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전문가 제언

왜 농자재도 바이오플라스틱 재료로 대체해야 하나?

[연재기고] 박형우 박사의 ‛바이오플라스틱’ 이야기①

지구온난화 때문이다. 우리는 지금 기후위기 시대에 살고 있다. 2005년 남부유럽에서 엄청난 사상자가 생긴 폭염과 가뭄, 인도에 닥친 1일 강우량 774mm의 집중호우, 미국 뉴올리언스를 습격한 허리케인 카트리나, 호주에 일어난 대형 산불, 일본에 내린 폭설, 태풍 그뿐 아니다. 중국의 사막화도 심각해져, 중국에서 시작된 황사현상으로 인해 주변국 역시 큰 고통을 받고 있다. 지금까지 우리가 당해본 어떤 산불, 홍수, 가뭄보다 훨씬 심각한 상황이 세계 곳곳에서 일어나고 있어 지구온난화를 단 한 발짝이라도 늦출 대안이 선진국을 중심으로 계속 도출되고 있다.


우리나라도 예외는 아니다. 지구온난화로 최근 30년 새 서울의 겨울 시작일은 11일 늦어지고, 겨울 지속기간은 17일이나 짧아진 것으로 집계되었다. 강원도와 양산의 화재는 80년 생애 가장 심각한 상황이었다는 주민들의 목소리, 축구장 면적의 9000배의 산이 타버렸고 이재민도 가옥피해도 심각한 수준이다.

 

기상청에 따르면 1970년대만 해도 11월 19일 시작했던 서울의 겨울은 1990년대 23일, 2000년대 30일 등으로 계속 늦어지는 추세다. 겨울 지속기간도 1970년대 119일에서 2000년대 102일로 줄었다.

 

반면 여름 시작일은 30년간 9일(6월 5일→5월 27일) 빨라지고, 지속기간은 16일(105→121일) 길어졌다. 육지뿐만 아니라 바다에도 지구 온난화 현상으로 인한 이상 기류가 발생해 동해안에서 잡히던 오징어가 서해안에서 잡히는 등 생태계에 심각한 변화가 나타나고 있다.

 

 

2050년경 지구의 평균기온은 2도 이상 올라갈 것으로 예상된다. 식수난을 겪는 인구 27억 명, 말라리아에 걸리는 인구 2억 3000만 명, 홍수 피해로 이재민이 되는 인구 3000만 명, 기근에 시달리는 인구 1000만 명 이상 발생할 것이라는 연구결과가 있다.


이처럼 이상기후, 자연재해 등을 유발시키는 지구온난화에 관심이 높아지면서, 주 원인 중 하나인 플라스틱 사용에 대한 관심 또한 높아지고 있다. 이에 정부는 기업에 친환경 제품생산을 권고하고, 소비자들은 친환경적인 포장재 제품을 찾는 등 다양한 방면에서 노력이 필요한 시점이다.

 

대안은 뭐가 있나?


바이오매스와 바이오 플라스틱이 대안으로 떠오르고 있다. 한편 이견도 존재한다. 어떤 나라는 어린이 식량도 없는데 식량자원인 옥수수, 밀, 보리 및 해양식물을 원료로 대부분 바이오플라스틱을 생산하기 때문이다. 석유를 원료로 하여 미생물로 생산하는 PBAT(Poly Butylene Adipate Terephthalate)라는 바이오플라스틱 재료도 있긴 하다.  


현재 바이오매스 총 생산량은 3억6500만톤(산림 42.2%, 농업 39.5%, 도시 고형폐기물 18.6%)이나 향후에는 빠르게 증가하거나  다소 완만하게 감소할 것으로 예측된다. 2019년부터 시작된 에너지 작물 재배를 통한 바이오매스의 생산량은 4억1100만톤에서 2040년는 7억 3600만톤에 이를 것으로 추정된다(미국 에너지부와 산하 오크리지국립연구소; 2016 빌리언톤 보고서).


플라스틱 폐기물로 인해 인류 생존에 위협이 됨에 따라 플라스틱의 사용을 절감하거나 환경 친화적인 바이오플라스틱의 활용 필요성이 부각되었다. 바이오플라스틱은 탄소 중립형 식물자원인 바이오매스가 원료에 첨가된 플라스틱을 의미하며, 바이오플라스틱에 함유된 바이오매스의 함량과 생분해성 여부에 따라 분류할 수 있다. 


광의의 개념 정의에 의하면, 바이오플라스틱이란 “석유나 천연가스(즉, 화석연료) 기반 생분해성(bio-degradable; 썩는) 고분자를 포함한 바이오매스 유래 고분자 전체”를 말한다. 생분해성, 즉 썩는 플라스틱에 초점을 맞추어 화석연료 기반이든 즉, 기존 석유(화석연료) 기반 플라스틱이나 바이오매스 기반 플라스틱의 구별 없이 바이오플라스틱 범주에 포함된다.

 

하지만, 화석연료 기반의 생분해 플라스틱은 낮은 바이오매스의 함량(20% 미만) 때문에, 바이오플라스틱의 원래 취지인 바이오매스의 활용이 미흡하다는 비판이 존재한다. 따라서 현재는 협의의 정의인 바이오매스를 전체 원료의 25% 이상을 사용한 플라스틱이 바이오플라스틱으로 정의되고 있는 추세이다.


바이오매스는 생물기술(BT)을 이용하여 바이오매스를 원료로 바이오화합물(석유화학 제품 및 정밀화학 제품의 대체품)을 생산하는 산업을 가리킨다. 여기서 ‘바이오매스’ 란 석유 등 화석연료를 대체하는 개념으로, 옥수수·사탕수수·사탕무·목재류·전분(starch) 등 재생 가능한 식물자원을 의미하며, 생명공학(BT)기술은 효소(enzyme) 혹은 미생물(microorganism)을 활용한 기술을 의미한다.

 

바이오매스는 제1세대(옥수수 등 전분계)에서 제2세대 까지 진화하고 있다. 제1세대로 불리는 옥수수·감자 등 전분자원과 사탕수수·사탕무 등 당질(糖質)자원 등 곡물류에서 제2세대(나무, 풀 성분인 리그노 셀룰로오스, 즉 목질계 등 비곡물류)를 거쳐, 현재는 제3세대(해양생물 유래와 관련된 해양 바이오매스=해조류, algae)까지 진화하고 있다.

 

 

바이오플라스틱의 특징은 다음과 같다.
1) 지구온난화 등 기후변화와 이산화탄소 배출 저감에   크게 기여한다.
  - 바이오매스는 생산과 소비 과정에서 탄소 중립적이기 때문에 대기 중의 이산화탄소 증가를 억제하여 지구온난화 문제를 해결할 수 있다.
  - 바이오매스로 제조되는 바이오플라스틱은 화석연료 기반 플라스틱과 달리 소각해도 새로운 이산화탄소를 발생시키지 않아 친환경적이다.


 2)재활용(recycling)에 의해 쓰레기 배출을 저감할 수  있다.
   - 바이오매스 플라스틱의 리사이클링은 원료 리사이클링, 화학적 리사이클링, 열(thermal) 리사이클링, 바이오 리사이클링 등 다양한 방법으로 리사이클링이 가능하다.
   - 회수 및 라사이클링이 쉬워 쓰레기 배출량을 저감 할 수 있다.


3) 화석연료를 절약할 수 있다.
    - 바이오매스로 만드는 바이오플라스틱은 석유 등유한한 화석연료의 절약으로 이어진다.
    - 생분해성 플라스틱은 사용 후 매립이나 퇴비화 등이 편리한, 소위 시작과 분해(end-of-life) 대안을 제공할 수 있는 장점이 있다.
    - 예를 들어, 생분해성 플라스틱으로 만들어진 쓰레기봉투는 일정기간 퇴비화(composting) 과정을 거치면 내용물과 봉투가 함께 퇴비로 만들어져 활용될 수 있다.


4) 바이오연료뿐만 아니라 바이오소재의 생산도 가능하므로, 석유기반의 화학 소재(합성섬유, 산업용 플라스틱, 의약 및 미용용품, 식품 첨가물 등)를 상당부분 대체할 수 있다. 현재 기술 수준에서는 석유화학 제품 대비 이산화탄소 배출량을 10~100배 가까이 감소할 수 있어, 바이오플라스틱의 필요성이 대두되고 있다.


지구온난화는 이산화탄소, 메탄 등이 주범이기 때문이다.