지구 - 바이오플라스틱의 환경적 가능성과 과제

 

바이오플라스틱(Bioplastic)은 지속 가능한 미래를 구축하는 데 중요한 소재로, 주로 식물성 지방, 옥수수 전분, 나무 칩, 톱밥, 재활용 식품 폐기물 등과 같은 재생 가능한 바이오매스 원료로부터 만들어지는 플라스틱입니다. 이러한 바이오플라스틱은 기존의 석유 기반 플라스틱과는 근본적으로 다른 구조를 가지며, 일부는 다당류(전분, 셀룰로스, 키토산, 알긴산)와 단백질(콩 단백질, 젤라틴 등) 같은 천연 바이오폴리머로부터 직접 얻어집니다. 다른 바이오플라스틱은 젖산과 같은 당 유도체 및 지질(기름과 지방)에서 화학적으로 합성되어 생산됩니다. 기존 플라스틱은 석유나 천연가스에서 유래하며, 매우 긴 분해 기간(수백 년에서 수천 년)으로 인해 심각한 환경 오염 문제를 야기합니다. 반면, 바이오플라스틱은 일정 시간이 지나면 자연 속에서 미생물에 의해 분해되어 물과 이산화탄소가 되는 특징을 가지고 있습니다. 이러한 생분해성 특성 덕분에 바이오플라스틱은 플라스틱 폐기물 문제를 해결하는 데 있어 중요한 역할을 할 수 있습니다. 또한, 바이오플라스틱은 화석 연료 기반 플라스틱과 달리 생산 과정에서 탄소 배출을 줄일 수 있어 기후 변화 대응 측면에서도 긍정적인 영향을 미칩니다.

바이오플라스틱의 종류

1. 생분해 플라스틱(Biodegradable Plastics)

생분해 플라스틱은 자연에서 유래한 물질(예: 옥수수 전분, 식물성 섬유 등)로부터 제조되거나, 석유에서 유래된 원료로 합성된 플라스틱으로, 미생물에 의해 자연적으로 분해될 수 있는 특징을 가지고 있습니다. 기존의 플라스틱과 비슷한 물성을 가지지만, 사용 후 일정 기간이 지나면 미생물 활동에 의해 물과 이산화탄소로 완전히 분해됩니다. 대표적인 생분해 플라스틱으로는 PLA(Polylactic Acid), TPS(Thermoplastic Starch), PHA(Polyhydroxyalkanoates) 등이 있으며, 주로 식품 포장재, 일회용 제품, 농업용 필름 등에 사용됩니다.

• 미생물에 의해 자연적으로 분해됨으로써 플라스틱 폐기물 문제를 해결할 수 있습니다.
• 탄소 저감 효과가 뛰어나 일회용품, 산업용 사출 성형 제품 등에 널리 활용됩니다.
• 가격이 기존 플라스틱보다 비쌉니다.
• 분해 기간이 상대적으로 짧아, 유통 도중에 제품이 분해될 수 있으며 다회 사용이 어렵습니다.
• 내열성과 내한성이 약하고, 재활용이 어렵다는 한계를 가집니다.

2. 산화생분해 플라스틱(Oxo-Biodegradable Plastics)

산화생분해 플라스틱은 열, 빛, 산소와 같은 외부 요인에 의해 먼저 산화되어 작은 조각으로 분해된 후, 미생물에 의해 최종적으로 분해되는 특성을 지닌 플라스틱입니다. 이는 기존의 생분해 플라스틱이 가지고 있던 단점, 예를 들어 분해 기간이 너무 짧아서 장기 유통이 어려운 문제나 물성이 약한 문제를 보완한 제품입니다. 산화생분해 플라스틱은 주로 식품 포장재, 농업용 필름, 산업용 포장재에 사용되며, 분해 기간을 1~2년으로 연장할 수 있는 바이오매스 및 생분해 촉진제를 포함하고 있습니다.

• 분해 기간을 조절할 수 있어 유통기한이 긴 제품에도 적합합니다.
• 물성이 기존 플라스틱과 유사해 내구성이 뛰어납니다.
• 산화분해를 촉발하기 위해서는 열, 자외선(UV) 등의 외부 요인이 필요합니다.
• 완전한 생분해가 이루어지기 전에 미세 플라스틱으로 분해될 가능성이 있어 환경 문제를 일으킬 수 있습니다.

3. 바이오베이스 플라스틱(Bio-Based Plastics)

바이오베이스 플라스틱은 식물성 바이오매스를 일정 비율 이상 포함하여 제조된 플라스틱으로, 탄소 배출을 줄이는 데 중점을 둔 소재입니다. 이 플라스틱은 완전히 생분해되지 않더라도, 바이오매스 기반 원료를 사용하여 화석 연료 의존도를 낮추고 탄소 발자국을 줄이는 효과를 얻을 수 있습니다. 대표적인 예로는 바이오폴리에틸렌(Bio-PE), 바이오폴리프로필렌(Bio-PP), 바이오폴리에틸렌 테레프탈레이트(Bio-PET) 등이 있으며, 식품 포장재, 병, 산업용 포장재로 많이 사용됩니다.

• 기존 플라스틱과 물성이 비슷하며, 특히 강도와 내구성이 뛰어납니다.
• 탄소 배출 저감 효과가 크며, 플라스틱 생산 과정에서 친환경적입니다.
• 생분해 속도가 느리며, 완전히 분해되는 데 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다.
• 물성 문제로 인해 내수성이나 내구성에서 일부 한계를 가질 수 있습니다.

바이오플라스틱의 시장 현황과 성장 가능성

바이오플라스틱 시장은 전 세계적으로 빠르게 성장하고 있으며, 특히 환경 문제에 대한 인식이 증가함에 따라 그 수요가 계속해서 확대되고 있습니다. Frost & Sullivan의 보고서에 따르면, 2017년 바이오플라스틱 시장 수익은 48.8억 달러에 달했으며, 2023년까지 연평균 9.5%의 성장률을 기록하여 약 83.9억 달러에 이를 것으로 전망됩니다. 이는 플라스틱 폐기물에 대한 규제가 강화되고, 소비자들이 친환경 제품을 선호하는 트렌드에 힘입은 결과입니다. 특히 EU와 미국, 일본과 같은 선진국에서는 바이오플라스틱 연구 및 생산에 대한 투자가 활발히 이루어지고 있으며, 상용화된 다양한 제품군을 확보하고 있습니다.

국내에서도 바이오플라스틱 산업은 1990년대 이후 본격적으로 개발되었으며, 정부 주도 하에 바이오화학 기술 개발 사업이 추진되고 있습니다. 대표적인 국내 바이오플라스틱 생산 업체로는 SK케미칼, 롯데케미칼, CJ제일제당 등이 있으며, 이들 기업은 정부의 지원을 받아 바이오 플라스틱 연구와 상용화를 빠르게 진행하고 있습니다.

바이오플라스틱의 주요 사용 분야

바이오플라스틱은 주로 포장재로 많이 사용되며, 특히 옥수수 전분으로 만든 생분해성 포장재는 친환경적인 특징 덕분에 인기를 끌고 있습니다. 코카콜라는 바이오 기반의 Bio-PET 음료수병을 상용화하여 전 세계에서 200억 개 이상의 판매를 기록했으며, 이 제품은 식물 기반 소재가 30% 포함된 바이오플라스틱으로, 기존 석유 기반 플라스틱의 대안으로 주목받고 있습니다.

바이오플라스틱은 생체 내에서 분해되거나 흡수될 수 있는 생체 재료로도 사용됩니다. 특히 PLA와 PGA 같은 고분자는 인공 장기, 혈관, 뼈 등에 사용되며, 이 소재들은 인체 내에서 자연스럽게 분해되므로 생체 부작용을 최소화할 수 있는 장점이 있습니다.

바이오플라스틱의 환경적 이점과 도전 과제

바이오플라스틱은 기존 플라스틱의 장기적인 환경적 피해를 줄일 수 있는 중요한 대안으로 여겨지지만, 상용화 과정에서 여전히 해결해야 할 문제들이 존재합니다. 가장 큰 도전 과제 중 하나는 가격입니다. 바이오플라스틱은 생산 공정에서 사용되는 원료가 기존 석유 기반 플라스틱보다 비싸기 때문에, 상업적 경쟁력이 상대적으로 낮습니다. 또한, 많은 바이오플라스틱은 특정 조건 하에서만 분해가 가능하다는 문제도 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해서는 더 나은 분해 기술과 보다 경제적인 생산 방식이 필요합니다.

또한, 폐기물 처리 문제도 바이오플라스틱의 중요한 과제 중 하나입니다. 현재 생분해 플라스틱은 일반 폐기물처럼 처리되기 때문에, 적절한 분리수거와 재활용 체계가 갖춰지지 않으면 바이오플라스틱이 오히려 플라스틱 재활용을 방해할 수 있습니다. 생분해 플라스틱이 본래의 기능을 다하기 위해서는 이를 처리할 수 있는 시설이 필요하며, 이러한 재활용 시스템이 전 세계적으로 구축될 필요가 있습니다.

바이오플라스틱 관련 이슈

생분해 플라스틱이 친환경적인 기능을 제대로 수행하려면 적절한 처리 시설이 필요합니다. 하지만 많은 국가에서는 아직 생분해 플라스틱을 처리할 수 있는 매립 시설이나 퇴비화 시설이 충분히 갖추어지지 않았습니다. 특히 한국에서는 생분해 플라스틱이 기존 플라스틱과 같은 방식으로 소각되는 경우가 많아 그 본래의 친환경적 이점이 사라지는 문제점이 있습니다. 바이오플라스틱의 주된 원료 중 하나인 옥수수는 식량 자원으로도 중요한 역할을 합니다. 따라서 바이오플라스틱 생산을 위해 옥수수를 대규모로 재배하게 되면 식량난을 심화시킬 수 있으며, 경작지의 부족으로 인해 식량 가격이 상승할 우려가 있습니다. 이와 함께 대규모 농업 생산 과정에서 발생하는 환경 오염 문제도 바이오플라스틱 산업의 부작용 중 하나로 지적되고 있습니다. 생분해 플라스틱이 자연 환경에서 빠르게 분해되지 않을 수 있다는 논란이 있습니다. 생분해성 테스트는 주로 실험실에서 이상적인 조건 하에 진행되기 때문에, 실제 자연 환경에서의 분해 속도는 크게 다를 수 있습니다. 예를 들어, 해양 환경에서는 생분해 플라스틱이 제대로 분해되지 않아 오랜 시간 동안 남아 있을 수 있으며, 이에 따라 **유엔 환경 계획(UNEP)**은 생분해성 플라스틱이 해양 쓰레기 문제의 해결책이 될 수 없다고 경고하고 있습니다.

바이오플라스틱의 미래 전망

바이오플라스틱 산업은 앞으로도 꾸준히 성장할 것으로 예상되며, 특히 기후 변화 대응과 플라스틱 폐기물 규제가 강화됨에 따라 그 상용화 가능성은 더욱 커질 것입니다. 바이오플라스틱은 플라스틱 폐기물 문제와 기후 변화 문제를 동시에 해결할 수 있는 중요한 솔루션으로 여겨지며, 전 세계적으로 바이오플라스틱 사용을 촉진하는 다양한 정책과 법규가 마련되고 있습니다. 한국을 비롯한 여러 국가에서는 2030년까지 플라스틱 폐기물 발생량을 절반으로 줄이고 재활용률을 크게 높이기 위한 종합 대책을 발표하고 있으며, 이러한 정책적 노력은 바이오플라스틱의 상업적 성공을 촉진하는 중요한 요소가 될 것입니다.

바이오플라스틱은 플라스틱 오염 문제를 해결하는 데 중요한 역할을 할 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다. 생분해성, 탄소 배출 저감, 자원 재활용 가능성 등 다양한 환경적 이점을 지니고 있으며, 지속 가능한 미래 사회 구축에 기여할 수 있습니다. 하지만 상용화를 가로막는 기술적 한계와 경제적 과제가 여전히 존재하며, 이를 해결하기 위한 지속적인 연구와 정책적 지원이 필요합니다. 바이오플라스틱이 플라스틱 오염 문제의 완전한 해결책이 될 수는 없지만, 올바른 재활용 체계와 기술 발전을 통해 플라스틱 폐기물의 환경적 영향을 줄일 수 있는 중요한 대안이 될 것입니다.