Ⅳ. 플라스틱 대체재의 개발 및 관련 산업 현황

플라스틱이라는 소재는 이미 현대인의 생활에 있어서 매우 다양한 분야에서 필수불가결한 소재로 자리매김을 하였다. 다양한 재료가 개발되었고 특정 플라스틱은 구조물로써 기존의 금속과 무기물 소재가 사용되던 토목•건축 분야의 상당 부분을 대체하면서 문명의 발전에 일익을 담당하기도 하였다. 또한 디자인과 접목되면서 플라스틱은 인테리어 소재 및 가정용 소품으로 인류의 생활에 다양한 편익을 제공하고 있는 소재이다(Sudesh & Iwata, 2008).

오늘날 플라스틱이 없는 세상은 상상하기 어려울 정도로 우리의 일상 속 구석구석 어디를 둘러봐도 플라스틱이 사용되지 않는 곳이 없다. 플라스틱은 다양한 가공 방법으로 제품 생산이 가능할 뿐만 아니라, 첨가제 및 타 소재와의 배합과 생산 방법의 변화에 의해 특정한 물성을 가진 제품 생산이 가능하다. 또한 플라스틱은 성형이 쉽고 가벼우며 썩지 않는다는 장점 때문에 각종 포장재, 일상용 소비제품, 부품 충진재 및 포장용으로 가장 널리 쓰이는 소재이다.

이렇게 플라스틱은 대량 생산이 용이하고 생산비가 저렴하고 편리하다는 이유로 다양한 분야에 소모용품과 일회용품으로 적용되었다. 그 결과 일회성 소모품용 플라스틱 제품이 범람하게 되었으며 사용 후 쉽고 빠르게 쓰레기로 버려지게 되었다. 이렇게 버려지는 일회용 및 소모용 플라스틱 때문에 지구 환경은 많은 위협을 받고 있는 현실이다. 플라스틱 쓰레기가 지구 환경에 미치는 영향을 생각하면 일회용 및 소모용 플라스틱은 당연히 퇴출이 되어야 하겠지만 위와 같은 다양한 이유 등으로 플라스틱의 전면적 퇴출은 현실적으로 불가능한 상황이다.

일반적으로 플라스틱은 사용 후 적절한 회수•운반•처리를 거쳐 재사용, 재활용 또는 최종적으로 열회수 등을 거쳐 처리할 수 있는 유용한 자원이지만 통계에 의하면 발생되는 폐플라스틱의 5%가 매립, 34%는 소각되고 있고 수거되어 재활용되는 폐플라스틱은 61% 정도로 발표되고 있다(<표 1.6> 참조). 재활용 용도를 살펴보면 다른 제품의 생산에 적용되는 비율이 60%, RPF, RDF 등의 연료물질로 재생산하여 발전(25%)에 사용된 바 있었으나 RPF, RDF를 SRF 원료로 바꾸면서 발열량 등의 문제로 열병합 발전소 등에서 사용하지 않고 있는 실정이다. 이웃하는 일본의 경우 폐플라스틱의 83%를 재활용하고 있으며 그 중 발전(32%), 열이용 소각(9%) 등 전체 재활용량의 41%를 에너지회수로 처리하고 있다고 발표된 바 있다(2015년 기준, 일본플라스틱순환이용협회). 일본의 재활용 통계를 보면 폐플라스틱은 버려지는 쓰레기라기보다는 아주 유용한 자원으로 거듭남을 알 수 있으며 따라서 우리나라도 플라스틱의 사용금지 혹은 전면적인 퇴출 보다는 우선 재활용 처리 방안을 논의하여야 할 것이다. 하지만 한정된 처리 공간과 방법의 한계를 고려하고, 또 사용 후 폐기되는 플라스틱에 의한 2차 피해를 생각할 때 이 피해를 최소화하기 위한 노력이 시급한 상황이 도래하였다고 판단된다.

통계에 의하면 현재 생산하는 플라스틱의 40% 정도가 일회용품을 만드는 데 사용되고 있다. 일회용 플라스틱이 사용 후 수거가 되지 않고 버려지면서 결국 국토의 오염과 하천을 통한 해양 유입으로 해양 오염 또는 수생물에 대한 2차, 3차 피해가 발생하는 것으로 알려져 있다. 이러한 문제를 인식하고 전 세계적으로 쓰레기와 환경오염을 줄이기 위한 다각도의 노력을 하고 있으며, 생분해성과 광분해성, 생붕괴성, 광붕괴 플라스틱 및 천연재료의 이용분야 등이 그 대상이 되고 있다. 아직은 품질의 달성도, 제조 단가 측면에서 획기적인 성공을 거두지는 못하고 있지만, 향후 생체적합성 소재, 천연자원을 이용한 고분자 물질의 제조가 플라스틱 대체재로서 다음과 같이 활발히 이루어 질 것이다(ReSEAT 분석리포트).

1. 바이오 플라스틱

대량으로 발생되는 각종 폐비닐, 스티로폼, 플라스틱 용기와 같은 합성 플라스틱 소재 등은 쉽게 분해되지 않아 소각이나 매립으로 처리하였고 그 결과 환경호르몬 누출, 맹독성의 다이옥신 검출, 폐기물의 불완전 연소에 의한 대기오염 발생 등과 같은 심각한 환경오염의 원인이 되었다. 이러한 플라스틱 폐기물의 문제를 해결하기 위하여 사용할 때는 플라스틱의 가공성, 내구성, 기계적 성질을 유지하면서 추가로, 분해성이라는 기능이 부가되어 자연분해가 될 수 있는 생분해성 플라스틱의 수요가 빠른 속도로 증가하고 있다. 그에 따른 기술개발 연구 또한 활발히 진행되고 있을 뿐만 아니라, 생분해성 플라스틱의 실용화 및 의무화 압력도 거세지고 있다(유영선 외, 2011; Brown, 1992; Chung et al., 2003).

독일, 이탈리아, 미국 등 선진 각국에서의 쇼핑백 및 플라스틱 병의 분해성 수지 사용 의무화 추세 등, 세계 각국은 앞 다투어 환경규제를 강화하고 있고, 우리 정부도 기존의 일반 난분해 플라스틱 제품에 부과되는 폐기물 부담금을 인상하는 정책을 마련하고 있는 것으로 발표되고 있다(대한민국 환경부, 2018).

우리나라는 생분해 등 바이오 플라스틱의 실용화가 미미한 편이었지만, 2001년 쓰레기 종량제 봉투에 생분해 소재를 30% 이상 의무 사용하기 위한 환경부 지침의 개정과 각 시, 군, 구 자치단체의 조례 개정작업 완료 등으로 우리나라도 생분해 플라스틱 시장이 급속하게 성장할 것으로 예상했었다. 그러나 생분해 플라스틱이 가진 물성 및 원가의 한계점들로 인해서 현재는 거의 사용되지 않고 있다. 그 대안으로서 기존 제품의 물성 개량 및 경제성 등을 고려한 산화생분해 플라스틱과 바이오 베이스 플라스틱의 개발 및 상업화 연구가 활발하게 추진되고 있다.

최근 바이오 플라스틱과 관련한 지식재산권을 선점하기 위한 국내외 특허 출원이 급증하는 추세이며, 특히 중소기업 위주로 특허, 기술 개발, 상업화가 재편되어 가고 있는 실정이다. 특허청에 의하면 “선진국에서는 이미 바이오 플라스틱 사용을 의무화하는 등 실용화가 상당한 수준에 있으나 우리나라는 미미해, 이에 대한 대책이 필요하다”며, 햇빛과 미생물에 의해 분해되는 정도를 조절할 수 있는 신개념 분해성 제품이 개발되고 있다(Lee, 2011; You et al., 2014).

전 세계에서 인체에 무해하고, 재활용이 용이하면서도, 가격 경쟁력을 유지하고, 또한 기존 플라스틱의 물성을 유지하는 원료 및 제품 개발에 박차를 가하고 있다. 실제적으로 업계 및 학계에서는 기존 생분해 제품의 단점을 보완하기 위한 블랜딩(blending) 및 컴파운딩(compounding) 기술이 개발되고 있으며, 이를 상용화하는 업체들이 계속 출현하고 있다. 또한, 이산화탄소 저감 및 자연계에서 분해되어 환경 부하가 적은 대체품 연구 개발이 지속적으로 이루어지고 있다. 그러한 연구결과로 상당수의 생분해 플라스틱, 산화생분해 플라스틱, 탄소저감형 바이오 베이스 플라스틱 등 친환경 고분자 물질이 출시되었고, 이중 일부는 실용화 단계까지 도달해 있다.

가. 바이오 플라스틱의 정의 및 특성

바이오 플라스틱이란 바이오매스와 같은 생물자원을 이용하여 제조된 바이오 기반 고분자(bio-based polymer)를 의미하며, 친환경 플라스틱, 그린 플라스틱, 환경 배려 플라스틱 등으로 불리고 있다(<그림 4.1> 참조).

바이오 플라스틱은 바이오매스 기반의 플라스틱 전체를 의미한다. 기존의 바이오 폴리머는 생분해성에 초점이 맞추어져 있어서 생분해성 고분자 전체를 바이오 폴리머라 하였고, 바이오 플라스틱은 바이오매스 기반의 고분자 플라스틱 전체를 의미하므로 여기에는 생분해성이 아닌 고분자들이 포함되어 있다. 즉 바이오 플라스틱은 식물유래자원 등 재생 가능한 물질을 포함하는 원료를 이용하여 화학적 또는 생물학적 공정을 거쳐 생산된 고분자를 지칭하는데, 좀 더 확대된 개념에서는 “석유 기반 생분해 고분자를 포함한 바이오매스 유래 고분자의 총칭”으로 사용되고 있다. 바이오 플라스틱이란 개념은 지구온난화와 밀접한 관계가 있다. 지구온난화의 주요인이 이산화탄소로 인식되면서 석유기반 고분자 플라스틱을 대체할 수 있는 새로운 친환경 소재가 필요하게 되었고, 이산화탄소 중립(Neutralization) 개념이 등장하면서 바이오매스 기반 고분자가 바이오플라스틱 이라는 이름으로 사용하게 되었다.

이러한 바이오 플라스틱 범주에 일부에서는 분해성 플라스틱을 포함시키기도 한다. 분해성 플라스틱은 생분해성, 산화생분해성, 산화분해성, 광분해성, 붕괴성을 총칭하는 개념이다. 성형품, 포장재, 위생용품, 산업용품, 농업용품 등으로 사용한 플라스틱을 폐기 시에 소각처리 하지 않고 단순히 매립함으로 위의 범주에서 한 가지 이상의 분해 기작에 의해서 수개월 내지 수 년 이내에 물, 이산화탄소, 메탄가스 등으로 완전 분해되는 플라스틱을 말한다. 그러나 붕괴성의 경우는 분해 기간이 200~300년 소요되는 난분해성 플라스틱보다는 분해가 빠르지만, 자연계에서 분해되는 기간이 50~100년 정도 소요되어 친환경 플라스틱이라고 보기는 어렵다. 또한 바이오 베이스 플라스틱은 분해성 플라스틱 범주라기보다는 탄소 저감에 초점이 맞춰져 있어 분해성 플라스틱의 범주에 포함시키지 않는 경우가 많다. 이중 바이오매스를 이용한 탄소저감 및 산화생분해 개념을 포함시킨 플라스틱 대체품으로서의 바이오 플라스틱이 있다.

분해성 플라스틱은 사용 중에는 일반 플라스틱과 유사한 기능(강도, 내수성, 성형가공성, 내열성 등)을 갖는다. 사용 후 폐기되면 자연계에서 미생물의 활동에 의하여 고분자 화합물이 절단되고 저분자화합물에 의해 변화하는 과정을 통하여 최종적으로는 물과 이산화탄소 등 환경에 악영향을 끼치지 않는 무기물로 분해되는 플라스틱을 말한다.

위와 같이 분해성 플라스틱에 대한 확립된 정의는 아직 국내외적으로 정확하게 규정지어진 것이 없다. 하지만 분해 기전을 유도하는 사용 기질에 의하여 생분해 고분자수지(biopolymer) 혹은 유기 플라스틱(organic plastics)이라 분류하고, 기존의 원유로 부터 생산된 화석연료 플라스틱과 대별하여 식물로부터 유도된 식용유, 녹말, 단백질 등의 바이오매스를 활용한 플라스틱으로 통용되고 있다.

바이오 플라스틱의 경우, 사용하는 바이오매스의 함량, 사용 원료 및 종류, 분해 기작, 기간, 기존 고분자와의 상용 여부 등에 따라 <표 4.1>과 같이 나눌 수 있다.

나. 생분해성 플라스틱(Biodegradable plastics)

생분해성 플라스틱은 바이오매스로부터 전처리, 당화과정을 거쳐 당을 제조 후, 이를 발효과정을 통해 산업용으로 사용이 용이한 고분자 단량체(monomer)로 생산한 후 이 단량체를 중합하거나 석유화학 유래물질을 이용하여 제조하는 플라스틱으로서, 다음 분해성 플라스틱 항목에서 좀 더 자세히 다루도록 한다.

다. 산화생분해성 플라스틱(Oxo-biodegradable plastics)

산화생분해성 플라스틱은 기존 범용 플라스틱에 바이오매스, 산화생분해제, 상용화제, 생분해 촉진제, 자동산화제 등을 첨가하여 만들어지는 플라스틱을 지칭한다. 산화생분해 플라스틱은 열, 빛, 미생물, 효소, 화학 반응 등의 복합적 작용에 분해가 촉진된다. 산화생분해성 플라스틱은 기존 생붕괴성, 생/광분해성, 화학분해성 등을 포함하는 개념으로, 기존 생붕괴성, 생/광분해성의 단점으로 지적된 완전 분해까지 분해기간을 1~5년으로 단축하기 위해 분해 촉진제를 사용하며, 최종 생분해 기간 제어가 가능한 신개념 분해성 플라스틱이다. 현재 그 물성, 원가, 분해 기간 조절의 장점 등이 부각되어 연구 개발 및 제품화가 활발하다. 하지만 관련 표준의 미비 및 최종 생분해기간의 불명확성 등으로 국제적 인증이 어려운 면이 있으나, 최근 아랍에미레이트(UAE)에서 산화생분해 관련 규격기준인 UAE Standard 5009를 제정하였고, 2014년 1월 1일부터 난분해 플라스틱 포장재에 대한 규제를 전면 시행하여 산화생분해성 포장재 및 제품만 UAE 역내 수입을 허용하면서 다시 산화생분해성 플라스틱의 수요가 급속하게 늘고 있다. 최근 뉴욕에서는 2015년 1월 1일부터 강력규제를 시작하였고, 6개월 유예기간을 주고 2015년 7월 1일부터 친환경 플라스틱 이외에 사용하는 위반업소에는 막대한 벌금을 부과할 계획이 발표 되면서 향후 관련 연구 및 제품 생산이 늘어날 것으로 전망되고 있다.

라. 바이오 베이스 플라스틱(Bio-based plastics)

바이오 베이스 플라스틱은 바이오매스와 기존 난분해성 플라스틱을 중합하거나 가교 결합하는 방식으로 구성되는 플라스틱을 지칭한다. 바이오 베이스 플라스틱은 분해성에 초점을 두지 않고 탄소중립형 바이오매스를 일부 적용하여 이산화탄소 저감을 통한 지구온난화 방지를 강조한다. 바이오 베이스 플라스틱은 페트병에서 자동차 분야까지 그 적용 범위가 확장되고 있고, 식량자원의 사용에 대한 문제점을 해결하기 위해 셀룰로오스, 볏짚, 왕겨, 옥수수대, 대두박, 옥수수 껍질, 사탕수수, 팜 부산물 등 풍부한 비식용계 부산물 자원을 바이오 플라스틱 원료 소재로 사용하고 있으므로, 산업용품, 자동차, 건축, 토목, 매립형 제품, 포장재, 농원예 등의 다양한 분야까지 적용이 되고 있다(You, 2014).

2. 분해성 플라스틱

분해성 플라스틱(degradable plastics)이란 미국 및 유럽의 표준화기구에서 정의한 개념에 따르면, 분해란 ‘빛, 열, 수분 등의 특정한 환경조건하에서 시간이 경과함에 따라 화학적 구조에 변화가 발생해 기존 재료가 지닌 성질이 상실되는 것’을 말한다. 따라서 분해성 플라스틱이란 ‘특정 환경 조건에서 일정기간 동안에 화학적 구조가 상당히 변화되어 그 성질 변화를 표준 시험방법으로 측정할 수 있는 플라스틱’을 말하며 크게 광분해성, 생붕괴성, 생분해성 플라스틱으로 나눌 수 있다.

(1) 광분해성 플라스틱이란 광산화(光酸化) 또는 케톤 광분해 등의 형태로 빛에 의해 분해되는 플라스틱을 말한다. 그러나 광분해성 플라스틱은 빛이 차단된 땅속에 매립되었을 때 분해가 되지 않는 단점이 있다.

(2) 생붕괴성 플라스틱이란 비분해성의 일반적인 범용수지(PE, PP, PS 등)에 전분 같은 생분해성 물질을 일정량 첨가하여 제조한 부분 분해성 플라스틱으로 국내에서는 생분해성 플라스틱과의 혼동을 피하기 위해 ‘생붕괴성 플라스틱’ 이란 용어를 사용하여 별도로 구분하고 있다(<표 4.2> 참조).

(3) 생분해성 플라스틱이란 일반적으로 플라스틱 자체가 박테리아, 이끼 같은 조류(藻類), 곰팡이와 같은 자연계에 존재하는 미생물에 의해 물과 이산화탄소 또는 물과 메탄가스로 완전히 분해되는 플라스틱을 말한다.

생분해성 플라스틱은 기존에 사용 중인 비분해성 플라스틱의 폐기물 처리문제 해결을 위한 대안의 하나로 1980년대 후반부터 등장하기 시작했다. 생분해성 플라스틱의 기본개념은 근본적으로 지속 가능한 순환형 재료생산 시스템 구축에 있다. 즉, 생분해성 플라스틱이 실용화되면 자연계에 거의 무한대로 존재하는 바이오매스를 이용하여 생산이 이루어지고 사용 후에는 물과 이산화탄소로 분해되어 다시 바이오매스의 원료로 이용됨으로써 플라스틱에 의한 환경문제와 자원부족문제가 상당 부분 해결될 수 있을 것으로 판단하고 있다.

기존의 비분해성 플라스틱에 전분과 같은 생분해성 플라스틱을 혼합하여 제조하는 일반적인 분해성 플라스틱(생붕괴성 플라스틱)이 1세대 제품이라면, 생분해성 플라스틱은 2세대 제품에 해당한다고 말할 수 있다. 이는 생분해성 플라스틱의 원료가 주로 천연의 식물자원을 사용하므로 기존의 석유계 플라스틱과 확연히 구분될 뿐만 아니라, 자연계 내에서 미생물에 의해 물과 이산화탄소로 완전 분해되는 청정성을 지니고 있기 때문이다. 따라서 최근의 세계적인 추세도 생분해성 플라스틱이 주류를 이루고 있는 상황이다(<표 4.3> 참조).

현재 국제적으로도 용어정의나 분해도 평가방법 등이 통일되지 않는 가운데 각 개별국가에서는 독자적으로 분해성 플라스틱에 대한 연구개발과 산업화가 추진되고 있다. 우리나라도 1997년부터 생분해성 고분자 개발 사업이 시작되었으며, 2003년에는 합성수지의 생분해도 측정에 관한 측정방법과 인증기준을 마련하였다(KS M ISO 14855-1). 현재 국제표준인 ISO 14855-1와 KS표준에서는 분해성 플라스틱의 정의를 [초기 45일 동안 생분해도가 표준물질 대비 60% 이상(절대치 42%이상 분해)이거나, 180일 기간 동안 생분해도 값이 표준물질 대비 90% 이상(절대치 63%이상 분해)]으로 규정하고 있다(KS M ISO 14855-1, 2014).

생분해성 수지를 분해되는 정도에 따라 분류하면, 기계적 성질을 잃고 물리적으로 와해가 일어나는 수준인 생붕괴성 플라스틱과 그 성형제품의 물리적 와해뿐만 아니라 고분자의 주쇄 절단에 의한 분자량 감소가 일어나는 생분해성 수지로 나눌 수 있다. 또한 생분해성 제조방법에 따라 분류하면 통상의 합성 플라스틱 생산에 이용하는 방법과 같은 화학합성계, 미생물의 발효생산에 의한 미생물생산계, 식물의 광합성 작용에 의한 식물 생산계, 또한 이들 각각의 조합으로 이루어진 복합형으로 나눌 수 있다.

가. 생분해성 플라스틱

생분해성 플라스틱의 종류는 천연화합물을 원료로 하는 천연고분자계의 생분해성 고분자, 미생물이 생산하는 젖산(lactic acid)과 같은 물질을 합성원료로 사용한 미생물생산 생고분자, 그리고 생화학적 고분자 등으로 나눈다(<그림 4.2> 참조).

1) 천연고분자계 생분해성 고분자

천연고분자를 원료로 한 생분해성 고분자는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, pectin, lignin 및 저장 탄수화물인 전분 등 식물에서 유래하는 것으로 PLA, TPS(thermo plastic starch) 등과 새우, 게 등의 껍질을 포함한 chitin질을 기초로 한 동물 유래의 것들이 있다. 이들 중 전분은 가장 우수한 생분해도, 저렴한 가격, 풍부한 자원, 용이한 공급, 무독성 등의 특성으로 인해 가장 널리 사용되는 주원료로 부각되어 있다. 근래에는 플라스틱 가공에 적합한 물성을 보유할 수 있도록 전분의 물리^화학적 변성기술이 다양화되어 생분해성 필름으로의 용도는 물론 다른 생분해성 고분자와 혼합하여 사용하거나 전분만으로 생분해성 용기나 완충용 발포체를 제조할 수 있어 향후 생분해성 플라스틱의 주원료로 활용 가치가 더욱 높아질 것으로 기대된다. 그러나 천연고분자를 이용하여 제조된 생분해성 플라스틱은 분해성은 뛰어나지만 품질이 균일하지 않은 단점이 있다.

2) 미생물생산 생고분자

미생물생산 고분자는 미생물이 만들어내는 생고분자(바이오폴리머)를 활용하여 플라스틱과 같은 기능을 갖는 물질을 만드는 것으로써, 여기에는 PHB, PHV 등의 polyalkanoates 및 세포내 고분자와 pullulan과 같은 polysaccharides인 세포벽 고분자로 나눌 수 있다.

가) PHB

PHB는 PHA족의 일종인 천연 폴리에스테르로서 D-3-hydroxy-butyric acid가 직선상으로 연결된 단일 중합체이며, 매우 다양한 세균들이 세포 내에 합성하는 에너지 저장물로서 녹말이나 glycogen과 같은 생물학적 기능을 가진다.

나) Polysaccharide 종류

미생물의 세포 밖으로 배출되는 점액성의 생고분자인 extracellular polysaccharides가 이에 속하며, 대표적 예로는 xanthan gum, alginate, pullulan, curdlan, dextran 그리고 levan 등을 들 수 있다.

히알루론산(HA)는 D-glucuronic acid 및 N-acetyl glucosamine이 상호 결합된 직쇄상의 무색투명한 고점도 polysaccharide의 일종이다. HA의 분자량은 원료와 제조공법에 따라 수만에서 수백만에 이르며, 저분자량 물질은 화장품용으로, 고분자량 물질은 의약품용으로 쓰인다. 특히 일본의 화학, 제약, 화장품 및 식품관련의 10여개 회사들은 이미 1980년대 초에 이 분야를 본격적으로 연구하여 1985년 이후부터 HA를 세계적으로 공급하고 있는 실정이다.

3) 생화학적 고분자

생화학적 고분자란 발효기술에 의해 낮은 가격으로 제조된 아미노산, 당, 폴리에스테르 등의 원료를 합성기술로 만든 고분자물질을 말한다. 생화학적 고분자는 미생물생산고분자가 갖고 있는 단점을 보완하여 생산이 비교적 수월하고, 기존의 플라스틱과 물성이 유사하고 기능의 조절이 용이하다. 이러한 이유로 제품 개발 시 응용분야가 다양하여 이상적인 생분해성 고분자로 평가되고 있다. 이런 고분자로는 PCL, PGA, PLA, polyorthoester, phosphagene, polypeptide 등 많은 종류가 개발되었으며 이들 대부분은 가격이 상당히 고가이기 때문에 의료용 재료 등 고부가가치 제품에 한하여 이용되고 있다(<표 4.4> 참조).

그러나 옥수수 전분을 발효하여 젖산을 생산하고 이를 중합하여 생산하는 PLA는 대량생산이 가능하므로 장기적으로는 범용플라스틱을 대체할 수 있을 것으로 기대된다. 또한 바이오매스 유래 단량체 중합형 플라스틱은 석유계 플라스틱과 생산 공정이 유사하여 기존 플라스틱 생산기술을 활용할 수 있으므로 많은 석유화학기업 및 바이오 관련 기업에서 연구개발이 활발히 진행되고 있다.

나. 생붕괴성 플라스틱

생붕괴성 플라스틱은 전분과 같은 자연적으로 분해되는 물질을 PE, PP, PS 등과 같은 플라스틱과 섞어서 만든다. 더불어 분해가속제로 각종 첨가제를 넣어 분해를 촉진시켜 주는 것으로 알려졌다. 이와 같은 방법으로 만들어지는 생붕괴성 플라스틱은 현재 미국 등에서 활발히 연구개발 되고 있으며, 그 산업적 활용도 다른 분해성 플라스틱에 비하여 신속히 진행되고 있으며, 우리나라에서도 대학연구기관과 민간 기업이 협동체계를 이루어 연구 중에 있다.

예를 들면 전분을 충전한 생붕괴성 플라스틱은 완전한 분해성을 갖는 것은 아니지만 미국, 캐나다 등지의 대학연구기관이나 민간기업에서는 사회적 필요와 정부 및 지방자치단체의 법적 규제에 대한 대응책으로써 연구개발과 산업화를 가속화시켜 쓰레기주머니나 쇼핑백 이외의 각종 일회용 제품에도 그 실용화를 확산시키고 있다. 그러나 정확한 분해시기의 제어방법과 2차 잔유물의 유무에 대한 논란이 지속되고 있어 향후 이 분야에 대한 분해도 평가방법이나 용어정의가 국제적으로 통일되어야 할 것이며, 아울러 현재의 생산가격을 더 낮출 수 있어야만 그 용도 개발은 물론 실용화를 앞당길 수 있을 것이다.

3. 실용화 단계의 분해성 플라스틱

가. 바이오 기반 분해성 플라스틱

현재 실용화 되고 있는 바이오 플라스틱 소재 중 생분해 플라스틱은 PCL, PLA, PBTA(polybutylene terephthalate), TPA (terephthalic acid), PVA (polyvinyl alcohol), PES (poly ethylene succinate), PHA, PHB, PBS 등으로 지방족 폴리에스테르 및 전분과 지방족 폴리에스테르를 혼합한 플라스틱들이다. 이중 다음과 같이 PLA, PHA, PBS를 통한 연구가 활발하다.

1) PLA

- 폴리락트산(PLA)은 옥수수 전분, 사탕수수, 밀 및 타피오카 뿌리와 같은 재생 가능한 자원에서 추출한 열가소성 폴리에스테르

- 세계 PLA 시장은 2020년까지 52억 달러에 이를 것으로 예상되며, 소비량 측면에서 가장 큰 바이오 플라스틱 중 하나임

2) PHA

- 폴리하이드록시 알카노에이트(PHA)는 일반적으로 O, N 등과 같은 성장제한 영양소가 존재할 때 다양한 미생물에서 세포 내 탄소/에너지 저장 과립으로서 축적되는 3-, 4-, 5- 및 6- 하이드록시 카복실산을 함유하는 미생물 폴리에스테르

- 과량의 탄소원이 존재하는 토양, 해수 및 하수에 존재하는 미생물에 의해 이산화 탄소와 물로 분해되기 때문에 독성 폐기물이 전혀 발생하지 않고 완전 생분해성임

- 생분해성 외에도 이 고분자들은 생체 적합성을 가지며 폴리프로필렌과 같은 열가소성 수지와 유사한 성질을 가지고 있어서 기존의 석유화학 플라스틱에 대한 이상적인 대체 물질로 예상됨

3) PBS

- 폴리부틸렌 숙시네이트(PBS)는 숙신산과 부탄디올의 중축합에 의해 합성된 생분해성 열가소성 중합체

- 화석 연료 또는 재생 가능한 자원에서 생산할 수 있으며 현재 상업적으로 입수할 수 있는 PBS는 화학적으로 유도된 단량체로부터 합성됨

나. 석유화학 기반 분해성 플라스틱

1) PCL

- PCL은 생분해성을 갖는 석유화학 중합체

- 메틸렌 단위와 에스테르기로 구성된 폴리에스테르로 60℃의 낮은 융점을 가지며 박테리아와 곰팡이에 의해 분해 될 수 있음

- PCL은 가수분해에 불안정한 지방족 에스테르 결합이 존재하며 PCL이 모래 토양보다 점토 토양에서 더 많이 분해됨. 토양의 pH, 열 및 호기성 환경이 분해 과정을 가속화함

4. 국내 외 분해성 플라스틱의 기술 개발 동향

가. 국외 분해성 플라스틱의 기술개발 동향

최근의 분해성 플라스틱에 대한 많은 연구에 의하면 생분해성 고분자가 식물성 바이오매스 외의 다양한 종류의 바이오매스뿐만 아니라 미생물이나 바이오 기술(biotechnology)을 이용하여 생분해성 고분자를 개발할 수 있는 것으로 보고되고 있다 (<그림 4.2> 참조).

기존의 식물성 바이오매스 외에 동물성 단백질과 지방질(lipid)과 사카라이드(polysaccharides) 등이 사용되고 있으며, 옥수수에서 생화학적으로 추출된 단량체(bio-derived monomer)를 합성하여 만들어지는 bio-based 고분자 등이 있다(Bugnicourt, 2014).

미국, 일본을 비롯한 유럽은 바이오 기반 분해성 플라스틱 소재 개발을 위주로 연구 및 사업화를 추진하고 있다. 쇼핑백, 쓰레기봉투, 진공성형 제품, 사출품, 농업용 멀칭 필름, 완충재, 다층 필름, 기능성 필름 등의 다양한 용도의 바이오 플라스틱 관련 제품의 개발 및 판매가 이루어지고 있다. 또한 분해성 플라스틱의 생산량을 보면 그 성장속도가 매우 빠르며, 바이오 플라스틱 제조에 사용될 수 있는 다양한 바이오매스를 개발하기 위한 연구도 지속적으로 진행하고 있다.

미국의 MRI, 스위스의 시바스페셜티케미칼스 홀딩 Inc., 일본 KONICA Corp., 일본 다이셀 화학공업, 캐나다 EPI, 영국 Wells, 미국 EPI-Global, 영국 Symphony, 스웨덴 ADD-X Biotech, 싱가폴 Winrigo 등이 산화생분해성 기능을 추가한 고분자 개발 완료 및 추가 개발에 전력을 다하고 있으며, 영국 등 유럽에서는 판매가 활발하다. 기존 폴리올레핀계 열가소성 플라스틱의 자연 환경에서의 완전분해(물, 이산화탄소 및 바이오매스로 분해)에 관련한 연구는 G. Scott, Albertsson, Kostyniak 교수 등에 의해 정립되어 있고, 이후 활발한 연구가 이루어지고 있다(Scott, 1990; Albertsson et al., 1992; http:// www.biopack.or.kr, 2014).

바이오 플라스틱 기술과 더불어 유망한 플라스틱 패키징 분야의 한 부분인 감량화는 PET 용기를 중심으로 진행되고 있다. 특히 음료용기 제조 분야에서 경쟁력을 가지고 있는 일본은 감량화 기술의 상용화에 근접하고 있다. 2017년 6월에 미국 국방부는 Ecovative Design에 필라멘트를 생산하는 자연 발생 곰팡이의 일종인 균사체 기반 기술로 100% 퇴비화 되는 포장재료를 만들기 위한 기술 개발을 진행하고 있다. 현재 미국의 경우 바이오 플라스틱의 가장 큰 활용도는 포장재이며, 그 다음 섬유, 의료용으로 사용되는 추세이다.

나. 국내 분해성 플라스틱의 기술개발 동향

우리나라의 바이오 플라스틱 기술 연구 수준은 선진국에 비하여 현저히 떨어지는 것으로 평가되어 원천 기술개발의 저변 확대가 필요하다. 또한 우리나라의 생분해성 제품 관련 규격기준은 표준물질 대비 90%로, 미국과 일본의 60%에 비해 지나치게 엄격하여 생분해 원천기술 확보가 미흡한 국내기업은 대부분 사업을 중단하고 있는 실정이다. 이에 따라 국내 규격 기준을 완화하여, 생분해성 물질을 30% 첨가한 생붕괴성 플라스틱 규격 기준을 마련하고 이를 종량제 봉투에 적용하였으나 인장, 신장 등 물성이 약하고, 생산성이 부족하여 현재는 사업화되지 않고 있다.

바이오 플라스틱의 기술 개발 및 실용화를 위해 초창기 국내에서는 SKC, 대상, SK케미칼, 롯데케미칼(이전 호남석유화학), 한화, 이레화학, 새한 등이 연구에 참여하여 왔으나, 협소한 시장규모와 해외에 비하여 엄격한 생분해 제품 관련 환경마크 인증규격 문제, 바이오매스 제품 원천기술 개발 미흡 등으로 인해 사업 보류, 중단을 한 바 있으나 현재 국내 상황을 반영하여 다시 연구에 나서는 등 관련 분야에 대한 정비가 되어 가고 있는 실정이다(http://www.en.europeanbi oplastics.org, 2014).

현재 국내 기업들은 다른 외국에 비해 상대적으로 우위에 있는 수지의 가공 및 성형기술을 활용하여, 신소재 개발보다 제품화 위주로 전환되어 가고 있는 새로운 국면에 접어들고 있다. 실제 바이오 플라스틱의 상용화 제품, 기존 플라스틱의 대체 제품, 화석연료 사용 절감을 위한 대체 제품 등이 속속 출시되고 있다.

이러한 추세에 맞춰 최근의 연구 중심은 감량화, 용이한 재활용, 탄소저감 그리고 산화 생분해 등으로 기울고 있는 추세이다. 바이오플라스틱의 국내시장은 아직 매우 빈약한 상태인데, 주로 생분해성 고분자를 중심으로 시장이 형성되어 있으며, 특히 전분계와 셀룰로오스계 등 천연고분자와 선형 폴리에스테르 등을 중심으로 이루어져 있음을 알 수 있다. 최근에 들어서는 세계 시장의 변화와 함께 국내 시장에도 PLA를 중심으로 한 바이오 플라스틱의 시장이 형성되고 있으며 이를 아래의 <표 4.5>에 나타내었다. 

국내 시장은 전분계나 다당계 고분자를 선형 폴리에스테르와 혼련하여 제조된 생분해성 혹은 생붕괴성 고분자 시장이 주를 이루고 있다.

5. 플라스틱 대체재로서의 바이오 플라스틱의 전망

전 세계적으로 또한 국지적으로 플라스틱을 대체하기 위한 다양한 연구가 지속될 것으로 전망된다. 하지만 이미 다양한 범위로 사용되는 플라스틱을 갑자기 퇴출시키기에는 현실적으로 이를 대체할 수 있는 물질이 너무 없다는 문제가 발생한다. 따라서 편리함과 환경오염의 두 부분을 적정한 범위에서 조정을 하여 모두 살리는 현명함을 보여야 할 것이라 판단된다. 즉, 구조물에 적용되는 플라스틱과 같이 반드시 내구성이 적용되어야 할 부분에는 플라스틱을 계속 사용하고, 한번 쓰고 쉽게 버리는 일회용이나 포장재 같은 소모품용 플라스틱은 줄이거나 다른 물질로 대체하는 방안과 정책적인 뒷받침이 필요하다고 판단한다. 또한 환경오염은 어느 한 국가만의 문제가 아니라 글로벌 문제이므로 세계 각국의 정부도 이러한 정책적인 목표를 공유하고 문제 해결에 협조를 하여야 할 것이다.

일회용 및 소모용 플라스틱 대체재로서의 바이오플라스틱 또는 생분해성 및 생붕괴성 플라스틱은 반드시 연구가 되어야 할 분야이고 기존의 플라스틱과 병행하여 사용되어야 할 재료일 것이다. 반면, 바이오플라스틱의 개발은 전 세계적으로 아직은 초기단계이다. 하지만 난분해성 플라스틱에 의한 환경오염을 방지하기 위한 시대적인 요구와 관련 제품을 요구하는 시장 요청에 의해 현재 다양한 종류의 산업적 활용성이 우수한 바이오플라스틱들이 개발, 상용화되고 있다. 아직은 제조된 바이오플라스틱들의 물성이 기존 석유기반 플라스틱 소재들에 비하여 낮은 것이 분명하고 따라서 활용성 면에서 많은 제한이 있는 것 또한 사실이다. 그러나 점차 이제는 고부가가치화 할 수 있는, 물성이 우수한 바이오 플라스틱들의 개발이 많이 진행되고 있고 이들 중 일부 상용화된 제품들도 있다. 즉 이러한 우수한 물성을 지닌 소재들을 경제성이 있도록 제조·생산하는 기술들이 집중적으로 연구되고 있으며, 바이오와 화학기술의 접목으로 많은 우수한 기술들이 개발되고 있다. 따라서 멀지 않은 미래에 경제성과 산업성, 그리고 활용성이 우수한 바이오 플라스틱 소재들이 시장에 대거 등장할 것으로 예측이 된다.

참고문헌

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Korean Bio Material Packaging Association, http://www.biopack.or.kr, Accessed Dec. 10, (2014).

Ⅴ. 결론 : 플라스틱 문제에 대한 과학기술 정책 제안

앞에서 살펴본 바와 같이 플라스틱에 의한 환경오염문제는 매우 심각하다. 특히 미세플라스틱에 의한 환경오염과 그 위해성은 조만간 인간의 건강과 생존까지도 위협할 정도로 심각성을 내포하고 있다. 이 미세플라스틱들은 생태계에 이미 광범위하게 확산되어 우리가 먹는 해산물, 생수 등에도 다수 검출이 되고 있어서 문제의 심각성을 보여주고 있다. 그럼에도 불구하고 토양, 동식물, 하천 등에는 얼마나 오염되어 있는지 조사가 되어 있지 않은 실정이다. 뿐만 아니라 이러한 미세플라스틱들이 인간을 비롯한 생물체에 어떤 독성과 위해성을 나타내는지에 대해서도 연구가 거의 이루어지지 않은 상황이다. 이러한 상황에서도 플라스틱들은 계속 사용하지 않을 수 없고, 따라서 일부는 자연 생태계로 계속 유입되고 있으므로 미세플라스틱의 오염량은 앞으로도 지속적으로 증가할 전망이다.

이 시점에서 단기적으로는 플라스틱, 특히 일회용 플라스틱의 사용량을 감소 시키고, 사용한 플라스틱들을 효과적으로 수거하여 재활용하는 것이 시급히 추진해야 할 과제이다. 이에 대해서는 관련 정부기관이나 언론에서 이미 인지하여 국민들에 대한 여론과 정책이 수립되고 있다. 따라서 본 보고서에서는 좀 더 근원적이고, 장기적인 대책 마련을 위한 과학기술 정책을 다음과 같이 제안하고자 한다.

1. 미세플라스틱의 검출과 수거 방안

가. 미세플라스틱 문제는 이미 해양으로 유입되어 해양 표면을 떠돌거나 바다 속으로 가라앉은 플라스틱 폐기물이 시간이 경과하면서 점차 미세플라스틱으로 변해갈 것이라는 점에 심각성이 있다. 즉 추가적인 플라스틱 폐기물의 해양유입이 없다고 하더라도 미세플라스틱 문제는 시간이 경과할수록 심각해질 것이다. 이 문제를 해결하기 위해서는 해양으로 이미 유입된 플라스틱 폐기물을 어떻게 효율적으로 제거할 수 있을 것인가에 대한 방안 마련이 필요하다. 그리고 현재 기술로는 불가능한 미세 플라스틱의 환경영향을 저감할 수 있는 방안이 필요하다.

나. 최근 네덜란드의 24세 청년인 보얀 슬랫은 비영리단체의 ‘오션클린업(The Ocean Cleanup)’ 재단을 설립하고, 직접 고안한 해양 쓰레기 수거장치를 2018년 8월 캘리포니아에서 시험 가동하였다. 이처럼 거대 해양 플라스틱 오염의 문제를 해결하기 위해 다양한 노력이 있지만, 미세플라스틱의 관점에서는 이러한 시도는 적합한 수거방법이 될 수 없다. 따라서, 미세플라스틱을 지구의 환경에서 제거하기 위한 획기적이면서도 다양한 접근방법이 필요하며, 이를 위한 연구개발 정책이 필요하다고 판단된다.

다. 해양으로 유입되는 플라스틱을 막기 위해서는 해양으로 유입되는 발생원과 경로를 추적하여 발생원별 맞춤대책이 필요하다. 폐기물 관리체계가 구축되어 있지 않은 저개발국가의 경우에는 국제협력을 통해 플라스틱 폐기물 투기를 막기 위한 폐기물 수거 및 처리체계 구축에 대한 지원이 필요하다. 어업활동으로 인해 해양으로 유입되는 플라스틱 폐기물의 경우에는 어민들이 그물 등 어업폐기물을 해양으로 투기하지 않도록 다양한 접근이 필요하다. 어업폐기물 수매제와 같은 인센티브 정책과 어구 생산자의 폐기물 처리에 대한 책임강화, 대량으로 어구폐기물을 발생시키는 배출자에 대한 책임강화 정책이 필요하다. 어민들에 대한 교육을 강화하여 어구의 해양투기가 해양을 오염시켜 소비자의 해산물 소비를 급감시킬 수 있음을 주지시킬 필요도 있다. 해수욕장 등 해변을 이용하는 행위 중 플라스틱 폐기물을 해변가에 투기하는 행위에 대한 집중단속도 필요하다.

해변가 내 음식물을 반입하여 섭취하는 행위나 폭죽 등을 이용하는 행위, 1회용 플라스틱 용기를 사용하는 행위 등에 대한 규제가 필요하다. 또한 의류의 세탁과정에서 미세섬유가 하수도로 유입된 후 방류되는 문제와 관련하여 하수도 정화처리과정에서 미세섬유 문제에 대응할 수 있는 기술적 접근도 필요하다.

라. 외국에서 실시하고 있는 재활용 제품 보증금 환급제도를 활용할 필요가 있다. 이 제도는 플라스틱 제품 유형별 보증금 징수 및 플라스틱 공병, 플라스틱 쓰레기 환급제도이다. 또한 생산자 및 유통업체 등에 대한 책임을 생산자 책임 재활용제도로 확립하여 플라스틱 제품에 대한 생산자 재활용 혹은 처리책임을 강화하고, 유통업체 및 음식물을 판매하는 사업자의 1회용품 사용을 억제할 필요가 있다.

마. 보다 근본적인 대응방법으로 플라스틱의 사용량을 억제하거나 자연환경 조건에서 분해가 용이한 재질로 플라스틱 재질이 대체될 수 있는 방안에 대한 연구가 필요하다.

바. 미세플라스틱의 효율적인 처리를 위해서는 분해 기술뿐만 아니라. 검출, 수거 기술 연구도 진행되어야 한다. 미세플라스틱의 검출은 FT-IR 적외선 분광법, 가스 크로마토그래피, 라만 분광법 등 다양한 분석기기를 이용할 수 있으나, 현장에서 간편하고 신속한 측정을 위한 미세플라스틱 전용 검출장비의 연구와 개발이 요구된다.

2. 미세플라스틱의 인체 독성 및 위해성 해결 방안

가. 미세플라스틱 섭취에 관한 역학 조사

연안과 도서지방은 내륙과 달리 해양의 미세플라스틱에 직간접적으로 노출이 많이 되어있다. 연안/도서지방의 미세플라스틱 섭취 표본조사와 질병발생 현황과 역학조사가 필요하다.

나. 미세플라스틱 관련 인체 독성 및 위해성 관련 연구

1) 미세플라스틱에 의한 독성 및 위해성 가이드라인의 제정

플라스틱과 첨가제에 관한 독성에 관한 연구 결과들은 보고되어 왔으나, 미세플라스틱 섭취에 의한 인체 위해성과 관련한 어떠한 기준도 마련되어 있지 않다. 즉 미세플라스틱을 얼마나 섭취해도 안전한지, 또 미세플라스틱 섭취 시에 어떤 독성 또는 부작용이 있을 수 있는 지 등 다양한 연구를 통한 미세플라스틱 독성 및 위해성 가이드라인의 제정이 필요하다.

2) 입자 크기에 따른 독성 및 위해성 규명 필요

지금까지 미세플라스틱(크기: 0.1~5000㎛)의 독성 및 위해성에 대해 기술 하였으나, 짐작하는바와 같이 나노플라스틱(크기: < 0.1㎛) 또한 먹이사슬에 의해 생물체의 체내에 존재할 것이라는 것은 자명하다. 따라서 향후에는 미세 플라스틱과 나노플라스틱 등을 입자 크기별로 분리하여 이들의 독성에 대한 연구가 필요하다.

3) 미세플라스틱의 체내 흡수 및 분포 경로

미세플라스틱은 섭취된 뒤 체내 소장에서 림프관을 따라 흡수된 뒤 여러 장기에 분포된다. 이때 입자의 크기에 따라 흡수되는 부위가 다르지만 주로 소장 특히 회장의 페이어판(Peyer's patch)을 통해 흡수되고 때로는 대장(결장)의 점막을 통해 흡수된다(Bouwmeester et al., 2015). 그러나 아직까지 명확하게 미세플라스틱의 체내 흡수 경로와 장기별 분포에 대한 연구가 부족하다.

4) 미세플라스틱의 잠재적 독성

현재까지 미세플라스틱에 의한 인체 독성(in vivo)이나 in vitro 독성에 대한 명확한 연구 보고서가 없다. 설치류를 활용한 일부의 실험 결과, 섭취된 미세플라스틱의 체내 흡수율이 매우 낮으며(< 1%), 흡수된 후 이것들은 림프관을 따라 이동한 뒤 최종에는 이자(spleen)에서 제거되는 것으로 추론된다(Bouwmeester et al., 2015). 그렇지만 이 부분에 대한 구체적인 연구가 필요하다.

5) 용출 가능성 첨가제들의 독성

앞서 기술한 바와 같이 플라스틱 제품에 포함된 첨가제들, 특히 프탈레이트와 비스페놀 A 등은 내분비계 장애물질임이 규명되었다. 그렇기 때문에 다른 여러 첨가제들의 독성에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

6) 미세플라스틱에 흡착된 잔류성 유기 오염물질들(POPs)의 독성 미세플라스틱에 흡착된 잔류성 유기 오염물질들은 주변의 여러 인자들, 예를 들어 폴리머의 특성(소수성 혹은 친수성), 폴리머의 구멍 크기, 유기물의 크기, pH, 폴리머 주변 액체의 이온강도 등에 의해 용출되는 양이 다르다. 그러나 미세플라스틱으로부터의 용출되는 양이나 속도에 대한 정보가 거의 없기 때문에(Besseling et al., 2013), 이에 대한 연구가 필요하다.

7) 체내 잔류하는 미세플라스틱의 분해 및 해독

먹이사슬에 의한 미세플라스틱 축적을 고려할 때, 이미 체내에는 다양한 경로를 통해 미세플라스틱이 잔류하고 있을 것이다. 그러므로 체내에 잔류하는 미세플라스틱을 배출하고 미세플라스틱에 의한 독성을 해독할 수 있는 치료법에 대한 연구가 필요하다. 동시에 미세플라스틱 첨가제 및 흡착제의 인체독성에 대한 장기적인 추적 연구가 요망된다.

8) 현재 심각한 환경문제인 대기 중의 미세먼지 속에 미세플라스틱들이 얼마나 함유되어 있는지, 또 이들에 의한 인체 독성 및 위해성 규명도 필요하다.

3. 미세 플라스틱의 생분해 방안

가. 플라스틱 분해 미생물 균주 발굴 및 개발연구

플라스틱 분해를 위한 세균, 방선균, 진균 등에 대하여 주로 연구가 진행되고 있으나, 내구성이 강한 플라스틱을 분해하는 속도가 느리고, 분해력이 미미하여 보다 강력한 분해능을 가지는 미생물 균주 개발 연구가 필요하다. 또한 플라스틱 분해능이 있는 신규 미생물 균주들을 해저, 극지방, GPGP와 같은 곳에서 탐색하여 발굴 할 수 있는 연구지원이 필요하다.

나. 고분자 플라스틱을 분해할 수 있는 미생물 균주 및 효소의 연구

현재 진행되고 있는 연구들은 플라스틱 자체의 고분자(polymer)보다는 저분자 (oligomer) 수준의 연구로서, 실제 고분자의 플라스틱 분해에 활용 가능한 미생물 균주나 효소의 개발이 필요하다.

다. 거대 분자량 polymer인 플라스틱이 쉽게 분해되기 위해서는 미생물과 효소와의 접촉이 많이 되는 것이 유리하므로, 이러한 방안으로 소분자로 먼저 분해시킬 수 있는 기술 등 플라스틱 분해 미생물이나 분해 효소를 좀 더 효과적으로 이용할 수 있는 기술 개발이 요구된다.

라. 생분해성 플라스틱의 생산비의 고가로 인해 이를 분해하는 미생물이나 효소 연구는 최근 많은 연구가 진행되고 있지 않는데, 가격, 물성, 강도 등의 단점을 극복한 생분해성 플라스틱 개발과 병행하여 강력한 생분해성 플라스틱 분해 미생물 균주나 효소의 개발이 절실하다. 이러한 균주나 효소의 산업화를 위해 생분해의 최적 환경 조건 및 대량 분해 공정 개발을 위한 생분해 시험장 건립이 미세플라스틱 생분해 해결에 많은 도움을 줄 것으로 예상이 된다.

4. 플라스틱 대체재 개발 방안

일회용 및 소모용 플라스틱 대체재로서의 바이오플라스틱 또는 생분해성 및 생붕괴성 플라스틱은 앞으로 빠른 시일 내에 개발되어야 하고, 기존의 플라스틱과 병행하여 사용되어야 할 재료일 것이다. 현재까지는 제조된 바이오 플라스틱들의 물성이 기존 석유기반 플라스틱 소재들에 비하여 열등하기 때문에 활용성 면에서 많은 제한이 따르는 문제점이 있다. 따라서 지금부터 경제성과 산업성, 그리고 활용성이 우수한 바이오 플라스틱 소재들이 개발될 수 있는 과학기술 정책들이 뒷받침 되어야 한다.

가. 분해성 플라스틱의 개발 연구

기존의 플라스틱 분해 미생물이나 효소가 분해하기 어려운 난분해성 플라스틱인 고분자 폴리머에서 저분자 폴리머로 용이하게 분해될 수 있는 분해성 플라스틱 제조법 연구 개발이 필요하다.

나. 바이오와 화학기술을 접목한 경제성 있는 분해성 플라스틱의 개발

분해성 플라스틱이 경제성(가격), 산업성/활용성(물성, 강도)을 기존의 석유화학기반의 플라스틱 수준이 될 수 있도록 이에 대한 연구 개발 지원이 필요하다. 즉 생분해 플라스틱의 물성 강화에 대한 기술 개발을 통하여, 장기적으로 현재의 플라스틱의 특성을 유지하면서 환경오염과 고비용 등의 단점이 해소된 새로운 소재의 개발에 대한 과학기술 연구가 추진되어야 한다.

다. “지속 가능한 순환형 플라스틱 대체재”의 생산 시스템 구축 방안

궁극적으로 생분해성 플라스틱 제재를 제조하고, 이를 사용한 후 완전 분해가 되어 환경오염 문제를 해소시킬 수 있는 지속 가능한 순환형 플라스틱 대체재를 개발하고, 이를 이용하여 산업적인 적정량 생산시스템의 구축이 미래에 바람직한 방향이 될 것이다. 이러한 시스템의 확립을 통해 기존의 플라스틱 시장을 대체할 수 있는 새로운 산업분야의 개척이 가능하므로 이에 대한 연구개발 지원 체계가 요망된다. <끝>