<이 콘텐츠는 FORTUNE KOREA 2021년 4월호에 실린 기사입니다.>

▶개발 당시 찬양일색이었던 플라스틱이 불과 100여 년 만에 전 지구적인 골칫거리로 변모했다. 오늘날 제기되는 플라스틱의 가장 큰 문제는 반영구적이라는 점이다. 따라서 최근에는 자연상태에서도 쉽게 분해되는 생분해 플라스틱 개발과 사용에 많은 관심이 쏠리고 있다.◀

[Fortune Korea] 1907년 벨기에 출신 화학자 레오 배클랜드가 플라스틱을 처음 개발했을 때, 사람들은 신의 물질을 찾은 양 환호했다. 플라스틱은 잘 썩지 않고 반영구적이었다. 또 가볍고 단단했으며 가공이 쉬우면서도 저렴한 가격에 대량생산이 가능했다. 목재 사용을 줄이기 위해 플라스틱 사용이 권장됐을 정도로 개발 초기 플라스틱은 전천후 소재로 인기가 높았다.

시간이 지나면서 사람들은 플라스틱의 부정적 영향력이 생각보다 크다는 것을 알게 됐다. 가장 큰 문제는 잘 썩질 않는다는 것이었다. 개발 초기 플라스틱의 최고 장점이라 여겨졌던 반영구적 성질이 백여 년이 지난 현재에는 지구 공동의 문제로 떠올랐다.

플라스틱은 아주 오랫동안 썩지 않으면서 여러 가지 문제를 일으킨다. 매립에 따른 환경호르몬 침출, 중간 분해 단계의 미세 플라스틱 발생, 소각 시 맹독성 다이옥신과 대기오염 물질 방출, 이산화탄소 같은 온실가스 배출 등이다.

이 같은 문제가 전 세계적인 관심사로 떠오르자 20여년 전부터는 플라스틱 사용을 규제하는 움직임이 세계 여러나라에서 나타나기 시작했다. 하지만 플라스틱이 우리생활에 워낙 깊숙이 들어온 까닭에 큰 성과를 거두지는 못하는 실정이다.

◆ 생분해 플라스틱에 쏠린 관심

이런 배경 덕분에 최근엔 친환경 플라스틱이 주목받는다. 플라스틱 사용을 획기적으로 줄일 수 없다면 친환경 플라스틱 사용을 병행해 문제를 해결해보자는 발상이다. 우리나라를 비롯한 세계 각국은 ‘플라스틱 사용 규제 강화’와 ‘친환경 플라스틱 사용 의무화’ 투트랙 전략으로 플라스틱 문제에 접근하고 있다.

문제는 친환경 플라스틱의 정의가 주체에 따라 ‘꽤 많이’ 다르다는 점이다. 환경부 가 인증한 친환경 플라스틱 제품인데도 ‘친환경적이지 않다’고 저격당하는 제품이 많은 이유이다. 판단하는 이의 친환경 플라스틱 정의와 요소에 따라 평가가 달라진다는 말이다.

친환경 플라스틱인지 아닌지를 가르는 선택적 요소에는 여러 가지가 있다. △생산·가공·폐기 시 공해를 유발하지 않는다 △환경에 유해한 물질을 차단한다 △환경에 유해한 물질을 포함하지 않는다 △합성플라스틱을 대체한다 △지속가능성을 추구한다 △생분해성을 갖는다 △폐기물을 재활용한다 등이다.

이 중 대부분의 전문가가 친환경 플라스틱의 필수 요건으로 꼽는 건 생분해성과 재활용 가능성이다. 그중에서도 생분해성이 특히 강조된다. 재활용이 가능한 플라스틱이더라도 재활용 요건이 까다롭고 비용이 많이 들어가며 실생활에서 재활용 비율이 높지 않아서다. 플라스틱 재활용을 위해서는 수거, 세척, 분리 등의 별도 공정과 비용이 추가된다.

◆ 생분해 플라스틱의 종류

생분해성은 생물학적 활성, 특히 토양 속 박테리아에 쉽게 분해되는 성질을 말한다. 생물학적 활성이 커 쉽게 분해된다면 매립에 따른 환경호르몬 침출을 비롯해 미세 플라스틱, 대기오염 물질 발생 등 문제가 대부분 해결된다.

생분해성 플라스틱 종류는 생각보다 많고 다양하다. 10가지가 훌쩍 넘는다. 하지만 일반 플라스틱 대비 가격이 비싸고 가공이 쉽지 않은 데다 생산 역시 어려워 실제 상업용으로 쓰이는 건 극히 일부이다.

황성연 한국화학연구원 바이오화학연구센터 센터장은 말한다. “가장 많이 쓰이는 건 PLA(Poly Lactic Acid)이고요, 그 다음이 PBAT(Poly Buthylene co-Adipate co-Terephthalate)입니다. 최근엔 PHA(Poly Hydroxy Alkanoate)도 주목받고 있습니다. PLA는 가장 범용화한 소재이지만 국내에는 생산하는 업체가 없어 전량 수입합니다. 전 세계적으로 연간 17만 톤 정도가 생산되죠. PBAT는 유럽에서 많이 생산하는데 국내에서도 중소기업 위주로 5,000톤 정도가 생산됩니다. 최근엔 SKC 같은 대기업 쪽에서도 생산하려는 곳이 늘고 있습니다. PHA는 생산하는 곳이 세계적으로도 2~3곳에 불과해 생산량이 적습니다.”

이준균 한국생산기술연구원 수석연구원은 덧붙인다. “PLA 사용이 많은 건 기능적으로 우수한 이유도 있지만, 미국 FDA에서 승인한 유일한 소재라는 점도 중요합니다. PLA는 미용이나 성형 소재로도 많이 쓰여요. 줄기세포 성분이기도 하거든요. 인체에 무해하다는 말이죠. ‘FDA에서 승인받았다’는 권위가 있으니 누구한테 잔소리 들을 것도 없고 문제될 것도 없다고 생각하는 업체 인식이 있습니다.”

◆ 범용화한 PLA

친환경 플라스틱 정의나 범위에 논란은 있지만, PLA가 세계 친환경 플라스틱 생산량의 대부분을 차지한다는 사실에 대해선 논란의 여지가 없다. PLA는 가장 대표적인 생분해성 플라스틱으로 옥수수나 사탕수수 등의 젖산을 발효해 만든다.

PLA는 원천 재료를 천연(주로 옥수수)에서 얻는 지속가능한 소재라는 점 외에도 열가소성, 인체친화성, 고강도 물성 등의 장점을 고루 갖추고 있다. 가장 큰 장점은 경제성이다. 일반 플라스틱과 크게 차이나지 않는 수준의 가격대를 형성하고 있다. 이 덕분에 친환경 전환을 시도하는 제조업체들이 가장 먼저 찾는 소재로도 유명하다.

연구가 가장 많이 된 친환경 플라스틱이란 점도 장점이다. 화학업계 한 관계자는 “PLA가 친환경 플라스틱 가운데 가장 많은 연구가 진행돼 있어 활용 시 불확실성이 매우 낮다”고 귀뜸했다.

물론 단점도 있다. 내열성 및 차단성의 부족과 특유의 뻣뻣한 성질, 낮은 인성, 느린 분해 속도, 소수성 등이다. 하지만 이들 단점은 일반 플라스틱 또는 각 부문에서 가장 우수한 친환경 플라스틱 대비 상대적인 면이 크다. 현장에서는 가공이 가장 무난한 친환경 플라스틱으로 인기가 높다.

◆ 공급 불확실성 커

일선 현장에서 생각하는 PLA의 가장 큰 단점은 공급 불확실성이 크다는 것이다. 원천 재료가 옥수수나 사탕수수 같은 ‘작물’이다 보니 경작 상황에 따라 공급선이나 원료값 변동이 상당한 편이다.

BGF에코바이오 한 관계자는 말한다. “최근 친환경 소재 사용이 글로벌 이슈로 떠오르면서 PLA 수요도 크게 늘었습니다. 공급 대비 수요가 훨씬 큰 상황이 만들어졌어요. 저희같이 어느정도 규모와 네트워크를 갖춘 기업들은 부담이 덜하지만, 대부분 중소업체들은 해외 공급망이나 원료 가격 변화에 취약한 모습을 보입니다.”

PLA 공급 불확실성은 ‘사실상 독점에 가까운’ 시장 환경도 한몫한다. 글로벌 PLA시장은 미국계 화학업체인 네이처웍스가 좌지우지한다고 해도 과언이 아니다. 지주사인 글로벌 곡물 생산 업체 카길이 원천 재료인 옥수수를 대량으로, 또 안정적으로 공급해줘 2000년대 초반부터 PLA 공급시장의 패자로 군림해왔다. 네이처웍스의 연 PLA 생산량은 14만 톤 수준으로 전 세계 생산량의 80%에 이른다.

◆ 가격이 비싼 PBAT

PBAT는 화석연료 기반의 생분해성 플라스틱이다. 우수한 인장 및 인열 강도, 일정 기간 유지 가능한 내구성과 적절한 생분해 시간, 뛰어난 가공성 등 장점을 갖췄지만, 열 저항성과 기계적 물성이 낮고 가격이 비싸 PLA 대비 활용이 떨어진다.

단점 대비 장점이 탁월한 PBAT이지만, 제조업 현장에서는 가격 문제 때문에 사용이 많지 않다. 에코페이퍼 관계자는 말한다. “친환경 플라스틱이 기존 플라스틱을 대체하려면 대체 비용이 20% 안팎 정도로 높지 않아야 합니다. 가격 경쟁력을 갖춰야 한다는 말이죠. 그런데 PBAT 가격은 (기존 플라스틱 대비) 3배 이상 더 비쌉니다. 기업 입장에서는 아무리 ESG가 대세라고 해도 선뜻 사용하기 어려운 측면이 있습니다.”

PBAT는 최근 가격이 급등하면서 제조에 뛰어드는 업체들이 늘고 있다. 네이처웍스 원천 소재 공급력과 특허 그물망을 피하기 어려운 PLA와 달리 PBAT는 개발과 생산에 비교적 여유가 있기 때문이다. SKC를 비롯해 남광케미칼, 프로팩 등 기업이 지난해 뛰어들었고 기존 기업들 역시 생산능력을 확대하고 있다. 이는 우리나라뿐 아니라 전 세계적으로 나타나는 현상이다.

최근 PBAT 가격이 급등한 이유는 PLA와 마찬가지로 수요가 늘었기 때문이다. PBAT가 생분해성 플라스틱 가운데 비교적 우수한 성질과 활용도를 자랑하는 데다, 블렌딩을 통해 PLA의 단점을 상쇄하는 데 많은 역할을 해 중국 시장을 중심으로 수요가 폭발적으로 늘고 있다.

◆ 생분해성 뛰어난 PHA

PHA는 화학 합성계였던 PLA, PBAT와 달리 미생물 합성계 생분해성 플라스틱이다. 미생물 합성계 생분해성 플라스틱은 일부 미생물이 양분의 저장형태 또는 배설물의 형태로 생산한 고분자를 원천 재료로 사용해 생분해성이 매우 뛰어나다. 다만 원천 재료를 미생물로부터 얻다 보니 생산량이나 속도에 제약이 많고 분자량 측면에서도 범용수지로 사용하기에 부족한 경우가 많다.

미생물 합성계 생분해성 플라스틱은 이런 단점을 보완하고자 다른 폴리머(구조 중에 다수의 반복 단위를 함유하는 고분자량 화합물)와 혼합해 물성을 조절한다. PHA 역시 이 같은 과정을 거쳐 미생물 합성계임에도 석유 기반 플라스틱 대체품으로 손색이 없다는 평가를 받는다. 특히 해양에서도 6개월이면 생분해되는 장점 덕분에 친환경 플라스틱 가운데 최상위 소재로 평가받기도 한다. 다만 원천 재료 수급의 어려움 등으로 가격이 비싸다는 단점이 있다.

PHA는 최근 CJ제일제당이 상용화에 성공해 화제가 된 바 있다. PHA 상용화에 성공한 기업은 세계적으로 CJ제일제당 포함 미국 다니머, 일본 카네카 등 3사에 불과하다. CJ제일제당은 올해 내 인도네시아 파수루 바이오 공장에 전용 생산 설비를 신설, 연간 5,000톤 규모의 대량 생산 체제를 갖출 예정이다.

◆ 홀로서기 시도하는 케나프

친환경 플라스틱 혹은 플라스틱 대체제 수요가 늘면서 최근엔 새로운 소재들도 시장의 문을 두드리고 있다. 개중에는 기존 플라스틱이나 생분해 플라스틱과 혼합해 탄소 저감형 플라스틱을 생산하는데 쓰이는 케나프도 포함돼 눈길을 끈다.

케나프는 아욱과(Malvaceae)에 속하는 한해살이 또는 두해살이풀이다. 세계 3대 섬유작물로 천공이 많아 가볍고 흡수력과 응집력이 뛰어나며 강도가 높은 특징이 있다. 종이·펄프, 산업용 섬유, 건축 재료, 생활용품 소재로 사용된다.

케나프가 정제기와 이온교환수 등의 기기를 거치면 열 또는 압력으로 성형할 수 있는 유기물 기반 고분자 물질이 된다. 셀룰로오스계 플라스틱이 된다는 말이다. 셀룰로오스 기반 플라스틱 특성상 장기 유통 중 물성이 저하되는 단점과 생분해성이 뛰어난 장점을 동시에 가지며 탄소 저감에도 탁월한 면모를 보인다.

케나프의 친환경 플라스틱 홀로서기는 현재 도전 단계에 와 있다. 아직 상업화되기 전 단계로 에코페이퍼 같은 신생기업이 오뚜기 같은 식품제조사 등과 협업해 가능성을 타진 중이다.

[현장에서 본 친환경 플라스틱 전략 회의]

지난 3월 4일 충북 음성군 금왕읍 오뚜기 풍림P&P 음성공장에서는 풍림P&P와 에코페이퍼의 ‘플라스틱 대체제로서 케나프 가능성을 탐색하기 위한 전략회의’가 열렸다. 플라스틱 대체제가 갖춰야할 조건과 현장 사용에서 고려되는 점 등 내용을 파악하는데 좋은 예시로 생각돼 이날 회의에서 오갔던 대화 내용을 소개한다.

이동규 풍림P&P 대표이사(이하 이 대표): 단순히 케나프 소재만 가지고는 용기나 포장재 제작에 필요한 물성을 맞추기 어려울 텐데 어떻게 극복할 생각입니까?

이재성 에코페이퍼 이사(이하 이 이사): 특수제작된 코팅액을 혼합할 예정입니다. 1% 미만 비중으로 생각하고 있지만 업체들이 요구하는 물성 특성에 따라 비율을 30%까지 늘릴 수 있습니다.

김영석 풍림P&P 상무이사(이하 김 이사): 케나프가 친환경 소재인 건 잘 알겠습니다. 하지만 케나프와 코팅액을 혼합해 사용한다면 100% 친환경 소재로 보기 어렵지 않을까요? 매립 시 케나프만 분해되고 코팅 수지는 분해되지 않는다면 엄밀한 의미의 생분해 소재라 보기 어려울 것 같습니다만.

최운식 에코페이퍼 대표이사(이하 최 대표): 저희가 확보한 코팅액은 롯데케미칼에서 생산하는 메틸셀룰로스 methyl cellulose 종류입니다. 케나프와 같은 셀룰로오스 계열이에요. 생분해 소재이죠. 코팅액 외에 다른 혼합물이 들어간다면 그 역시 생분해 소재만 사용할 예정이어서 100% 친환경 소재로 생각하셔도 좋습니다.

이 대표: 저희는 식품기업입니다. 따라서 케나프로 저희 포장재나 용품을 만든다면 식품이랑 직접 접촉을 피할 수 없어요. 경우에 따라선 포장재와 함께 전자레인지에 들어갈 수도 있고 직접 열이 가해질 수도 있습니다. 용기 자체의 안전성은 물론 이런 경우를 상정한 안전성도 검증이 됐는지 알고 싶습니다.

최 대표: 한국건설생활환경시험연구원에 의뢰를 부탁해놓은 상태입니다. 오늘 이 자리에서 필요한 시제품 목록을 만들어주시면 바로 검증해보도록 하겠습니다.

이 대표: 저희 같은 식품기업은 제품 보존성도 중요합니다. 케나프가 식물 재질이다 보니 포장재 안 식품의 수분이나 유분을 흡수해 맛을 변하게 하거나 상하게 만들지 않을까 하는 우려가 있습니다.

이 이사: 코팅을 통해 해결할 수 있습니다. 다만 코팅을 할 경우 제품 단가가 올라갈 수밖에 없죠. 제품 보존성이 크게 요구되는 상품에 한해서는 친환경 외 소재 코팅액을 사용하는 방법도 생각 중입니다.

김 이사: 가격 경쟁력은 어느 정도인지 알고 싶습니다. 기존 플라스틱 대비 알려주시면 좋을 것 같아요.

이 이사: 플라스틱 가격은 수주 양에 따라 가격 변동이 상당히 큽니다. 그래서 직접 비교하기는 어렵지만 대체로 비슷한 수준 혹은 그 이하도 된다고 생각합니다. 친환경 플라스틱 대비해서는 1/3 수준(구체적인 가격은 오프더레코드 요청했다)이고요.

이 대표: 다른 친환경 플라스틱들은 원천 재료 수급 문제가 있는 걸로 알고 있습니다. 케나프는 식물인데 재료 수급에 문제가 없을까요? 대량생산이나 대량수주가 가능한 수준인가요?

최 대표: 케나프 이모작이 가능한 최적 재배지 방글라데시와 말레이시아에 안정적인 공급망을 갖춰놨습니다. 중국에는 5만 톤 재고량을 보유 중이고요. 본격 생산에 들어가기 전에 충분한 재고와 공급망을 더 갖출 수 있도록 조치하겠습니다.

한편, 이날 행사에는 기자 포함 총 8명이 참석했다. 풍림P&P 측에서는 이동규 대표이사와 김영석 상무이사, 장충석·노승현 공장장, 김민정 품질관리과 연구원 등 5명이, 에코페이퍼 측에서는 최운식 대표이사와 이재성 총괄이사가 참석했다. 기술자문을 위해 한국과학기술연구원과 한국생산기술연구원 박사 2명이 동석할 예정이었으나 소속 연구원의 코로나19 방역수칙에 발목이 잡혀 무산되고 말았다. 이날 전략회의가 바탕이 돼 풍림P&P와 에코페이퍼는 2주 후인 3월 18일 ‘친환경 사업 확대를 위한 전략적 업무협약’을 체결했다.

김타영 기자 seta1857@hmgp.co.kr