“생산하는 데 5초, 사용하는 데 5분.
분해되는 데… 500년?”
자연으로 돌아가는 ‘생분해성 플라스틱(Bio-degradable Plastic)’
생분해성 플라스틱은 일정한 조건에서 자연계에 존재하는 박테리아, 조류, 곰팡이에 의해 물과 이산화탄소, 부식토로 완전히 분해될 수 있는 플라스틱을 말합니다. 옥수수 전분, 팜유 등 천연재료로 만들어 생산 과정에서 일반 플라스틱보다 온실가스 배출을 60~80% 가량 줄일 수 있습니다. 뿐만 아니라 일반 플라스틱처럼 편리하게 사용할 수 있지만, 사용 후 퇴비화가 가능하고 소각과 매립 과정에서 나오는 온실가스도 덜해 난분해성 플라스틱의 대체재로 주목받는 물질입니다.
생분해성 플라스틱의 종류
생분해성 플라스틱은 원료 소재에 따라 여러 종류로 분류되는데요. 그 중 대표적인 PLA, PHA, PLH 에 대해 알아보도록 하겠습니다.
가장 널리 쓰이는 생분해성 플라스틱으로 PLA(Polylactic Acid)을 들 수 있습니다. PLA는 옥수수, 카사바, 사탕수수 등을 발효시켜 얻는 ‘젖산’으로 만들어지는데요. 인체에 흡수되어도 분해와 배출이 쉬워 수술용 봉합사나 보철재 등 의료용 플라스틱으로 활용되고 있습니다. 게다가 열과 공기를 투과하는 성능이 뛰어나 1회용 쓰레기 봉투, 쇼핑백, 식기류 등 생활 소비재와 포장재로도 쓰이고 있습니다! 하지만 수분이나 가스를 잘 차단하지 못하고 열에 취약하다는 점, 그리고 유연성이 좋지 않다는 점이 PLA의 단점으로 꼽힙니다.
PHA(Poly Hydroxyl Alkanoate)는 ‘미생물의 세포’로 만들어집니다. 미생물을 배양해 발효 등의 과정을 거쳐 제조되기 때문에 생산 속도가 느리고 일반 플라스틱에 비해 비싸 아직까지는 제한적으로 사용되고 있습니다. 하지만 타 생분해성 플라스틱에 비해 구조와 물성*[efn_note]물성: 물질의 전기적ㆍ자기적ㆍ광학적ㆍ역학적ㆍ열적 성질 따위를 통틀어 이르는 말[/efn_note]을 조절할 수 있으며 특정한 공정을 거쳐야만 분해되는 다른 생분해 플라스틱들과는 달리, 바다에서 100% 생분해되기 때문에 가장 이상적인 바이오 플라스틱으로 꼽힙니다.
PLH(Poly Lactate Hydracrylate)는 ‘옥수수’를 통해 만드는 바이오 함량 100%의 생분해성 플라스틱으로 LG화학이 새롭게 연구, 개발한 생분해성 신소재입니다. 단일 소재로는 PP(Polypropylene) 등 합성수지와 동등한 기계적 물성 구현이 가능하고, 다른 생분해성 플라스틱에 비해 유연성이 뛰어나 가공 후에도 투명성을 유지할 수 있다는 점이 장점으로 꼽힙니다. PLH가 상용화된다면, 일반 플라스틱 포장재를 대체할 수 있어 활용도가 높을 것으로 기대됩니다.
PLH 생분해성 플라스틱의 핵심 원료, ‘3HP’란?
PLH는 락트산(Latic acid)과 3HP(3-Hydroxypropionic acid : 3-하이드록시프로피오닉산)를 결합한 생분해성 플라스틱입니다.
락트산은 젖산 또는 유산으로 불리기도 하는데요, PLA(Polylactic Acid)의 단위체 분자이며, 격렬한 운동을 할 때 당을 무산소상태로 분해하면서 생기며, 식품업에서는 감미체로 쓰이기도 합니다.
PLH의 핵심 원료라고 할 수 있는 3HP는 옥수수 성분의 포도당과 비정제 글리세롤의 미생물 발효 공정을 통해 생산되는 친환경 물질인데요. 다양한 형태로 응용 개발이 가능해 ‘플랫폼 케미칼 (Platform Chemical: 다목적 화학물질)’로 불리며, 2004년 미국 에너지부가 발표한 ‘미래 바이오 물질 Top 12’ 중 세 번째로 뽑힌 중요한 물질이며 3HP는 생분해성 플라스틱 외에도, 생리대나 기저귀에 활용되는 고흡수성 수지(SAP)와 도료, 점·접착제, 코팅재, 탄소섬유 등 다양한 소재의 원료로 사용됩니다.
GS칼텍스, 3HP 생산에 나선다!
생분해성 플라스틱의 핵심 원료, 3HP의 생산을 위해 GS칼텍스가 나섰습니다.
2021년 11월 LG화학과 3HP 양산 기술 개발 및 시제품 생산을 위한 공동개발 협약을 체결한 이후, 지난 7월 드디어 3HP 시제품 생산을 위한 실증플랜트 착공식을 진행했는데요. 양사는 2023년까지 GS칼텍스 여수공장에 실증플랜트를 구축하고 시제품을 생산할 계획입니다. 이후 본격적인 상업화가 이루어진다면, 3HP가 상용 상업화되는 세계 최초의 사례가 될 것으로 기대됩니다.
GS칼텍스는 2007년부터 화이트 바이오 분야의 연구 개발을 시작하여, 2,3-BDO, 바이오 부탄올 등에 대한 개발 경험을 축적하고 있으며, 여수와 군산에 국내 유일의 실증플랜트 인프라를 보유하고 있는데요. GS칼텍스는 유전자 조작을 하지 않은(Non-GMO) 바이오매스와 미생물을 활용한 100% 천연물질 2,3-부탄다이올(2,3-BDO)의 친환경 대량 생산 공정을 개발해 2019년부터 생산·판매하고 있습니다. 2,3-부탄다이올은 자연계에 존재하는 인체친화적 천연물질로 보습 및 항염 효과, 피부 사용감 등이 뛰어난 특징을 갖고 있어, 기존의 화학공정에서 생산되는 화장품 원료를 대체한 친환경물질로 각광받고 있습니다. 또한, GS칼텍스는 2010년 바이오연료 생산 기업인 GS바이오를 설립하여 친환경 바이오디젤을 연간 약 10만톤 생산하여 공급하고 있습니다.
이러한 성과를 인정받아 GS칼텍스는 지난해 출범한 ‘화이트 바이오 연대협력 협의체’에 참여해 바이오·화학 기업들과 우리나라 화이트 바이오 산업의 발전을 위한 협력 모델 발굴을 이어가고 있습니다. 지난 5월에는 포스코인터내셔널과 친환경 바이오 연료 및 화학 사업을 공동으로 추진하고자 협약을 체결하기도 했습니다.
LG화학과의 3HP공동 개발 또한 이러한 차원에서 이루어졌는데요, 앞으로 GS칼텍스의 분리정제 공정 기술 및 공정 스케일업(Scale-up) 기술과 LG화학의 발효 생산 기술이 만나 만들어낼 시너지를 기대해 보아도 좋을 것 같습니다! GS칼텍스가 넓혀갈 화이트 바이오 산업, 그리고 친환경 플라스틱의 미래, 지켜봐 주세요!