바이오플라스틱

바이오플라스틱은 지속발전가능 사회 구축을 도울 수 있는 친환경 소재로서 크게 두 가지로 구분할 수 있다. 첫 째는 일정한 조건에서 미생물에 의해 완전히 분해될 수 있는 생분해성 플라스틱(biodegradable plastics)이며, 두 번 째는 재생가능한 물질인 식물유래자원 바이오매스(biomass)를 원료로 이용하여 화학적 또는 생물학적 공정을 거쳐 생산되는 바이오매스 플라스틱(biomass-based plastics)이다. 물론, 바이오매스 플라스틱 중에는 생분해성을 나타내는 것도 있다.

생분해성 플라스틱

생분해성 플라스틱은 널리 사용되고 있는 기존의 난분해성 플라스틱 소재와 달리, 일정한 조건에서 자연계에 존재하는 박테리아, 조류, 곰팡이와 같은 미생물이나 분해효소 등에 의해 물과 이산화탄소로 완전히 분해될 수 있는 플라스틱으로 다양한 원료(바이오매스 또는 화석연료 기반 화합물)로부터 만들 수 있다.

생분해성플라스틱은 일반 플라스틱 제품과 마찬가지로 사용될 수 있으며, 사용 후에는 폐기물을 일정 조건을 갖춘 시설(Compost)에서 퇴비화시킬 수 있다. 부득이 연소시키더라도 발생열량이 낮아서 다이옥신 등의 유해물질이 방출되지 않는 친환경 플라스틱이다.

생분해성 플라스틱에는 다양한 종류가 있다. 우선, 지방족 폴리에스터인 polybutylene succinate(PBS), polybutylene adipate-co-terephthalate(PBAT), polycaprolactone(PCL), polyglycolic acid(PGA) 등은 모노머를 화학 합성하여 얻는 생분해성 고분자들인데, 물성 조절이 용이하여 다양한 기능을 부여할 수 있으므로 플라스틱 용도로 널리 활용되고 있다.

한편, 미생물이 만들어내는 고분자(microbial biopolymer)가 있는데, poly-β-hydroxybutyrate(PHB), poly-β-hydrolyvalerate(PHV), 그리고 이들의 공중합체인 PHB/PHV 등의 polyalkanoates(PHA)가 여기에 해당된다.

천연 물질을 원료로 한 생분해성 고분자로는 Cellulose, Hemicellulose, Pectin, Lignin 및 저장 탄수화물인 전분 등 식물에서 유래하는 것과 새우, 게 등의 껍질을 포함한 Chitin질을 기초로 한 동물 유래의 것들이 있다.

현재 대규모로 상업 생산되고 있는 생분해성 고분자인 polylactic acid(PLA)는 바이오매스 원료인 옥수수, 전분 등으로부터 발효공정을 거쳐 생산되고 있다.

바이오매스 플라스틱

기존의 화석연료를 활용하는 대신 재생이 가능한 식물유래자원인 바이오매스를 원료로 하여 고분자를 합성할 수 있는데 이것이 바이오매스 플라스틱이다.

사탕수수를 이용한 바이오 폴리에틸렌과 옥수수로부터 포도당, lactic acid, lactide 등으로의 변환 과정을 거쳐 생산되는 poly(lactic acid), PLA가 대표적인데, PLA는 바이오매스 플라스틱이면서 동시에 생분해성도 나타낸다.

바이오매스 원료로부터 다양한 플랫폼 화합물을 얻게 됨에 따라 바이오 폴리우레탄, 바이오 PET, 바이오 poly(ethylene furanoate)(PEF) 등이 개발되고 있다. 옥수수 이외의 비식용 작물, 섬유소, 해조류 등을 원료로 활용하려는 연구가 진행되고 있다.

바이오플라스틱의 중요성

생분해성플라스틱은 사용 후 퇴비화가 편리하다는 장점이 있다. 예를 들어, 생분해성플라스틱으로 만들어진 음식물 쓰레기봉투는 일정기간 퇴비화(composting)과정을 거치면 내용물과 봉투가 함께 퇴비로 만들어질 수 있다.

그러나 생분해과정은 미생물이 활동하기에 적합한 환경에서만 일어날 수 있다. 즉 적절한 온도, 수분 및 산소의 공급 등이 필수적이므로 이 점에 유의하여야 한다. 이 특성을 적절히 활용하면 플라스틱 쓰레기 문제, 즉 폐플라스틱에 의한 환경의 부하를 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 바이오매스플라스틱의 원료인 바이오매스는 광합성에 의해 생성되는데 이 과정에서 공기 중의 이산화탄소를 필요로 하게 된다. 따라서 바이오매스플라스틱의 원료생성부터 제품 활용 후 폐기에 이르기까지 제품의 전 생애에 대한 탄소배출량의 관점에서 본다면 공기 중으로의 탄소배출량이 매우 적어, 탄소배출 저감이라는 측면에서 매우 유용한 소재이다.

바이오플라스틱의 사용 후 처리(End-of-life option) 방법

바이오플라스틱을 사용한 후에는 다양한 방법으로 처리할 수 있다. 즉 재사용, 기계적 리사이클링, 유기물 리사이클링, 퇴비화(composting), 소각에 의한 에너지 회수 등의 방법이 가능하다.

현재 사용되는 바이오플라스틱의 상당량은 기존의 플라스틱처럼 분리수거 후 리사이클링이 가능하다. 예를 들면 바이오-PE 또는 바이오-PET 등은 각각 기존의 PE, PET와 함께 리사이클링될 수 있다. 이처럼 바이오플라스틱은 순환경제(Circular Economy)를 완성하는데 기여할 수 있다.

바이오플라스틱

한편, 생분해성 플라스틱 백, 음식 포장재 및 포장 용기 등의 퇴비화 가능 플라스틱은 유기물인 음식물 쓰레기와 함께 퇴비화 시킬 수 있어 쓰레기 처리 효율을 높일 수 있다. 또한 더 이상 재사용이나 리사이클링이 불가능한 경우에는 소각에 의한 바이오 에너지 생산에 활용할 수 있다.

바이오플라스틱의 사용 후 처리 과정에서는 기존 플라스틱과 마찬가지로 바이오플라스틱을 선택적으로 회수하는 것이 무엇보다 중요하다. 바이오플라스틱 폐기물의 회수 방법은 바이오플라스틱 제품의 특성, 사용된 바이오플라스틱 소재의 종류, 그리고 적용 가능한 회수 시스템 등에 의해 결정된다.

바이오플라스틱

플라스틱에 의한 해양오염(Marine Litter) 이슈

해양오염은 사용 후 무분별하게 버려진 포장용 플라스틱, 비효율적으로 관리되는 매립지, 대중에 의한 플라스틱 쓰레기 투척 등 다양한 경로로 발생한다. 이들 플라스틱은 특히 해양에 오랫동안 남아 있으므로 적절히 처리되지 않으면 여러 가지 환경문제를 일으키게 된다.

음식물 쓰레기 등의 biowaste를 분리수거할 수 있는 상황이라면 퇴비화가 가능한 생분해성 biowaste백을 사용하여 유기물 쓰레기를 분리수거하여 처리함으로써 이들이 무분별하게 매립지로 흘러가고 궁극적으로는 바닷물로 유입되는 것을 막을 수 있다.

그러나, 생분해성플라스틱은 결코 해양오염을 막을 해결책으로 간주되어서는 안 된다. 무분별한 쓰레기 투척은 해양이나 육지를 막론하고 어떤 경우에도 용납될 수 없다.

해양 환경에서 플라스틱의 생분해를 적절히 규정하기 위해서 ISO, ASTM 등의 국제표준제정 작업이 진행되고 있다.

산화분해성 플라스틱

산화분해성(oxo-degradable) 플라스틱은 LDPE와 같은 기존의 석유화학계 플라스틱에 첨가제를 혼합한 것으로, 자외선과 열에 의해 산화가 일어나고 그 결과로 플라스틱의 파편화(fragmentation)가 일어날 수 있다.

지난 십 수년간 산화분해성 플라스틱은 기존 플라스틱에 의한 토양 및 해양 오염의 해법의 하나로 주목을 받아왔고, 심지어 몇몇 국가에서는 산화분해 플라스틱 사용을 의무화하기도 했다.

그러나, 전세계적으로 수많은 학자 및 전문가들, 국제기구, 시험기관, 각종 플라스틱 산업협회, 비영리단체들은 이들이 플라스틱에 의한 오염문제를 해결할 수 있는 것은 결코 아니라는 증거들을 제시해 오고 있다. 즉, 산화분해성 플라스틱이 눈에 보이지 않는 작은 조각으로 쪼개짐으로써 토양이나 해양에 남아 다양한 food chain를 통해 우리 몸 속으로 들어 올 수도 있어 부정적인 영향을 끼칠 수도 있다.

따라서, 유럽의 바이오플라스틱협회, 미국의 BPI는 물론이고, Ellen MacArthur 재단, 그린피스, WWF 등 NGO 단체, BASF, NatureWorks, Novamont, OWS 등의 전문 기관은 철저하고도 독립적인 연구결과가 나올 때까지 산화분해성 플라스틱의 사용을 적극적으로 금지하는데 뜻을 같이 하고 있다.

※ 자료출처 : European Bioplastics Association (https://www.european-bioplastics.org/)