요하다.
- 종류: Bio-PE(polyethylene), Bio-PP(polypropylene) 등
2.3. 바이오베이스 플라스틱
- 바이오베이스 플라스틱 (Bio-Based Plastics)은 식물체 유래 물질, 생분해 물질, 석유화학 유래 물질 등의 바이오매스를 일정량 이상 이용하여 제조되며 천연물 단량체 중합형 및 천연물-고분자 결합형이 있다. 바이오베이스 플라스틱은 생분해가 아닌 이산화탄소 저감을 강조하고 있다. 생분해 속도가 매우 느려 유통기한이 길고, 강도 및 탄소 저감효과가 우수하여 가장 많이 개발되어 있다.
- 장점
- 탄소저감이 우수하다.
- 강도가 우수하다.
- 단점
- 생분해 속도가 매우 느리다.
- 강도, 내수성 문제가 있을 수 있다.
- 종류: Bio-PE(polyethylene), Bio-PP(polypropylene), Bio-PET(polyethylene terephthalate), Bio-PA(Polyamide) 등
3. 시장
FrostandSullivan(포레스트 설리번)에 따르면 바이오플라스틱 시장 수익은 2017년 48.8억 달러에 달하였으며, 2018년부터 2023년까지 9.5%의 연평균 성장률로 증가하여 2023년 약 83.9억 달러에 이를 것으로 예측됨. 새로운 생분해성 플라스틱은 기존의 화학성 플라스틱의 대체재로서 이미 사용되고 있으며, 특히 기존 플라스틱 사용에 대한 금지 규제로 인해 바이오 플라스틱의 상용화가 가속화될 것으로 평가된다.4. 생산 기업
바이오플라스틱 산업 내 해외 업체는 바이오플라스틱 전문기업과 화학기업의 기술적 협력으로 이루어지고 있으며, 미국, 유럽, 일본이 산업 내 우위를 차지하고 있고 해당 업체들은 기술력을 기반으로 상용화된 다양한 바이오플라스틱 제품군을 확보하고 있다. 현재 바이오플라스틱 최대 생산국은 미국이며, 최대 소비국은 유럽연합국가로, 주요 생산기업은 네이처 웍스 NatureWorks 엘엘시 LLC, 노바몬트 Novamont, 바이오엠버 BioAmber 등이 있음
다음으로 국내 바이오플라스틱은 1990년대 이후로 본격적으로 개발되기 시작한 산업으로, 2008년부터 정부 주도하에 바이오화학기술의 개발 사업을 추진해오고 있으며, 2012년 바이오 화학 육성전략을 수립하였고, 2014년부터 기업 간 상호협력을 중심으로 바이오플라스틱 기반기술 연구가 진행되고 있음. 국내 바이오플라스틱 산업에 참여하고 있는 대표적인 업체로는 SK케미칼㈜, 롯데케미칼㈜, CJ제일제당㈜, ㈜바이오소재, 대상㈜, ㈜휴비스, ㈜그린케미칼 등이 파악되며, 기존 석유화학분야 대기업과 발효제품 전문기업을 중심으로 연구개발이 진행되고 있다.
5. 사용 분야
- 포장재 분야
바이오플라스틱 중에서 가장 많이 쓰이는 것은 옥수수 및 옥수수 추출물로 만든 포장재이며, 생분해가 용이하여 친환경 소재로 각광받고 있다. 또한 최근에는 식량자원 사용 자제를 위해서, 원료 조달이 용이한 식품공장 부산물 등 비식용 유기성 폐자원이 주목받고 있다. 그 예시로 코카콜라는 Bio-PET 음료수병을 개발하여, 상용화에 들어갔으며, 전 세계 20여 개국에서 200억 개 이상 판매했다. 이 식물 병은 바이오 기반 플라스틱인 MEG 30%와 석유 기반 PTA 70%가 혼합된 병으로서, 대표적인 바이오 기반 플라스틱 제품이다.
- 의료 부품 분야
생분해성플라스틱 중에서 생체분해성 고분자는 생체 내 흡수성 고분자와 비흡수성 고분자로 분류되는데, 생체 내 흡수성 고분자는 조직 재생용으로 주로 사용되며 약제를 담는 용도로도 활용된다. 비흡수성 고분자는, 생체 내에서 작용을 마친 후에 배출되어야 하므로 주로 소화기계통에 사용된다. 이러한 생체분해성 고분자 소재로는 PLA(Poly Lactic Acid)와 PGA가 있다. 이 소재들은 인공 심장, 판막, 혈관, 뼈, 신장, 췌장, 귀 등 다양한 분야에 기존 플라스틱 소재의 대체 물질로 사용이 가능하고, 수분, 미생물, 온도 같은 다양한 환경 요인에 따라 스스로 분해되므로, 생체 내 부작용을 최소화할 수 있어 기존 플라스틱 소재를 대체할 신소재로 각광받고 있다.
6. 전망
현재 바이오 플라스틱은 물성이 기존 플라스틱 제품에 미치지 못하고 가격이 상대적 고가여서 상업적으로 사용이 미미한 실정이나, 플라스틱 폐기물에 대한 규제 강화가 증가되고 있고 국민들의 환경의식 수준이 높아짐에 따라 바이오 플라스틱에 대한 수요는 큰 폭으로 증가할 전망이다. 현재, 기존 플라스틱의 물성과 유사하면서도 원가절감이 이루어진 바이오 플라스틱 제품이 지속적으로 출시되고 있고, 바이오 플라스틱의 대량 생산 체계가 갖추어지면 시장 확대가 예상된다.
실제로 우리나라는 최근 2030년까지 플라스틱 폐기물 발생량 50% 감축, 재활용률 70%를 목표로 한 생산, 소비, 배출, 수거, 재활용의 종합대책과 “화이트바이오 산업 활성화 전략”을 통한 바이오플라스틱 시장 활성화 계획을 발표하여 시장이 큰폭으로 확대될 전망이다
7. 이슈
7.1. 쓰레기 처리 과정에 대한 이슈
생분해 플라스틱이 많은 이들의 기대에 부흥하도록 친환경적으로 되기 위해서 다듬어야 할 것들이 많다. 특히 생분해 플라스틱에 부합하는 제도와 환경이 갖추어지지 않았다. 현재 우리나라에서는 생분해 플라스틱이 본래의 목적대로 분해될 수가 없다. 생분해 플라스틱은 기존 플라스틱 분류 체계에서 기타(other)로 분류돼 종량제봉투에 넣어 버려야 하는데, 이렇게 버려지는 쓰레기의 52%가 소각된다. 매립되었을 때 생분해되어 그 가치를 띄는 바이오 플라스틱이 일반 폐기물처럼 타서 사라지고 있는 것이다.어쩌다 매립된다고 해도 생분해 플라스틱을 그냥 자연 상태의 흙에 묻으면 분해되지 않는다. 현재까지 상용화된 생분해 플라스틱의 대부분은 일정한 조건하에서만 자연 분해가 되기 때문이다. 따라서 생분해 플라스틱이 분해될 수 있는 매립 시설이 갖춰져야만 하는 것이다.
바이오 플라스틱의 특성에 맞는 처리 방식 없이 무조건 홍보만 하면 그린워싱[1]이 될 우려 또한 존재한다.
이처럼 생분해 플라스틱이 제 역할을 할 수 없는 상황에서 그 수량이 늘면 오히려 분리수거를 방해한다는 우려도 존재한다. 생분해 플라스틱과 일반 플라스틱은 외관상 구분이 어렵기에, 두 종류의 플라스틱이 섞여 배출될 가능성이 크기 때문입니다. 만약 두 플라스틱이 섞여 배출된다면 플라스틱 재활용 자체가 불가능해질 수도 있다.
즉, 바이오 플라스틱의 친환경 효과를 제대로 활용하기 위해서는 앞으로 물질의 특성에 근거한 재활용 체계를 수립해나가야 한다.
7.2. 식량 농지 침해 및 간접적 영향
바이오 플라스틱의 대다수는 옥수수 또는 옥수수와 같은 식물로 만들어지기 때문에 식량 재배에 사용될 수 있는 땅의 많은 부분이 “플라스틱 재배”에 사용될 수 있다.한국석유공사에 따르면 일반 플라스틱을 생분해 플라스틱이 포함된 바이오 플라스틱으로 모두 대체하려면 전 세계 경작지의 5%를 사용해야 한다고 한다. 즉, 바이오 플라스틱이 많이 만들어질수록 빈곤 국가의 식량난이 가중되고, 식량 가격이 상승하는 등의 문제가 생긴다. 또한 바이오 플라스틱을 만들기 위해 이처럼 작물을 재배하는 것은, 농장 기계에 연료를 공급하는 데 필요한 석유로부터 온실 가스 배출을 유발하며 대규모 농업에서 발생하는 농약과 비료로 인한 환경오염도 그대로 발생한다.
자칫하면 바이오 플라스틱으로 인한 간접적인 영향이 석유로 플라스틱을 만드는 것보다 더 클 수도 있다.
7.3. 생분해에 대한 논란
생분해성 플라스틱은 기존의 플라스틱보다 자연 속에서 빠르게 분해되기 때문에 자연 속에 잔존해 있는 시간이 짧아 생태계에 미치는 영향은 적다고 할 수 있다. 생분해성 플라스틱은 버려도 언젠가는 사라지게 된다고 여겨져 왔다. 하지만 실제로는 그렇지 않다는 논란이 생겼다.
원래 생분해성 플라스틱은 토양 및 하천 · 해양 등 자연환경 하에서 분해 또는 소비되어, 자연으로 돌아간다는 과정을 거친다. 하지만 이러한 자연환경 하에서 생분해성을 평가하는 방법은 시험하는 데 시간이 오래 걸리는 데다 장소나 계절에 따라 결과가 달라지기 때문에, 대부분의 생분해성 시험은 폐쇄된 형태이며 온도와 통기 및 수분 레벨이 조절된 조건 하에서 실행된다. 즉, 물질의 생분해성은 대다수가 ‘이상적인 조건 하에서’ 평가된 값이다. 그러므로 이러한 방법으로 평가된 생분해성이, 이상적이지 않은, 일반적인 자연환경에서도 동일하게 적용된다고 할 수 없는 것이다. 한 가지 예시를 들자면 생분해성 시험은 대부분 20℃~60℃의 온도에서 실시된다. 이는 20도 이하의 차가운 바다 속 환경을 충분히 반영하지 못한다. 그러므로 생분해성 플라스틱이 버려졌을 경우, 자연환경 속에서 얼마나 오랜 시간 동안 남아있게 되는지, 사실은 알 수 없는 것이다. 결국 시장에 나돌고 있는 생분해성 플라스틱은 대부분 바다 속과 같은 자연환경에 방출되게 되면, 알려진 사실과 달리, 분해하는 데 아주 오랜 시간이 걸리거나 거의 분해되지 않는다는 것이다. 이러한 점을 고려하여 유엔 환경 계획은 생분해성 플라스틱은 해양 쓰레기의 현실적인 해결방법이 될 수 없다고 말한다.
8. 관련 정책 및 제도
8.1. 국내정책
바이오 플라스틱과 관련된 국내 정책으로는 ‘환경표지제도‘가 있다. 환경표지제도는 같은 용도의 다른 제품에 비해 '제품의 환경성'을 개선한 경우, 그 제품에 환경표지 로고를 표시함으로써 소비자(구매자)에게 환경성 개선 정보를 제공하고, 소비자의 환경표지 제품 선호에 부응하여 기업이 친환경 제품을 개발. 생산 하도록 유도하는 인증제도이다. 우리나라 바이오 플라스틱 제품은 환경 기술 및 환경산업 지원법 17조에 따라서 환경 표지 인증[2]을 받고 있다. 이러한 환경표지 인증 절차는 플라스틱의 생분해도를 측정하는 방법에 대해 한국산업표준의 규정을 따른다. 실험 결과 58도와 60도 사이의 온도에서 수분도 70%를 유지한 채로 6개월 동안의 생분해도 값이 90% 이상이 될 경우 환경표지 인증을 받을 수 있다.8.2. 해외 정책
1. EU 집행위원회는 순환경제[3]에 대해 영향력이 크다고 판단되는 7개 분야를 정해 각 분야별로 취해야 할 시책을 제시했는데, 그 중 생분해 플라스틱과 관련된 부분으로는 1) 바이오 기반 원료가 환경에 미치는 이익의 평가를 기초로 바이오 기반 플라스틱의 조달ㆍ표시ㆍ사용을 검토하며, 2) 생분해성 플라스틱이 환경에 유익한 경우 그 기준에 대한 평가를 기초로 생분해성 플라스틱의 사용을 검토한다는 내용이 있다.2. 유럽 내 폐기물 처리는 폐기물 기본지침에 의해 규정되고 있다. 이 지침의 핵심은 5단계로 이루어진 폐기물 계층을 확립하는 것이며 생분해성 플라스틱에도 이것이 적용된다. 5단계를 살펴보면, 1단계는 폐기물 방지가 가장 우선시된다. 방지가 불가능한 경우에는 2단계로 넘어가서 폐기물의 재활용을 위한 준비가 실행되어야 한다. 3단계에서는 재활용이 권장되며 여기서 재활용은 기계적 재활용[4]을 모두 포함하는 넓은 개념이다. 다음으로 4단계는 생분해 플라스틱 소각시에 생성되는 에너지를 활용하는 것이며, 마지막 5단계에서는 폐기가 이루어진다.
8.2.1. 해외 국가의 정책
8.2.1.1. 프랑스
‘녹색성장을 위한 에너지 전환법’에 따라 플라스틱 사용을 단계적으로 규제해왔으며, 2017년 1월부터 비분해성 플라스틱 포장재 사용을 금지했다.
‣ 두께 50㎛ 이하의 경량 일회용 비닐봉투(보통 과일과 채소를 담는 봉투)는 바이오 기반의 성분을 30% 이상 함유해야 하도록 했다.‣ 일회용 식기와 플라스틱 면봉은 대나무·옥수수 섬유 등과 같은 바이오 재료를 포함 시켜 대체제품을 만들어야 하는 것으로 규정하고 2020년까지는 이러한 제품 내성분에서 바이오 재료가 최소 50% 이상 포함하도록 했다.
8.2.1.2. 스페인
2018년 5월 플라스틱 비닐 소비 억제에 대한 시행령을 발표한뒤 단계별 플라스틱 사용 규제를 시작했다.1단계: 플라스틱 봉지 유료판매 의무화 - 2018년 7월 1일 부로, 슈퍼마켓이나 백화점 등 소매유통업체들은 고객들을 대상으로 한 플라스틱 봉지 무료 제공이 금지되며, 의무적으로 유료판매 해야 함 (재활용플라스틱을 70% 이상 사용한 두꺼운 플라스틱은 예외대상에 포함)
2단계: 플라스틱 비닐봉지 생산시 재활용플라스틱 사용 의무화.
2020년 1월부터 두꺼운 재질의 플라스틱 봉지 생산 시 원료의 50% 이상을 재활용플라스틱을 사용하도록 의무화 및 환경보호에 악영향을 줄 수 있는 자연분해 플라스틱 사용을 금지.
3단계: 바이오플라스틱 사용 의무화.
2021년 1월부터 바이오플라스틱을 제외한 모든 경량 및 초경량 플라스틱 봉지 사용 금지.
[1] ‘생분해’라는 수식어를 악용해 소비자들을 부추기는 기업들도 있다. 친환경이 아님에도 친환경인 것처럼 꾸며서 소비를 부추기는 행태를 그린워싱이라 부른다. ESG: Environment` `Social` `Governance`의 머리글자를 딴 단어로 기업 활동에 친환경, 사회적 책임 경영, 지배구조 개선 등 투명 경영을 고려해야 지속 가능한 발전을 할 수 있다는 철학을 담고 있다.[2] 생분해성 수지제품과 바이오매스 합성수지 제품으로 나뉘며 별도의 인증을 진행한다[3] 자원 절약과 재활용을 통해 지속가능성을 추구하는 친환경 경제 모델[4] 분쇄와 같은 기계적 힘을 이용하여 재활용 처리)과 화학적 재활용(화학 약품을 사용하여 재활용)