2022년까지 바이오플라스틱포장시장 17% 성장
72억 달러 규모 성장 전망
2017년부터 2022년까지 세계 바이오플라스틱 포장재시장은 연평균 17%, 금액(시장가치)으로는 72억 달러 규모로 성장할 것으로 전망된다.
포장재 및 제지공급전문 시장조사연구기관인 Smithers Pira의 최근 보고서 ‘2017~2022년 바이오플라스틱 포장재의 시장 전망(The Future of Bioplastics for Packaging to 2022)’은 세계 플라스틱 포장재에서 바이오 포장재가 차지하는 비중은 아주 작지만 예측기간까지(2020년) 2배 이상 증가할 것으로 예상했다.
이 보고서는 빠른 속도로 성장하고 있는 이 분야에서 가장 성공할 수 있는 조직은 바이오 포장재가 주는 나머지 도전과제를 효과적으로 대처하는 능력을 소유한 업체들이 될 것이라고 지적했다.
무엇보다 2014년 중반 이후 세계 원유 가격 하락에 따른 원유 고분자(petro-polymer)와 비교할 때 바이오 고분자의 원가 경쟁력을 극복하고, 자연 공급 제품에 대한 프리미엄이 기대되는 기회를 포착한 기업이 여기에 해당될 것이라고 이 보고서는 예측했다.
또한 바이오플라스틱이 석유 기반 폴리머를 기술적으로 대체할 수 있는 포장재 분야에서 공급업체는 향후 수년간 높은 생산비용, 자본 가용성, 그리고 바이오 기반 공급 원료의 제한된 가용성과 같은 문제를 관리할 수 있어야 한다고 전망했다.
바이오플라스틱의 잠재적인 시장 규모는 크다. 그러나 소비의 속도는 생산자가 수요를 충족시키기 위해 생산 능력을 충분히 빠르게 성장시키고, 또한 수용 가능한 비용·성능 수준에서도 발 빠르게 성장시킬 수 있는지 여부에 달려 있다. 예를 들어 수십 년 전 정유 및 석유 화학 산업은 부가가치 비즈니스 모델을 성공적으로 구현했다.
이러한 비즈니스 모델은 유정(油井)에서부터 화학물질과 폴리머 생산에 이르기까지 공급 체인을 통합함으로써 높은 수준의 수익을 창출하는데 기여했다. 이로 인해 생산자는 중간상(middle men) 개입이 거의 없이 통합된 원료 및 고분자화합물(polymer complex)을 운영할 수 있었으며, 이로 인해 공급 체인의 각 단계에서 이익을 얻을 수 있었다.
바이오 폴리머 부문도 비슷한 방식으로 부가가치 비즈니스 모델을 적용할 것으로 예상된다. 그러나 바이오리파이너리는 정유공장과 달리 설탕, 셀룰로오스 및 여러 가지 식물오일을 비롯해 다양한 유형의 바이오매스를 처리할 수 있다.
이 보고서를 작성한 Smithers Pira의 Vlad Savinov는 “앞으로 신기술 개발은 새로운 유형의 폴리머 출현과 다양한 응용분야에서 현재 이용 가능한 바이오 폴리머를 생산하는데 있어서 보다 개선된 방법을 보장할 것이다”라며 “미래의 바이오 폴리머는 바이오 재생 가능성(bio-renewability)과 생분해성의 진전된 비율을 제공할 것이다. 왜냐하면 이 비율은 시장 수용성(market acceptance)을 달성하는 중요한 요소이기 때문이다”라고 말했다.
지리적인 상황에서 볼 때 유럽은 세계 바이오 포장재 소비시장의 31%를 차지하는 가장 큰 시장이다. 현재 연구 및 개발 작업의 선구자적 위치에 있지만 바이오플라스틱 생산능력은 10% 미만에 머물고 있으며 2022년까지 바이오 포장재의 소비비중은 계속 감소할 것으로 예상된다. 현재 계획 중인 대량 생산시설의 대부분은 태국을 비롯해 인도 및 중국에서 이루어지고 있으며, 2020년까지 세계 바이오 포장재의 4분의 3 이상이 아시아 지역에서 생산될 것으로 보인다.
최종용도(end-use)의 범주에서 볼 때 2017년 비식품(non-food, 식품 이외의) 영역이 바이오 포장재 분야에서 가장 많은 부분을 차지했으며, 전 세계 소비량의 46%를 점하고 있다. 이것은 바이오플라스틱을 이용한 쓰레기봉투나 휴대용 백(carry-out bag)의 소비가 급증했다는 것을 의미한다.
한편 식품영역도 음료수 용기에 이어 두 번째로 큰 최종용도 분야다. 바이오플라스틱 음료용기 소비는 소프트드링크용기용 바이오유래 PET를 도입한 2012년 이후 급격히 증가했다. 2017년도 바이오플라스틱 용기는 바이오 포장재의 약 22%를 차지할 것으로 예상된다.
USA, 전분 활용해 생분해성 높인 복합재료 개발
전분 기반 필름과 코팅, 물 저항성도 높여
미국 농무부 산하 농업연구소(Agricultural Research Service, 이하 ARS)는 개발한 새로운 전분 기반 필름과 코팅이 종이와 다른 재료들의 물 저항성을 높이는 동시에 생분해성도 향상시켜준다고 밝혔다. 식품포장, 플라스틱백 및 다른 제품에 이용될 이 필름은 매립지를 덮고 있는 합성 제품들의 양을 줄여줄 수 있을 것으로 기대된다.
100% 생분해성인 전분은 저렴하고 빨리 분해되기 때문에 일부 플라스틱과 필름에 이용되고 있다. 그러나 기존의 전분 함유 재료들은 다른 용도로 이용하기 위해 필요한 강도, 유연성, 가공용이성을 충족시키지 못했다.
필름에는 석유에서 얻어진 합성 폴리머인 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohol, 이하 PVOH)이 널리 이용되고 있지만 생분해성이라는 점에서는 제한이 있다.
미국 일리노이주 페오리아에 위치한 ARS 산하 국립농업활용연구센터(National Center for Agricultural Utilization Research, 이하 NCAUR)의 과학자들은 필름의 특성을 향상시키고 생분해성을 높이기 위해 PVOH와 섞을 수 있는 전분 복합재료를 개발했다. 연구팀에는 화학자인 George Fanta, 식물 생리학자인 Frederick Felker, 화학자인 Gordon Selling, William Hay 등의 연구원이 포함되어 있다.
Fanta는 “우리 실험실에서는 미국의 농업과 소비자들에게 이익을 가져다 줄 수 있는 전분 유래의 새로운 고부가가치 제품을 모색하고 있다”며 “우리가 개발하는 제품들은 폴리에틸렌(polyethylene) 플라스틱백이나 폴리스티렌(polystyrene) 포장재료와 같은 완전 합성 제품들을 대체하는데 도움이 될 것이다”라고 밝혔다.
연구팀은 고 아밀로스(amylase) 옥수수 전분과 대두기름에서 얻을 수 있는 지방 아민 염(amine salts)으로 복합재료를 만들었다. 이들 복합재료는 단독 성분들에서는 발견되지 않는 독특하고 가치 있는 특성을 보유하고 있었다.
Fanta는 “뛰어난 물성, 탄력성이 증가한 필름을 만들기 위해 우리의 복합재료를 PVOH에 대량으로 혼합시킬 수 있다. 이렇게 만들어진 필름은 PVOH만으로 만들어진 필름보다 물 투과에 대한 저항성이 훨씬 높아진다”라고 설명했다.
상당수의 식품포장들이 PVOH만으로 만들어진다고 Selling은 말했다. 그는 “우리는 포장의 성능에 변화를 주지 않으면서도 이들 전분 복합재료를 60%이상 혼합시킬 수 있다”라고 덧붙였다.
복합재료는 종이의 물 저항성을 늘리는데도 적용될 수 있다고 한다. Selling은 “처리되지 않은 종이는 한 방울의 물도 빠르게 흡수한다. 그러나 이 복합재료로 코팅된 종이에서는 물 한 방울이 수분 간 표면에 남아 있다가 조성에 따라 종이에 흡수되기 전에 증발되어 버린다”라고 밝혔다.
ARS는 소규모 제지기업들도 쉽게 상업화될 수 있는 이 새로운 종이 관련 기술에 대하여 이미 특허를 출원하였다고 한다. Fanta는 “이들 복합재료는 100% 바이오기반에 독성이 없으며, 공정에도 적은 비용이 든다”라고 말했다.
△ 미국 농무부 산하 농업연구소는 종이 등 재료들의 물 저항성을 높이는 동시에 생분해성도 향상시키는 전분 기반 복합재료를 개발했다.
USA 나이키, 재활용 음료용기·뚜껑으로 만든 신발 상자 출시
끈을 묶어 백팩이나 가방으로 업사이클링 가능
나이키(Nike)는 대만 건축 디자이너이자 엔지니어인 Arthur Huang와 협력해 재활용 음료용기 및 뚜껑으로 ‘지속가능하고 책임감 있는’ 에어맥스 포장 상자를 디자인했다고 발표했다.
‘에어맥스의 날(Air Max Day)’을 기념해 선보인 경량 신발 상자(NikeLab Air Max 1 Royal) 는 내부가 보이고 신발짝이 맞물리도록 맵시 있게 만들어졌다. 이 제품은 사용 후 버려진 포장재에서 얻어진 플라스틱으로 만들어졌으며, 추가적인 화학제품을 사용하지 않고 만들었다. 상자는 대각선으로 칸을 나눠 신발을 교차로 담을 수 있다. 상자에는 여분의 구멍이 뚫려 있어 끈을 묶을 수 있기 때문에 이 상자를 백팩이나 가방으로 다시 사용할 수도 있다.
Huang은 폐기물의 새로운 용도를 찾고 환경에 대한 영향을 줄이고자 노력하는 대만 및 베를린 소재 스튜디오 Miniwiz의 CEO이다. Huang은 “이 제품은 완충역할을 해주는 동시에 소재의 사용도 줄여준다. 우리는 사용이 끝난 재료를 지속가능하고 책임감 있는 방법으로 다시 사용함으로써 기존 제품에 특성과 효율을 부여한다”라고 말했다.
포장상자는 ‘에어맥스 로얄 01’을 위해 특별 제작된 것이다. 이 신발 역시 Huang이 디자인한 것으로 재활용 소재만으로 만들어진 가장 가벼운 에어맥스이다.
Huang은 “우리가 하는 일은 매우 간단하다. 우리는 버리는 무엇인가를 사용할 수 있도록 노력하며, 그것을 최소한의 탄소발자국으로, 보다 지속가능한 방향으로 새로운 제품으로 들어 내는 것이다. 즉 현재의 오염(pollution)을 미래의 해결책(solution)으로 만드는 일이다”라고 말했다.
Huang는 사용된 쓰레기가 또 다른 제품으로써 두 번째 삶을 가질 수 있는지를 보여주고자 건축공학자 Jarvis Liu 등과 함께 2005년 Miniwiz를 설립했다. 스튜디오는 녹슨 가스타워에 Flyknit 소재를 사용하여 밝은 색상의 그물디자인을 설치하는 등 Nike와 이전부터 협력을 해왔다.
최근 재활용 소재로 인테리어된 베를린 사무소를 개소한 Miniwiz는 폐 전자제품의 플라스틱 및 종이로 손으로 돌리는 발전기(hand-cranked power generator)와 건축용 펜스나 천장에 사용할 수 있는 재활용플라스틱 용기로 만든 벽돌(brick)을 만들기도 했다.
△ Arthur Huang이 디자인한 나이키의 ‘에어맥스 1 로얄박스’는 끈을 넣어 백팩으로 업사이클링할 수 있다.