<플라스틱사이언스 22년 3월호에서>

BADP 코리아가 대만에서 개발된 BADP 기술의 국내 보급에 나선다. BADP는 기존 석유계 난분해성 플라스틱에 첨가되어 산업퇴비화 조건은 물론 상온에서도 일정기간 내에 생분해 되게하는 ‘하이브리드 플라스틱’을 만드는 기술이다. 최근 플라스틱이 야기하는 환경오염 문제를 해결할 수 있을 뿐 아니라, 기존 생분해성 플라스틱보다 생산이 용이하고 경제적이며 재활용이 가능하다는 점에서 더 환경 친화적이라고 할 수 있다. BADP 기술의 도입 배경과 특징, 기대효과에 대해 알아본다.

1. 기술 도입 배경

플라스틱은 어떠한 모양이든, 색깔이든 비교적 쉽게 만들 수 있고 가벼우면서 튼튼할 뿐 아니라 쇠처럼 녹이 슬거나 썩지 않아 사용이 용이 하다. 이러한 특성으로 인해 생활용 품은 물론, 가구·건축재료, 전기부품, 자동차나 선박의 부품 등 다양한 용도로 활용되고 있다.

BADP는 Bacteria-Accelerated De-gradable Plastic의 약자로 박테리아에 의해 분해가 가속되는 플라스틱을 뜻한다. 기능적으로는 기존의 난분해성 석유계 플라스틱(PP, PE, PS)에 BADP를 첨가하여 제품을 생산하면 재활용과 생분해 기능이 동시에 만족되도록 하는 생분해 촉진제로 정의된다. BADP를 도입하게 된 배경은 날로 강화되는 플라스틱에 대한 규제에 대응하고 기존 기술이 갖는 불안정성을 해결하기 위해서이다.

사용이 간편한 플라스틱의 남용으로 전 세계적으로 미세플라스틱으로 인한 환경오염 문제가 발생함에 따라 세계 각국은 일회용 플라스틱 제품에 대한 사용제한 조치를 시행하기 시작했다. 플라스틱 환경오염은 UN 지속가능 발전목표(SDGs) 중 14항(life below water, 해양자원보전)에 직접 관련 있는 환경문제로 기후변화와 함께 그 중요성이 점점 더 부각되고 있다.

우리나라는 2020년 제120차 국정 현안조정점검회의에서 ‘생활폐기물 탈플라스틱 대책’을 확정하고, 2030년부터 모든 업종에서 비닐봉투·쇼핑백 등 일회용 플라스틱 제품사용을 전면 금지하고 플라스틱용기 비율은 2025년까지 47%에서 38%로 줄이기로 했다. 이러한 일회용 플라 스틱 제품 사용제한 정책에 따라 난분해성 플라스틱 소재를 사용하는 기존 일회용품 영세 제조업체들의 어려움이 가중되는 상황이다.

이러한 이유로 PLA(Poly Lactic Acid), PBAT(Poly-Butylene Adipate Terephthalate), PHA(Poly-Hydroxy-Alkanoate) 등과 같이 생분해가 가능한 개선된 플라스틱이 사용되고 있다. 이러한 생분해성 소재들은 미생물에 의한 작용으로 폴리머 구조를 분해해 수개월 안에 물, 이산화탄소, 퇴비 등으로 자연 분해되지만, 기술적으로 한계를 갖는다.

PLA는 생분해를 목적으로 옥수수전분 등을 혼합하여 만들어지나, 옥수수 전분만 분해되고, 플라스틱 성분은 전혀 분해되지 않고 잘게 부서짐으로 오히려 더 치유하기 힘든 폐해가 우려된다. PBAT는 석유화합물 중 특수한 부분으로 플라스틱을 제조하며 원가가 높아 상용화가 제한적이고, PHA는 박테리아 분비물로 플라스틱을 만들며 물량 수급에 애로가 많고 원료 제조비가 극히 고 가여서 상용화에 난점이 있다.

2. 박테리아를 이용한 분해기술 상용화 진행 과정

일부 박테리아가 플라스틱을 분해한다는 사실은 오래전부터 학계에 보고되어 있고, 영국, 이탈리아 등 선진국에서 박테리아를 이용한 플라스틱 분해기술을 연구 중에 있다.

대만 AG사는 최초로 박테리아를 이용하여 난분해성 플라스틱(PE, PP, PS)을 분해하는 기술을 상용화했으며, 시험 생산된 일회용 플라스틱 제품의 생분해성 성능시험에서 안전성, 생분해성이 검증됐다. TUV의 분해 성능 테스트, SGS의 무독성 테스트, CMA의 분해성능 테스트, CMA 인증, 미국 Eden 연구소의 PET Fiber 분해 성능 테스트를 모두 완료했고 영국표준인증은 현재 진행 중에 있다.

기술 개발은 10여년간 대만국립대학에서 30여명의 석박사가 참여해 진행했고, AG사가 해당기술에 대한 지적재산권을 보유하고 있다. 해당 기술의 해외 생산과 공급은 AG사의 중국 현지합작법인인 GSRET(Green Silik Road Environment Techno-logy)가 전담하고 있으며, 현재 20억평 규모의 농업용 멀칭 필름 생산시설을 구축 중에 있다.

한국에서 대만 원천기술의 독점실시권은 BADP코리아가 가지고 있다. 일본의 경우 미쓰이화학이 일본 내 독점실시를 검토 중이며 말레이시아에서는 국영석유회사에서 자국내 독점 실시권을 받은 상태이다. 특히 한국과는 ○○화학의 농업용 비닐원료(PBAT)를 BADP로 대체하기 위한 공동연구를 진행할 예정이고, ○○칼텍스에서 사용하는 비닐백을 생분해성 소재인 BADP로 대체하기 위한 협의를 진행 중이어서 2022년 하반기부터 국내 시장에 본격적인 공급이 이뤄질 것으로 기대된다.

3. BADP 기술

(1) 생분해성 플라스틱 분해의 개념

생분해성 플라스틱은 토양, 물, 퇴비, 해양 등 특정 환경 조건에서 일정 기간 내에 생분해되도록 설계된 플라스틱을 말한다. 넓은 의미에서 산업적 퇴비화가 가능한 플라스틱, 상온조건에서 퇴비화가 가능한 플라스틱 등을 포함한다.

미국 및 유럽 표준화 기구에 따르면 빛이나 열, 수분, 미생물 등의 작용에 의해 화학적 구조의 변화가 발생하여 기존 재료가 지닌 성질이 상실되는 것으로 정의되며, 인증을 받기 위해서는 58±2℃ 조건에서 6개월 이내에 최소 90% 이상 생분해가 되거나 12주 이내에 2㎜ 미만으로 쪼개져야 한다.

생분해 플라스틱은 일반적으로 ①플라스틱이 작은 조각으로 나뉘는 열화, ②조각이 저분자로 분해되는 생물 절단, ③저분자를 미생물이 흡수하는 동화작용, ④미생물이 산소와 이산화탄소, 물 등으로 배출되는 광화작용의 과정을 거친다.

(2) BADP 기술 개요 및 특징

BADP는 바이오계(박테리아+단백질), 석유계(폴리올레핀), 광물계를 주원료로한 하이브리드 생 분해 첨가제로서, 현재 널리 사용하고 있는 PE, PP, PS와 같은 석유계 난분해성 플라스틱을 사용 후 완전히 분해시키는 역할을 한다. 산업퇴비화 조건은 물론 상온에서도 일정기간 내에 생분해되게하므로, BADP가 첨가되어 만들어진 플라스틱은 일종의 ‘하이브리드 플라스틱’이라 이해 하면 된다.                                                                                   

< 생분해성 개시 기능을 가진 효소내포 생분해성 플라스틱 >

BADP는 양질의 난분해성 플라스틱 분해효소를 배양한 후, 배양된 효소를 석유계와 광물계 소재의 보호캡슐 내에 박테리아와 단백질을 넣어 기존 플라스틱 제조공정 조건에서 견딜 수 있게 한 기술을 적용했다. 고온(200℃에서 4시간, 300℃에서 1분가량)에서도 효소가 파괴되지 않으므로 기존 플라스틱 생산설비에 잘 혼합되어 생산이 용이하고 자연분해와 재활용이 동시에 가능하다.

BADP가 첨가된 플라스틱은 제품보관 및 사용 시 변화가 없다가 퇴비장이나 노천에 버려지거나 매립이 되면 분해되기 시작한다. 즉, BADP가 첨가된 플라스틱이 퇴비장이나 노천에서 표면이 미세하게 파열되거나 상처가 생기면 내부의 박테리아가 나와 분해를 개시하고, 이때 내재된 효소가 주변의 박테리아를 유인함으로써 분해가 더 촉진되어 난분해성 플라스틱이 물, 이산화탄소, 메탄, 광물 등의 무기물로 분해된다. 이 과정에서 토양은 알칼리성으로 변한다. BADP 첨가 플라스틱 분해개시 시점은 제조공정에서 3개월~2년까지로 조절할 수 있다.

실제 2021년 10월 18일 진행된 중국 CMA 시험에 따르면, 150일 동안 생분해도 측정결과 99.5% 생분해가 이뤄진 것으로 나타났다. 또한 BADP가 20% 들어간 용기를 Imperial College London 대학에서 테스트한 결과 일반토양에서 323일 만에 완전 분해되었으며 현재 영국품질인증원에서 인증을 진행 중이다.

또한 BADP는 일회성제품, 화장품용기, 의료용 일회용품, 농업용 각종 필름, 발포용 제품, 완구용 제품, 기타 재활용 및 생분해 플라스틱 등 적용범위가 넓다.

(3) PLA와의 차별성

  대표적인 바이오계 생분해성 플라스틱인 PLA와 차이점을 살펴보면

첫째, PLA는 옥수수를 주성분으로 한 바이오계 생 분해 물질로 가격이 일반 플라스틱제보다 3배 정도 높고, 작황이나 무역 환경변화에 대단히 영향을 많이 받는 반면, BADP는 하이브리드 물질로 가격이 안정적이며 PLA보다 가격이 20% 이상 저렴하다.

둘째, PLA는 반드시 산업퇴비화조건이 맞아야 생분해되며, 일반 생활환경에서는 난분해성 플라스틱과 비슷한 경향을 보이는 단점이 있어 일상적으로 생분해되는 비율이 극히 낮다. 그러나 BADP가 첨가된 생분해성 플라스틱은 일반 생활환경 조건에서도 90% 이상 분해된다는 장점이 있다.

셋째, PLA 제품은 장기간 보관하면 변성되기 쉬우므로 주로 일회성제품에 적용하나 BADP는 일반 플라스틱과 유사하여 일회성 및 내구성 제품 모두 적용할 수 있고, 퇴비장이나 노천에 버려지거나 매립 후 분해되기 시작한다.

넷째, PLA는 아직 재활용이 불가능하지만, BADP가 첨가된 생분해성 플라스틱은 기존 분리수거 플랫폼을 통해 재활용을 할 수 있다.

다섯째, PLA는 추가시설이 필요하나, PE, PP, PS와 같은 플라스틱 제품소재를 생분해성 물질로 바꾸어줌으로 기존시설을 그대로 활용할 수 있는 제조상 장점이 있다.

4. 기대효과

  BADP가 상용화되면 플라스틱 생활폐기물을 줄이고 해양플라스틱 등의 환경문제를 해결하는데 도움이 될 전망이다. 또한 제재 예정인 난분해성 일회용품의 대체수단이 부재해 일부제품의 가격상승 등 야기될 시장 혼란을 방지하여 사회를 안정시키고 나아가 친환경 플라스틱시장을 성장시켜 탄소중립 등 국가경쟁력을 확보하는 데도 기여하는 바가 클 것으로 기대된다.

특히 한국에서 생 분해 바이오 플라스틱은 그 제작 목적에 부합하도록 생 분해 환경(산업적 퇴비화 시설)에서 생 분해를 할 수 있는 분리수거와 처리체계가 아직 없기 때문에 재활용되지 않고 매립 또는 소각되어 자원순환에 부정적인 영향을 끼치고 있으나, BADP가 첨가될 경우 매립되거나 자연에 방치되어도 생분해되어 자연으로 환원되는 만큼 환경적 가치가 더욱 크다고 볼 수 있다.