산업화 제품소개

최근 에코패키징, 일회용품 등에 적용되어 왔던 바이오 플라스틱 원료 소재의 사용은 생분해 플라스틱을 이용한 일회용품 등 유통기한이 짧은 한정된 영역에 적용되고 있는 한계를 극복하고 자동차, 화장품, 문구화일, 친환경 농업용 자재, 소형 가전분야, 전기분야, 발효식품 용기, 탄소저감형 건축 토목자재, 산업용품, 주방용품, 생활용품, 유기 농식품 포장 등으로 빠르게 확대 적용되고 있다. 최근에는 단순한 생분해성 수준을 탈피하여 플라스틱 등 고분자의 고강도, 항균, 신선도, 통기성 등 기능성이 강조되고 있다.(2012, 포장협회 월간 포장계).

바이오 플라스틱

기존 바이오 플라스틱의 종류는 크게 3종류로 나누어 구분하고 있다.

  • (1) 생분해 플라스틱 (Biodegradable Plastics)
  • (2) 산화생분해 플라스틱 (Oxo Biodegradable Plastics)
  • (3) 바이오 베이스 플라스틱(Bio Based Plastics)

이중 생분해 플라스틱은 전분이나, 지방족 폴리에스터, 셀룰로오스와 같은 생분해 수지로 만든 제품으로
인체 유해물질이 방출되지 않고 6개월 이내에 자연에서 분해되는 등 자연환경에 친화성이 높다.

하지만 열에 약하고, 너무 빠른 생분해 특성 때문에 장기간 유통하기 어려운 단점이 있다. 특히 유통기한이
긴 화장품, 부품포장재 등 산업용 포장재 및 된장, 고추장, 젓갈류, 치즈, 요구르트 등의 발효식품 포장재로
사용하기 어렵다. 또한 재활용이 어렵기 때문에 쓰레기를 배출할 때 플라스틱으로 분류하여 버리면 안되는 문제점이 있다.

산화생분해 플라스틱은 생분해 플라스틱의 단점으로 지적되고 있는 (1) 너무 짧은 분해기간, (2) 약한 물성, 내열성 및 내한성, (3) 가격경쟁력, (4) 고분자간 상용성 부족에 따른 재활용 불가능 등의 일부 한계성을 극복한 제품으로 최종 생분해 기간을 연장시켜 최근 아랍에미레이트에서는 전세계를 대상으로 산화생분해 이외의 일반 플라스틱 제품 사용을 금지시켰다. 이에 관련한 규격, 시험기준, 인증 등이 미국, UAE, 스웨덴에서 시행되고 있다. 향후 인도, 유럽, 필리핀, 한국, 태국, 캐타다 등으로 빠른 속도로 확산될 가능성이 높다.

바이오 베이스 플라스틱은 생분해 플라스틱의 단점을 보완한 것으로 생분해 수지와 탄소중립(Catbon neutral)형 식물체 유래물질인 바이오매스를 적용한 고분자 물질로 생분해라기 보다는 이산화탄소 저감, 석유유래물질 사용감소에 초점이 맞추어져 있다. 현재 브라스켐을 필두로 플랜트 바틀로 더욱 잘 알려진 Bio-PET 이외에도 Bio-PE, Bio-PP 등 다양한 소재를 이용한 제품이 상업화되어 있으며, 생산성이 우수하고, 재활용이 가능하여 일반 플라스틱과 함께 분리배출하면 된다.(위클리 공감, 통권 151호)

세계적으로 저탄소 문제가 21세기에 전세계적으로 환경문제의 핵심과제로 등장하고 있는데 최근 바이오매스(Biomass)를 원료로 제조되는 바이오 플라스틱에 관련한 특허 출원이 급증하고 있다. 바이오 베이스 플라스틱은 옥수수, 셀룰로오스, 왕겨 등 식물에서 유래하는 바이오매스를 25% 이상 함유하는 플라스틱으로 대기중의 이산화탄소 농도가 증가되는 것을 억제하는 효과가 있고, 한정된 자원인 석유의 소비량을 줄일 수 있으며, 폐기 후에는 미생물에 의해 분해되는 친환경적 소재이다. 최근 바이오매스를 사용한 바이오매스 플라스틱 관련 특허는 1990년부터 2008년까지 총 1,522건이 출원되었으며, 이중 90%에 달하는 1,348건이 1999년 이후 최근 10년동안 출원되었다. 석유 화학업체들 뿐만 아니라 플라스틱의 소비자인 전자기기, 의료, 건축업체까지 바이오 플라스틱 분야에 진출하고 있는 만큼 이 분야에 대한 특허출원은 더욱 증가될 것으로 전망하고 있다. (2009, 특허청)

페트병에서 자동차까지, 실용화 단계의 바이오 베이스 플라스틱

최근 바이오매스 3~40%와 플라스틱 60~97%를 혼합사용한 바이오 베이스 플라스틱이 지속적으로 출시 되고 있다.(2012 포장협회, 월간 포장계)

  • 바이오 베이스 페트병(Plant Bottle)

    • 일본 Plant Bottle은 2009년 5월 첫 판매가 된 미네랄워터의 경우, 정작 내용물보다는 이를 담은 페트병이 더욱 화제가 되었다. 페트병 제조사는 환경기능을 강화하여 친환경 제품임을 표방한 해당 제품은 기존 PET원료에 사탕수수에서 추출한 바이오 에탄올을 5~30% 첨가 사용하여 페트병을 만들었다고 발표하였다.
    • 제조사의 설명에 따르면 식물 유래 페트병을 사용했을 경우 년간 석유 사용량을 2045kl 감소시킬 수 있기 때문에 환경에 도움이 된다고 한다.
    • 미국 코카콜라에서도 바이오에탄올 일부를 첨가한 페트병 제품을 출시 판매중이다.

하지만 아직 바이오매스 소재는 내구성 등이 검증되지 않아 제한적으로 사용되고 있는 상황이다. 이에 따라 개별 기업들은 적용 범위를 넓히기 위해 관련 기술 개발에 박차를 가하고 있다.

미국 코카콜라(CocaCola)의 연구개발팀과 기술자문단은 2년간의 집중적인 분석과 기술 개발 과정을 거쳐, 세 곳의 생명기술 기업과 공동으로 100% 바이오플라스틱을 원료로 하는 최초의 코카콜라 병을 상용화하였다. 세 곳의 생명공학 전문기업은 비렌트(Virent) 제보(Gevo) 그리고 아반티움(Avantium)으로서 석유화학 제품 및 기타 재생불능 재료로 대체하는 기술을 전문적으로 개발하고 있는 기업들이다.

코카콜라의 상업용 제품공급 사업부 부회장인 릭 프라치어는 “바이오 재료를 실험실 수준으로 제조하는 기술은 이미 수 년 전에 개발됐지만, 상용화까지는 아직 넘어야 할 산이 많다. 하지만 비렌트 제보 아반티움은 수 년 내에 전 세계적인 규모로 바이오 제품을 실용화할 수 있는 기술을 보유하고 있는 기업들”이라고 하였다.

코카콜라는 이미 재활용 PET 음료수 병인 '플랜트 보틀(Plant Bottle)'을 개발 및 상용화에 들어가 2009년부터 지금까지 전 세계 20여 개국에서 200억 개 이상 판매하였다. ‘플랜트 보틀’은 현재 30%의 바이오 플라스틱 수지를 혼합 사용해 완전히 재생 가능한 유일한 PET병이다. 하지만 ‘플랜트보틀’은 바이오 원료인 MEG(Mono-Ethylene Glycol)가 30%와 PTA(Purified Terephtahlic Acid)가 70%로 혼합된 병으로 완전한 형태의 바이오 플라스틱이 아니었다.

코카콜라는 하인즈(Heinz)의 케첩 병에 ‘플랜트보틀’ 기술을 사용할 수 있도록 한 바 있으며, 2011년 여름에는 미국에 하인즈 플랜트보틀 사를 설립하기도 하였다.

  • 식품용기, 1회용품 분야

    • 각종 일회용품, 다회용품, 식품용기, 주방용품 등 다양한 포장재에 적용하고 있다.
    • 미국내 유명한 환경친화기업인 생수업체 애로헤드 : 플라스틱 30% 적게 사용한 생수병에 적용하였다.
    • 최근에는 단순한 바이오 플라스틱 수준을 탈피하여 고강도, 항균, 신선도, 통기성 등 기능성이 부여된 제품이 출시되고 있다.
    밀폐용기 휴대용 찬합류 유아용 세트 도마
    각종 일회용품 물병 칫솔 스푼, 포크 세트
  • 전자제품, 휴대폰 등
    • 한국후지제록스의 옥수수 프린터 "다큐 프린트 C2255", 복합기 내부 드럼카트리지 커버에 적용하였다.
  • 휴대폰

    • 에코폰(SCH-W510) : 2008년 6월 옥수수 전분으로 만들어진 휴대폰을 국내에 출시하였고, 해외에도 수출하고 있다.
    • 삼성전자의 에코폰 역시 휴대폰 배터리 커버 등에 제일모직에서 개발한 바이오 플라스틱을 40% 함유한 친환경 소재를 사용하였다.
    • 배터리 커버 등에 바이오매스 플라스틱을 사용하여, 국내 휴대폰 최초로 환경마크를 획득한 바 있다.
    • NTT 도코모는 케나후 섬유 강화 바이오 플라스틱을 사용한 FOMA 단말기「N701i ECO」를 개발하였다. 이 친환경 휴대폰의 본체는 케나후 섬유로 강화한 PLA로 내열성이나 강도가 우수하다. 동 플라스틱을 사용한 N701i ECO의 식물 성분 비율은 90%로 높은 수치를 달성하였고, 제조 과정에서도 기존의 ABS 수지와 비교해 이산화탄소 배출량을 반으로 줄이는 등 전 과정에서 환경보호를 표방하고 있다.
    • 모토로라 또한 폴리카보네이트(PC) 소재에 10~20% 전분 사용하여 제조한 친환경 휴대폰을 출시하고 있다.
  • 산업용 포장재

    • 일본 Victor Creative Media사 : CD 케이스
      : 쌀을 원료로 한 CD 및 DVD 케이스 : 비식용쌀 10% 이상과 플라스틱 레진(resin)을 원료로 하여 제작한다.
    • 플라스틱이 소각될 때, 이는 탄소 중립(Catbon neutral) 관점에서 기존 플라스틱 대비 10% 적은 이산화탄소를 배출한다.
      (* 탄소 중립은 쌀이 재배될 때, 벼가 이산화탄소를 흡수하기 때문에, 쌀이 소각될 때 발생하는 이산화탄소는 대기중 이산화탄소 총량 관점에서 증가하거나, 감소하지 않음을 의미한다.)
  • 자동차 분야

    • 자동차업계에서도 식물 소재 플라스틱 사용에 적극적이다. 미국, 일본의 자동차 제조사는 석유 의존성 감소, 환경규제를 대비하여 바이오 플라스틱 전환 노력을 하고 있고, 하이브리드 자동차, 전기 자동차의 등장으로 내, 외장재에 석유화학 대체 제품 적용 사례가 지속적으로 증가하고 있다.

      미국의 헨리포드는 1930년대에 식물 유래 플라스틱을 대시보드(Dash board), 외장패널(Body Panel)에 적용하였고, 1941년에 콩 섬유 강화 플라스틱으로 만든 자동차 모형을 제조하였다. 그외에 식물기반 leather Upholstery(가죽소파덮개), 압축 목재섬유로 제조된 판넬이 오랫동안 사용되어 왔으나, 그 후 2차 세계대전의 여파, 성능과 경제성 면에서 우수한 석유계 플라스틱 시장이 빠르게 성장하면서 바이오 소재는 무관심하게 되었으나, 최근 매우 빠른속도로 활성화되는 추세이다.

    • 2009년 12월 시장에 선보인 신형하이브리드카의 경우, 자동차 차체 12곳에 식물 소재 플라스틱을 사용하였다. 식물에서 추출한 폴리에스테롤을 기존 재료에 혼합해 새롭게 만든 친환경 플라스틱을 차체 천장이나 기둥 등의 내장에 주로 사용하였다. 사용된 양은 실제 자동차 내장면적의 60%를 점유할 정도이다. 해당 신차는 옵션포함 최고가격이 426만엔의 고가임에도 불구하고, 당초 판매 목표였던 월간 3,000대를 큰폭으로 뛰어 넘어, 한달동안 약 1만 4천대가 팔릴 정도로 큰 성공을 거두었다.
    • 도요타, 크라이슬러, 혼다, 포드자동차 등은 자동차시트 및 타이어보강재 등에 10~30% 전분, 밀짚 등 바이오매스 소재를 적용한 자동차를 시판하고 있다.

    도요타는 자체 개발한 Eco-Plastic을 스페어 타이어 커버와 매트 제작에 사용함으로써 자동차 업계 최초로 2003년에 바이오 플라스틱을 차량 내에 도입하였다.

    혼다는 FCX 컨셉트 카에 옥수수 유래원료로 제조한 폴리에스테르 소재인 PPT(Polypropylene terephtalate)와 PET 혼합물로 좌석, 팔걸이 등, 사람의 피부가 접촉하는 부위에 사용되고 있으며, 밀도가 더 높은 PPT의 경우 지붕, 트렁크 라이닝 등에 적용하고 있다.

    Mazda는 옥수수 88%와 석유화합물 12%를 사용한 차량 내/외장용 바이오플라스틱 부품을 개발하여 적용하고 있다. 이 제품은 생분해 플라스틱에 비해 강도는 3배, 열저항은 25% 향상되었다고 한다. 또한 폴리프로필렌 제조과정보다 약 30% 수준의 에너지로 제조 가능하여 보다 친환경적이다.

  • 건축토목 자재 분야

    • 사방공사 등 경사면 : 식생 안정화 단계까지 분해되지 바이오 소재.
    • 합성목재 : MDF 등 건축, 조경 분야, 산 바다등 회수곤란지역 토목공사, 사방공사용 형틀, 토사붕괴 방지재 등.
    • PVC 소재 장판, 벽지 등 소재 대체
      LG하우시스는 새집증후군, 아토피 등 환경질환을 예방할 수 있는 친환경 건축자재의 수요가 지속적으로 증가함에 따라, 옥수수(PLA), 천연석, 편백나무, 진황토, 구연산 등의 천연원료를 사용해 TVOC, 포름알데히드 등의 환경질환을 유발하는 유해물질이 없는, 옥수수의 학명(Zea mays)에서 이름을 딴 ‘지아(zea)마루'로 생산, 판매하고 있다.
  • 비닐, 필름 분야

    • 현대카드, 중외제약, 일본 이토엔-차들이 필름, 월마트, 풀무원, 국순당, 농업용 멀칭필름, 미니스톱, 동화약품, 서울시 등 지자체, 고려인삼, 국립박물관, 대한항공 등 다양한 분야에 폭넓게 사용되고 있다.

      세트상품 바이오 롤백 바이오 위생백 바이오 위생장감
  • 종이, 펄프 분야

    • 기존의 PE로 코팅된 종이 제품에 생분해 기능 부여, 사용후 물에 다시 해리하여 재활용을 할 수 있는 수용성 코팅(Alkaline sensitive coating) 기술을 적용한 친환경 종이제품이 개발되어 국내 시판 및 해외에 수출이 되고 있다. 또한 기존 플라스틱 두부용기를 대체하기 위한 펄프몰드에 바이오 필름을 코팅한 제품개발이 완료되어 상용화 준비를 하고 있으며, PVC 벽지를 대체할 수 있는 바이오매스를 적용한 벽지 개발 등이 매우 활발하다.

      종이냄비 바이오매스 벽지 바이오필름 코팅 펄프 두부용기 종이호일
  • 문구, 파일 분야
    • 바이오매스 등 플라스틱 대체소재를 20~50% 첨가 사용하였다.

  • 화분 등 농원예용 자재
    • 바이오매스 등 플라스틱 대체소재를 20~50% 첨가 사용하였다.

  • 기타 바이오 베이스 플라스틱을 적용한 제품화 사례

    • 컴퓨터 케이스 : 케이스 중량의 70%를 식물유래 소재로 대체하였다.
    • 소니, 후지쓰의 노트북 : 10~20% 전분을 사용하였다.
    • 아모레퍼시픽 : 화장품 트레이, 케이스 일부 바이오매스를 사용하였다.
    • 핸드폰 : 모토로라, NTT 도코모 폴리카보네이트(PC) 소재에 10~20% 전분을 사용하였다.
    • 식품용기 : CJ 선물포장재, 도미노 피자에 바이오매스를 일부 사용하였다.