맨위로가기

바이오플라스틱

"오늘의AI위키"는 AI 기술로 일관성 있고 체계적인 최신 지식을 제공하는 혁신 플랫폼입니다.
"오늘의AI위키"의 AI를 통해 더욱 풍부하고 폭넓은 지식 경험을 누리세요.
목차

1. 개요

바이오플라스틱은 바이오매스에서 유래하거나 바이오매스에서 파생된 단량체로 만들어지며, 완제품으로 가공 시 성형 가능한 고분자를 의미한다. 바이오플라스틱은 화석 자원 대신 식물을 원료로 사용하여 탄소 중립적 성질을 가지며, 생분해성을 갖는 경우가 많다. 옥수수, 사탕수수, 전분, 셀룰로스, 단백질 등을 기반으로 다양한 종류가 있으며, 폴리젖산(PLA), 폴리히드록시알칸산(PHA) 등이 대표적이다. 전분 기반 플라스틱은 포장재로 널리 사용되며, 셀룰로스 기반 플라스틱은 셀룰로스 아세테이트 등이 있다. 바이오플라스틱은 환경적 이점을 제공하지만, 비용, 성능, 식량 생산 경쟁, 해양 오염 등의 문제점도 존재한다. 1800년대부터 연구가 시작되었으며, 20세기 후반 환경 의식 고조와 함께 개발이 활발해졌다. 현재 산업 및 시장 규모는 전체 플라스틱의 1% 미만이며, 유럽 표준(EN 13432)과 미국 재료 시험 협회(ASTM) 기준에 따라 시험 절차를 거쳐 퇴비화 가능 여부를 인증받는다.

더 읽어볼만한 페이지

  • 바이오플라스틱 - 폴리에틸렌
    폴리에틸렌은 에틸렌의 중합으로 만들어지는 열가소성 고분자로, 밀도와 분자 구조에 따라 다양한 종류로 분류되며, 각종 용기, 필름, 파이프 등에 사용되고 생분해되지 않아 폐기물 관리의 어려움을 야기한다.
  • 바이오플라스틱 - 셀로판
    셀로판은 스위스 화학자가 발명한 투명한 셀룰로스 필름으로, 식품 포장재 등으로 널리 사용되었으며, 생분해성을 가지지만 제조 과정과 방습 기능에 따라 단점이 존재하기도 한다.
  • 생분해성 재료 - 목재
    목재는 수목의 목질부로, 오래전부터 연료, 건축 자재, 도구 등 다양한 용도로 사용되어 왔으며, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌으로 구성되고 수종에 따라 물성이 다르며, 다양한 형태로 가공되어 여러 분야에 활용되고 지속가능한 산림 관리와 기술 개발이 중요시되는 재료이다.
  • 생분해성 재료 - 밀랍
    밀랍은 꿀벌이 분비하는 고체 왁스로 벌집을 만드는 데 사용되며, 다양한 용도로 활용된다.
  • 플라스틱 - 플라스틱 필름
    플라스틱 필름은 고분자 원료로 만들어진 얇은 막 형태의 재료로, 두께와 소재에 따라 여러 종류로 나뉘며, 다양한 제조 공정을 거쳐 포장재, 광학 필름, 산업용 재료 등 폭넓게 사용된다.
  • 플라스틱 - 고밀도 폴리에틸렌
    고밀도 폴리에틸렌(HDPE)은 높은 강도 대비 밀도 비율을 가진 열가소성 플라스틱으로, 직쇄 구조로 인해 강하고 내성이 높으며, 다양한 등급과 성형 가공법으로 생산되어 포장재, 파이프, 필름 등 다양한 산업 분야에서 사용되지만, 환경 문제로 인해 재활용이 중요하다.
바이오플라스틱
개요
다양한 생체 플라스틱 제품
다양한 용도로 사용되는 생체 플라스틱 제품의 예
정의재생 가능한 생물 자원에서 유래된 플라스틱
바이오매스 원료옥수수
사탕수수
식물성 기름
녹말
기타 식물 및 동물 부산물
종류
주요 유형전분 플라스틱
폴리젖산 (PLA)
폴리하이드록시알카노에이트 (PHA)
셀룰로오스 기반 플라스틱
생분해성 여부생분해성 또는 비생분해성 모두 존재
용도포장재
일회용 식기
섬유
농업용 필름
자동차 부품
의료용 임플란트
장점
환경적 이점화석 연료 의존도 감소
온실 가스 배출량 감소 가능성
잠재적인 생분해성
지속 가능성재생 가능한 자원 사용으로 지속 가능한 생산 가능
단점
생산 비용기존 플라스틱에 비해 높은 생산 비용
성능 제한기계적, 열적 특성이 기존 플라스틱보다 떨어질 수 있음
토지 이용바이오매스 생산을 위한 토지 이용 경쟁 발생 가능성
생분해 조건특정 조건에서만 생분해될 수 있으며, 일반 매립지에서는 어려울 수 있음
시장 동향
시장 규모성장 추세 (2022년 기준 약 100억 달러 규모)
주요 시장유럽, 북미, 아시아 태평양
주요 기업NatureWorks, Braskem, Total Corbion PLA 등
기술 개발
연구 분야새로운 바이오매스 원료 개발
생산 효율성 향상
생분해성 향상
성능 개선
규제 및 표준
관련 규제국가별로 생분해성 플라스틱에 대한 규제 존재
표준ASTM International, ISO 등에서 관련 표준 개발
논란 및 비판
그린워싱 논란바이오 플라스틱의 환경적 이점에 대한 과장 광고 논란
생분해성 문제실제 환경에서의 생분해성에 대한 의문 제기
전망
미래 전망지속 가능한 소재에 대한 수요 증가로 성장 가능성 높음
과제비용 절감, 성능 개선, 소비자 인식 개선 등이 필요

2. 정의

국제 순수·응용 화학 연합(IUPAC)은 "바이오플라스틱"이라는 용어 대신 "바이오 기반 고분자"라는 표현을 사용하도록 권장한다.[15]

2. 1. IUPAC 정의

국제 순수·응용 화학 연합은 바이오 기반 고분자를 다음과 같이 정의한다.

'''바이오 기반 고분자'''는 바이오매스에서 유래하거나 바이오매스에서 파생된 단량체에서 유래하며, 완제품으로 가공하는 과정에서 흐름에 의해 성형될 수 있다.[15]

  • ''참고 1'': 바이오플라스틱은 일반적으로 화석 자원에서 유래한 고분자의 반대말로 사용된다.[15]
  • ''참고 2'': 바이오플라스틱은 바이오매스에서 유래한 모든 고분자가 환경 친화적임을 시사하므로 오해의 소지가 있다.[15]
  • ''참고 3'': "바이오플라스틱"이라는 용어 사용은 권장하지 않는다. "바이오 기반 고분자"라는 표현을 사용해야 한다.[15]
  • ''참고 4'': 석유 기반 고분자와 유사한 바이오 기반 고분자는, 각 생명 주기 평가의 비교가 유리하지 않는 한 환경 측면에서 우월성을 암시하지 않는다.[15]

3. 성질

한국화학연구원 바이오화학연구센터의 오동엽, 황성연, 박제영 박사는 2019년 4월 4일 바이오플라스틱 기반 생분해성 고강도 비닐봉투를 개발했다고 발표했다. 이 비닐봉투는 자체 실험 결과 땅속에서 6개월 이내에 100% 분해되는 것으로 확인되었다.[122]

연구진은 목재 펄프와 게 껍질에서 추출한 셀룰로오스와 키토산을 화학 처리한 후, 고압 조건에서 잘게 쪼개 얻은 나노섬유를 첨가하여 기계적 물성을 극대화했다. 인장 강도 실험 결과 65~70MPa로, 기존 생분해성 비닐봉투보다 2배나 높았고, 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질긴 것으로 나타났다.[122]

바이오매스 플라스틱은 지상의 식물을 원료로 사용하기 때문에, 지상의 이산화 탄소 증감에 영향을 미치지 않는 탄소 중립 성질을 가진 재료로 여겨진다. 이는 바이오매스 플라스틱 연소 시 배출된 이산화 탄소가 광합성을 통해 다시 식물에 고정되기 때문이다. 이러한 성질 때문에 바이오매스 플라스틱은 "환경 친화적"이라고 불린다. 다만, 제조 시 에너지가 필요하므로 완전한 탄소 중립은 아니라는 의견도 있다.

소각 시에는 연소열이 낮고 다이옥신류가 발생하지 않는다.

대부분의 바이오매스 플라스틱은 생분해성 플라스틱으로서의 성질을 가진다. 미생물에 의해 물과 이산화 탄소로 분해되고, 이 이산화 탄소를 바탕으로 식물이 광합성을 통해 전분을 만들어내며, 전분으로부터 다시 생분해성 플라스틱의 원료를 만들 수 있어 순환성을 가진다.

하지만 바이오매스를 원료로 한 바이오 PET나 바이오 PE(비닐 봉투 등에 사용되는 재료)는 성능상 일반 PET나 PE와 동일하며, 생분해성을 갖지 않는다. 따라서 바이오매스 유래인 것과 생분해성이 있는 것은 반드시 일치하지 않으므로 (바이오매스 유래 ≠ 생분해성) 주의해야 한다.

4. 종류

바이오플라스틱은 크게 다당류 기반, 단백질 기반, 지방족 폴리에스터, 기타 바이오플라스틱으로 분류할 수 있다.


  • 다당류 기반 바이오플라스틱: 셀룰로스나 전분과 같이 자연에서 얻을 수 있는 재료를 활용한다.
  • 단백질 기반 바이오플라스틱: 밀 글루텐, 카세인, 콩 단백질 등 다양한 단백질을 원료로 사용한다.
  • 지방족 폴리에스터: 폴리하이드록시알칸산(PHA), 폴리-3-하이드록시부티레이트(PHB), 폴리락타이드(PLA) 등이 여기에 해당한다.
  • 기타 바이오플라스틱: PA 11, 바이오 기반 폴리에틸렌, 유전자 변형 작물 또는 박테리아를 이용한 바이오플라스틱, 폴리히드록시우레탄, 지방 및 오일 기반 바이오플라스틱, OleoPlast 등 다양한 종류가 개발되고 있다.


각 바이오플라스틱 종류에 대한 자세한 내용은 하위 섹션을 참조하면 된다.

4. 1. 다당류 기반 바이오플라스틱

다당류를 기반으로 하는 바이오플라스틱은 셀룰로스나 전분과 같이 자연에서 얻을 수 있는 재료를 활용하여 만든다.

2019년 한국화학연구원의 오동엽, 황성연, 박제영 박사 연구진은 목재 펄프에서 추출한 셀룰로스와 게 껍질에서 추출한 키토산을 화학 처리하고, 고압 조건에서 잘게 쪼개 만든 나노섬유를 첨가하여 생분해성 고강도 비닐봉투를 개발했다. 이 비닐봉투는 땅속에서 6개월 안에 100% 분해되며, 기존 생분해성 비닐봉투보다 2배, 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질긴 특성을 보였다.[122]

바이오매스 플라스틱은 재생 가능한 생물 자원(바이오매스)을 원료로 하며, 합성 방법은 크게 두 가지로 나뉜다.

나무, 쌀, 음식물 쓰레기, 우유 등에서도 기술적으로 제조가 가능하다.

바이오매스를 원료로 한 폴리머는 화석 자원 유래 폴리머가 합성되기 이전부터 니트로셀룰로스 등의 셀룰로스 유도체를 중심으로 널리 연구되었다.

4. 1. 1. 전분 기반 플라스틱

열가소성 전분은 가장 널리 사용되는 바이오 플라스틱으로, 바이오 플라스틱 시장의 약 50%를 차지한다.[25] 간단한 전분 바이오 플라스틱 필름은 전분 호화 및 용액 주조를 통해 집에서도 만들 수 있다.[26] 순수 전분은 습도를 흡수할 수 있어 제약 분야에서 약물 캡슐 생산에 적합한 재료이다. 그러나 순수 전분 기반 바이오 플라스틱은 부서지기 쉽다. 가소제 (예: 글리세롤, 글리콜 및 소르비톨)을 첨가하여 전분을 열가소성으로 가공할 수도 있다.[27] 이러한 첨가제의 양을 조절하여 최종 바이오 플라스틱(일명 "열가소성 전분")의 특성을 특정 요구 사항에 맞게 조정할 수 있다. 압출, 사출 성형, 압축 성형 및 용액 주조와 같은 기존의 고분자 가공 기술을 사용하여 전분을 바이오 플라스틱으로 가공할 수 있다.[27] 전분 바이오 플라스틱의 특성은 아밀로스와 아밀로펙틴의 비율에 따라 크게 영향을 받는다. 일반적으로 아밀로스 함량이 높은 전분은 기계적 특성이 우수하다.[28] 그러나 아밀로스 함량이 높은 전분은 젤라틴화 온도가 더 높고[29] 용융 점도가 더 높기 때문에 가공성이 떨어진다.[30]

포장용 완충재 (열가소성 전분)로 만들어진 바이오 플라스틱


전분 기반 바이오 플라스틱은 종종 생분해성 폴리에스터와 혼합되어 전분/폴리락트산,[31] 전분/폴리카프로락톤[32] 또는 전분/에코플렉스(Ecoflex)[33] (BASF에서 생산한 폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트)[34] 블렌드를 생산한다. 이러한 블렌드는 산업용으로 사용되며 퇴비화가 가능하다. 로케트와 같은 다른 생산업체들은 다른 전분/폴리올레핀 블렌드를 개발했다. 이러한 블렌드는 생분해성은 아니지만 동일한 용도로 사용되는 석유 기반 플라스틱보다 탄소 발자국이 적다.[35]

전분은 저렴하고, 풍부하며, 재생 가능하다.[36]

전분 기반 필름(주로 포장 용도로 사용)은 대부분 열가소성 폴리에스터와 혼합된 전분으로 만들어져 생분해성 및 퇴비화 가능한 제품을 형성한다. 이러한 필름은 잡지 포장재, 완충 필름 등 소비재 포장에서 특히 많이 사용된다. 식품 포장에서는 빵이나 과일, 채소 봉투로 사용된다. 이 필름으로 만들어진 퇴비화 봉투는 유기 폐기물을 선별 수집하는 데 사용된다.[36] 또한, 전분 기반 필름은 종이로도 사용할 수 있다.[37][38]

전분 기반 나노복합체는 기계적 특성, 열적 안정성, 내습성 및 가스 차단 특성이 향상된 것으로 나타나 널리 연구되었다.[39]

2019년 한국화학연구원 바이오화학연구센터의 오동엽, 황성연, 박제영 박사 연구진은 바이오플라스틱 기반 생분해성 고강도 비닐봉투를 개발했다. 연구진은 목재펄프와 게 껍질에서 각각 셀룰로오스와 키토산을 추출해 화학처리한 후 고압 조건에서 잘게 쪼개 얻은 나노섬유를 첨가해 기계적 물성을 극대화했다. 이 비닐봉투는 자체 간이실험 결과 땅속에서 6개월 이내 100% 분해되며, 인장강도는 65~70MPa로 기존 생분해성 비닐봉투보다 2배나 높고 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질긴 것으로 나타났다.[122]

4. 1. 2. 셀룰로오스 기반 플라스틱

셀룰로스 바이오플라스틱은 주로 셀룰로스 에스테르(셀룰로스 아세테이트 및 니트로셀룰로스 포함) 및 그 유도체, 셀룰로이드를 포함한다.

셀룰로스는 광범위하게 변형되면 열가소성이 될 수 있다. 이것의 예는 셀룰로스 아세테이트인데, 이는 비싸기 때문에 포장재로 거의 사용되지 않는다. 그러나 전분에 첨가된 셀룰로스 섬유는 전분보다 친수성이 적기 때문에 기계적 특성, 가스 투과성 및 내수성을 향상시킬 수 있다.[36]

셀룰로스 아세테이트로 만들어진 포장 블리스터, 바이오플라스틱


2019년 4월 4일, 한국화학연구원 바이오화학연구센터의 오동엽, 황성연, 박제영 박사는 바이오플라스틱 기반 생분해성 고강도 비닐봉투를 개발했다고 밝혔다. 이 비닐봉투는 자체 간이실험 결과 땅속에서 6개월 이내 100% 분해되는 것으로 확인됐다. 연구진은 목재펄프와 게 껍질에서 각각 셀룰로오스와 키토산을 추출해 화학처리한 후 고압 조건에서 잘게 쪼개 얻은 나노섬유를 첨가해 기계적 물성을 극대화했다. 인장 실험 시, 인장강도 65~70MPa를 기록했는데, 이는 기존 생분해성 비닐봉투보다 2배나 높은 수치이며, 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질긴 것으로 판명되었다.[122]

기술적으로는 나무, 쌀, 음식물 쓰레기, 우유 등에서도 제조가 가능하다고 알려져 있다.

바이오매스를 원료로 한 폴리머는 화석 자원 유래의 폴리머가 합성되기 이전부터 널리 연구되었다 (주로 니트로셀룰로스 등의 셀룰로스 유도체).

4. 2. 단백질 기반 바이오플라스틱



바이오 플라스틱은 다양한 공급원으로부터 얻은 단백질로 만들 수 있다. 예를 들어, 밀 글루텐과 카세인은 생분해성 폴리머의 원료로서 유망한 특성을 보인다.[41]

콩 단백질도 바이오 플라스틱의 또 다른 공급원으로 고려되고 있다. 콩 단백질은 100년 넘게 플라스틱 생산에 사용되어 왔으며, 초창기 포드 자동차의 차체 패널은 콩 기반 플라스틱으로 만들어졌다.[42]

콩 단백질 기반 플라스틱은 물에 민감하고 상대적으로 비용이 많이 든다는 어려움이 있다. 따라서 콩 단백질과 이미 사용 가능한 생분해성 폴리에스터를 혼합하여 생산하면 물에 대한 민감도와 비용을 개선할 수 있다.[43]

4. 3. 지방족 폴리에스터

지방족 바이오폴리에스터는 주로 폴리하이드록시알칸산(PHA)이며, 폴리-3-하이드록시부티레이트(PHB), 폴리하이드록시발레레이트(PHV), 폴리하이드록시헥사노에이트(PHH) 등이 있다.

바이오매스 플라스틱은 재생 가능 자원인 생물 자원(바이오매스)을 원료로 하는 플라스틱이다. 합성 방법은 크게 두 가지로 나뉜다. 첫 번째는 옥수수나 사탕수수 유래의 전분이나 당을 원료로 하여, 그것들을 발효 등으로 다른 물질로 전이시켜 단량체를 합성한 후, 그것을 중합한 폴리머이다. 젖산의 중합체인 폴리젖산(PLA)이나, 미생물이 생산하는 폴리히드록시알카노에이트(PHA)가 그 예이다. 두 번째는 식물 등에서 셀룰로스 등의 다당류를 추출하고, 그 폴리머 골격의 구조를 살리면서 유도체화함으로써 열가소성을 부여한 것(셀룰로스 아세테이트 등)이다.

기술적으로는 나무, 쌀, 음식물 쓰레기, 우유 등에서도 제조가 가능하다고 알려져 있다.

바이오매스를 원료로 한 폴리머는 화석 자원 유래의 폴리머가 합성되기 이전부터 널리 연구되었으나(주로 니트로셀룰로스 등의 셀룰로스 유도체), 20세기 전반부터 화석 자원 유래의 고성능 폴리머가 저렴하고 대량으로 생산되게 되면서 (나일론이나 폴리프로필렌 등) 그 연구는 쇠퇴하였다. 20세기 후반부터는 사회적인 환경 의식의 고조에 따라, 다시 바이오매스를 원료로 한 재료에 주목하고 있다.

한국화학연구원 바이오화학연구센터는 2019년 4월 4일, 오동엽, 황성연, 박제영 박사가 바이오플라스틱 기반 생분해성 고강도 비닐봉투를 개발했다고 발표했다. 이 비닐봉투는 땅속에서 6개월 이내 100% 분해되는 것으로 확인되었다. 연구진은 목재펄프와 게 껍질에서 추출한 셀룰로스와 키토산을 화학처리 후 나노섬유 형태로 첨가하여 기계적 물성을 높였다. 인장강도는 65~70MPa로, 기존 생분해성 비닐봉투보다 2배, 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질긴 것으로 나타났다.[122]

4. 3. 1. 폴리락트산 (PLA)

폴리락타이드(PLA) 혼합 바이오-플렉스로 만든 멀칭 필름


폴리락타이드(PLA)는 옥수수[44] 또는 포도당으로 생산되는 투명 플라스틱이다. 표면적으로는 PS과 같은 기존의 석유화학 기반 대량 플라스틱과 유사하다. 식물에서 추출되며 산업적 퇴비화 조건에서 생분해된다. 불행하게도 생분해성 플라스틱에 비해 충격 강도, 열적 견고성 및 차단 특성(막을 통한 공기 수송 차단)이 떨어진다.[45] PLA 및 PLA 혼합물은 일반적으로 과립 형태로 제공된다. PLA는 필름, 섬유, 플라스틱 용기, 컵 및 병 생산에 제한적으로 사용된다. PLA는 또한 가정용 융합 증착 모델링 3D 프린터에 사용되는 가장 일반적인 유형의 플라스틱 섬유 필라멘트이다.

바이오매스 플라스틱은 재생 가능 자원인 생물 자원(바이오매스)을 원료로 하는 플라스틱이다. 합성 방법은 크게 두 종류로 나뉜다. 첫 번째는 옥수수나 사탕수수 유래의 전분이나 당을 원료로 하여, 그것들을 발효 등으로 다른 물질로 전이시켜 단량체를 합성한 후, 그것을 중합한 폴리머이다. 젖산의 중합체인 폴리젖산(PLA)이 그 예이다. 두 번째는 식물 등에서 셀룰로스 등의 다당류를 추출하고, 그 폴리머 골격의 구조를 살리면서 유도체화함으로써 열가소성을 부여한 것(셀룰로스 아세테이트 등)이다.

기술적으로는 나무, 쌀, 음식물 쓰레기, 우유 등에서도 제조가 가능하다고 알려져 있다.

4. 3. 2. 폴리-3-하이드록시부티레이트 (PHB)

생체 고분자 폴리-3-하이드록시부티레이트(PHB)는 특정 박테리아가 포도당, 옥수수 전분[46] 또는 폐수를 처리하여 생산하는 폴리에스터이다.[47] 그 특성은 석유 기반 플라스틱인 폴리프로필렌(PP)과 유사하다. PHB는 주로 물리적 특성으로 구분된다. 녹는점이 130°C 이상인 투명한 필름으로 가공할 수 있으며 잔류물 없이 생분해된다. 남아메리카의 설탕 산업은 PHB 생산을 산업 규모로 확장하기로 결정했다.

한국화학연구원 바이오화학연구센터의 오동엽, 황성연, 박제영 박사가 2019년 4월 4일 발표한 바에 따르면, 바이오플라스틱 기반 생분해성 고강도 비닐봉투가 개발되었다. 이 비닐봉투는 땅속에서 6개월 이내 100% 분해되는 것이 확인되었다. 연구진은 목재펄프와 게 껍질에서 추출한 셀룰로스와 키토산을 화학처리 후 나노섬유 형태로 첨가하여 기계적 물성을 높였다. 인장강도는 65~70MPa로, 기존 생분해성 비닐봉투보다 2배, 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질긴 것으로 나타났다.[122]

4. 3. 3. 폴리하이드록시알칸산염 (PHA)

폴리히드록시알칸산염(PHA)은 세균의 발효에 의해 자연에서 생성되는 선형 폴리에스터이며, 세균은 이것을 설탕이나 지질의 형태로 생산한다. 세균은 탄소와 에너지를 저장하기 위해 PHA를 생산한다.[122] 산업 생산에서 폴리에스터는 설탕 발효 조건을 최적화하여 세균으로부터 추출 및 정제된다. 150개 이상의 서로 다른 단량체가 이 계열 내에서 결합되어 매우 다양한 특성을 가진 재료를 만들 수 있다. PHA는 다른 플라스틱보다 연성이 더 크고 탄성이 적으며 생분해성도 가지고 있다. 이러한 특징으로 의료 산업에서 널리 사용되고 있다.[122]

폴리히드록시알카노에이트(PHA)는 옥수수나 사탕수수 유래의 전분이나 당을 원료로 하여, 그것들을 발효 등으로 다른 물질로 전이시켜 단량체를 합성한 후, 그것을 중합한 폴리머이다.[122]

4. 4. 기타

PA 11은 천연 오일에서 추출한 생체 고분자이다. 아케마(Arkema)에서 상업화한 Rilsan B라는 상표명으로도 알려져 있다. PA 11은 엔지니어링 플라스틱 계열에 속하며 생분해되지 않는다. 그 특성은 PA 12와 유사하지만 생산 과정에서 온실 가스 배출량과 비재생 자원 소비가 줄어든다. 또한 PA 12보다 내열성이 우수하다. 자동차 연료 라인, 공압식 에어브레이크 튜빙, 전기 케이블 방충 외피, 유연한 오일 및 가스 파이프, 제어 유체 엄빌리컬, 스포츠 신발, 전자 장치 부품, 카테터와 같은 고성능 응용 분야에 사용된다.

피마자유에서 70% 추출한 폴리아미드 410(PA 410)은 DSM에서 상업화한 EcoPaXX라는 상표명으로 판매된다.[48] PA 410은 높은 융점(약 250 °C), 낮은 수분 흡수율, 다양한 화학 물질에 대한 우수한 내성을 결합한 고성능 폴리아미드이다.

폴리에틸렌의 기본 구성 요소(단량체)는 에틸렌이다. 에틸렌은 화학적으로 에탄올과 유사하며, 사탕수수나 옥수수와 같은 농업 원료의 발효를 통해 생산될 수 있다. 바이오 기반 폴리에틸렌은 전통적인 폴리에틸렌과 화학적, 물리적으로 동일하다. 생분해되지는 않지만 재활용이 가능하다. 브라질 화학 그룹 브라켐(Braskem)은 사탕수수 에탄올에서 폴리에틸렌을 생산하는 자사의 방법을 사용하면 그린 폴리에틸렌 1톤당 2.15톤의 이산화 탄소를 포집(환경에서 제거)한다고 주장한다.

유전자 변형 옥수수는 흔한 원료가 되므로 일부 바이오플라스틱이 이를 사용하여 만들어지는 것은 놀라운 일이 아니다.

바이오플라스틱 제조 기술에는 효율성을 최적화하기 위해 유전자 변형 작물 또는 유전자 변형 박테리아를 사용하는 "식물 공장" 모델이 있다.

폴리아민과 고리형 탄산염의 축합 반응은 폴리히드록시우레탄을 생성한다.[49] 전통적인 가교 폴리우레탄과는 달리, 가교 폴리히드록시우레탄은 동적 트란스카바모일화 반응을 통해 재활용 및 재가공이 가능하다는 장점을 지닌다.[50]

다수의 바이오플라스틱 종류가 식물과 동물 유래의 지방 및 오일로부터 합성되었다.[51] 폴리우레탄,[52][53] 폴리에스터,[54] 에폭시 수지[55] 및 기타 여러 종류의 폴리머가 원유 기반 재료와 유사한 특성으로 개발되었다. 최근 올레핀 복분해 기술의 발전은 바이오모노머 및 폴리머로의 경제적인 전환을 위한 광범위한 원료를 열어주었다.[56] 전통적인 식물성 오일뿐만 아니라 저렴한 미세 조류 유래 오일의 생산이 증가함에 따라[57] 이 분야의 성장을 위한 엄청난 잠재력이 있다.

2024년, Lamanna et al.은 에틸 셀룰로스와 식물성 오일을 기반으로 하는 올레오젤을 OleoPlast라는 새로운 바이오플라스틱으로 소개했다.[58] 이 바이오플라스틱은 열가소성 거동을 나타내며, 재활용 가능성과 생분해성을 모두 제공한다. OleoPlast의 주요 장점으로는 기계적 및 물리적 특성을 맞춤화할 수 있다는 점과 사출 성형, 열간 압착, 압출, 융합 필라멘트 제조와 같은 다양한 가공 기술과의 호환성이 있다.

5. 응용 분야

한국화학연구원 바이오화학연구센터의 오동엽, 황성연, 박제영 박사 연구진은 2019년 4월 4일 바이오플라스틱 기반 생분해성 고강도 비닐봉투를 개발했다. 이 비닐봉투는 땅속에서 6개월 이내에 100% 분해되는 것으로 확인되었다.[122] 연구진은 목재펄프와 게 껍질에서 추출한 셀룰로오스와 키토산을 화학 처리 후 고압 조건에서 잘게 쪼개 얻은 나노섬유를 첨가하여 기계적 물성을 극대화했다. 인장강도는 65~70MPa로, 기존 생분해성 비닐봉투보다 2배 높고 석유계 비닐봉투보다도 더 강하고 질긴 것으로 나타났다.[122]

바이오플라스틱 및 기타 생분해성 플라스틱으로 만든 제품


바이오플라스틱의 상업적 적용 사례는 많지 않으며, 비용과 성능이 여전히 문제로 남아 있다. 이탈리아에서는 2011년부터 쇼핑객에게 생분해성 비닐봉투 사용을 의무화하는 법률이 시행되었다.[16]

최근 바이오 플라스틱은 내구성, 비용 효율성, 성능 면에서 발전을 이루었다. 바이오 폴리머 블렌드 및 복합 재료의 혁신으로 바이오 플라스틱은 다양한 건설 분야에 적합해졌다.

  • 단열재: 바이오플라스틱은 효과적이고 친환경적인 단열재를 만드는 데 사용될 수 있다. 폴리젖산(PLA)과 폴리히드록시알칸산염(PHA)은 열적 특성과 생분해성 때문에 이 목적으로 흔히 사용된다.[74]
  • 바닥재: PLA 및 천연 섬유로 만들어진 바이오플라스틱 복합재는 기존 바닥재를 대체할 내구성이 뛰어나고 지속 가능한 대안을 제공한다. 탄소 발자국이 낮고 재활용이 가능하다.
  • 패널 및 클래딩: 천연 섬유와 바이오폴리머의 혼합물로 만들어진 바이오플라스틱 패널은 벽 클래딩 및 칸막이에 친환경적인 옵션을 제공한다. 가볍고 내구성이 뛰어나며 목재 또는 석재와 같은 기존 재료를 모방하도록 설계할 수 있다.
  • 거푸집: 바이오플라스틱은 콘크리트 주조용 거푸집에 점점 더 많이 사용되고 있다. 재사용성, 무게 감소 및 기존 재료에 비해 환경 영향 감소 측면에서 장점을 제공한다.[75]
  • 보강재: 천연 섬유 또는 기타 재료로 보강된 바이오플라스틱 복합재는 구조적 응용 분야에 사용될 수 있으며 강철 또는 유리 섬유를 대체할 수 있는 지속 가능한 대안을 제공한다.


바이오 플라스틱의 건설 분야 미래는 유망하며, 지속적인 연구와 혁신을 통해 응용 분야가 확대되고 성능이 향상될 것으로 보인다.[80] 건설 산업이 지속 가능성을 점점 더 중요하게 여기면서 바이오 플라스틱은 친환경 건축 자재 개발에 중요한 역할을 할 것이다.[81]

바이오 플라스틱은 기존의 건설 자재를 대체할 수 있는 지속 가능하고 다재다능한 대안을 제공하며, 상당한 환경적 및 경제적 이점을 제공한다. 비용과 성능 측면에서 여전히 과제가 남아 있지만, 바이오 플라스틱 기술의 지속적인 발전[82]은 건설 산업을 변화시키고 보다 지속 가능한 미래에 기여할 잠재력을 가지고 있다.

6. 환경 영향

녹말, 셀룰로스, 나무, 설탕, 바이오매스와 같은 재료는 화석 연료 자원을 대체하여 바이오플라스틱을 생산하는 데 사용된다. 이는 바이오플라스틱 생산을 기존 플라스틱 생산보다 더 지속 가능한 활동으로 만든다.[59][60] 바이오플라스틱의 환경 영향은 "친환경성"에 대한 여러 가지 다른 지표(예: 물 사용, 에너지 사용, 삼림 벌채, 생분해 등)가 있기 때문에 종종 논쟁의 대상이 된다.[61][62][63] 따라서 바이오플라스틱의 환경 영향은 비재생 에너지 사용, 기후 변화, 부영양화, 담수 산성화로 분류된다.[64] 바이오플라스틱 생산은 온실 가스 배출을 상당히 줄이고 비재생 에너지 소비를 줄인다.[59]

바이오플라스틱은 기존 플라스틱보다 더 많은 비재생 에너지를 절약하고, 기존 플라스틱보다 적은 온실 가스를 배출하지만, 부영양화 및 산성화와 같은 부정적인 환경 영향도 있다.[59] 산업적 농업 관행 중 바이오매스 생산은 질산염과 인산염이 수역으로 침투하도록 하여, 물의 영양분이 과도하게 풍부해지는 과정인 부영양화를 유발한다. [59] 부영양화는 수역에 산소 고갈 지역을 생성하여 수생 동물을 죽이는 유해 조류 번성을 유발하기 때문에 전 세계 수자원에 위협이 된다.[66] 바이오플라스틱은 또한 산성화를 증가시킨다.[59] 바이오플라스틱으로 인한 부영양화 및 산성화의 증가는 바이오플라스틱을 생산하기 위한 재생 가능한 원료 재배에 화학 비료를 사용하기 때문에 발생하기도 한다.[59]

바이오플라스틱의 다른 환경 영향으로는 기존 플라스틱에 비해 낮은 인간 및 육상 생태 독성과 발암 가능성이 있다.[59] 그러나 바이오플라스틱은 기존 재료보다 더 높은 수생 생태 독성을 나타낸다.[59] 바이오플라스틱 및 기타 바이오 기반 재료는 기존 플라스틱에 비해 성층권의 오존 고갈을 증가시키는데, 이는 바이오매스 생산을 위한 산업적 농업 중 비료 살포 시 아산화 질소 배출의 결과이다.[59] 인공 비료는 특히 작물이 모든 질소를 필요로 하지 않을 때 아산화 질소 배출을 증가시킨다.[67] 바이오플라스틱의 부차적인 환경 영향으로는 바이오플라스틱을 만드는 데 사용되는 작물에 살충제를 사용하여 독성이 발생하는 것이 있다.[59] 바이오플라스틱은 또한 수확 차량에서 탄소 배출을 유발한다.[59] 기타 부차적인 환경 영향으로는 바이오매스 재배를 위한 높은 물 소비, 토양 침식, 토양 탄소 손실, 생물 다양성 손실이 있으며, 이는 주로 바이오플라스틱과 관련된 토지 사용의 결과이다.[59] 바이오플라스틱 생산을 위한 토지 사용은 탄소 격리 손실로 이어지고 토지를 기존 용도에서 전환하는 동시에 탄소 비용을 증가시킨다.[68]

바이오플라스틱은 비재생 소비와 온실 가스 배출을 줄이기 때문에 매우 유리하지만, 토지 및 물 소비, 살충제 및 비료 사용, 부영양화 및 산성화를 통해 환경에 부정적인 영향을 미치기도 한다. 따라서 바이오플라스틱과 기존 플라스틱 중 어느 것을 선호하는지는 가장 중요한 환경 영향을 무엇으로 생각하는지에 따라 달라진다.[59]

바이오플라스틱의 또 다른 문제는 일부 바이오플라스틱이 작물의 식용 부분으로 만들어진다는 것이다. 이는 바이오플라스틱을 생산하는 작물이 사람에게 먹이를 공급하는 데에도 사용될 수 있으므로 식품 생산과 경쟁하게 만든다.[69] 이러한 바이오플라스틱을 "1세대 원료 바이오플라스틱"이라고 한다. 2세대 원료 바이오플라스틱은 비식용 작물 (셀룰로오스 원료) 또는 1세대 원료의 폐기물 (예: 폐식용유)을 사용한다. 3세대 원료 바이오플라스틱은 조류를 원료로 사용한다.[70]

PLA 혼합 바이오 플렉스로 만든 포장용 에어 필로우


병 (cellulose acetate 생분해성)


모든 플라스틱의 생분해는 액체상의 효소가 고체상을 탈중합하는 고체/액체 계면에서 일어나는 과정이다.[71] 바이오 플라스틱은 다양한 환경에서 생분해될 수 있으므로 기존 플라스틱보다 더 허용된다.[73] 바이오 플라스틱의 생분해성은 토양, 수생 환경 및 퇴비와 같은 다양한 환경 조건에서 발생한다.[59] 바이오 폴리머 또는 바이오 복합체의 구조와 조성은 모두 생분해 과정에 영향을 미치므로 조성과 구조를 변경하면 생분해성을 높일 수 있다.[59] 토양과 퇴비는 미생물 다양성이 높아 생분해에 더 효과적이다.[59] 퇴비화는 바이오 플라스틱을 효율적으로 생분해할 뿐만 아니라 온실 가스 배출도 크게 줄인다.[59] 퇴비 환경에서 바이오 플라스틱의 생분해성은 더 많은 수용성 설탕을 첨가하고 온도를 높임으로써 향상될 수 있다.[59] 반면에 토양 환경은 미생물의 다양성이 높아 바이오 플라스틱의 생분해가 더 쉽게 일어난다.[59] 그러나 토양 환경의 바이오 플라스틱은 생분해되려면 더 높은 온도와 더 긴 시간이 필요하다.[59] 일부 바이오 플라스틱은 수역 및 해양 시스템에서 더 효율적으로 생분해되지만, 이는 해양 생태계와 담수에 위험을 초래한다.[59] 따라서 수생 생물의 죽음과 건강하지 못한 물로 이어지는 수역에서 바이오 플라스틱의 생분해는 바이오 플라스틱의 부정적인 환경 영향 중 하나로 간주할 수 있다.

바이오매스 플라스틱은 원래 지상의 식물을 원료로 사용하기 때문에, 지상의 이산화 탄소 증감에 영향을 미치지 않는 탄소 중립 성질을 가진 재료로 여겨진다 (바이오매스 플라스틱을 연소하여 대기 중으로 배출된 이산화 탄소는 광합성을 통해 다시 식물에 고정된다). 이러한 성질이 바이오매스 플라스틱을 "환경 친화적"이라고 하는 이유이다. 다만, 기존 플라스틱과 마찬가지로 바이오매스 플라스틱의 제조 시에도 에너지를 필요로 하기 때문에, 완전한 탄소 중립은 아니라는 의견도 있다.

소각 시, 연소열이 낮고 다이옥신류가 발생하지 않는다.

바이오매스 플라스틱의 대부분은 생분해성 플라스틱으로서의 성질을 가진다. 미생물에 의해 물과 이산화 탄소로 분해되고, 그 이산화 탄소를 바탕으로 식물이 광합성을 통해 전분을 만들어내며, 전분으로부터 다시 생분해성 플라스틱의 원료를 만들 수 있으므로 순환성을 가진다.

한편, 바이오매스를 원료로 한 바이오 PET나 바이오 PE(비닐 봉투 등에 사용되는 재료)는, 성능상으로는 일반 PET나 PE와 동일하며, 생분해성을 갖지 않는다. 바이오매스 유래인 것과, 생분해성이 있는 것은 반드시 일치하지 않으므로, 주의가 필요하다. '''(바이오매스 유래 ≠ 생분해성)'''

7. 문제점

바이오플라스틱은 기존 플라스틱보다 비재생 에너지 소비와 온실 가스 배출량이 적지만, 부영양화 및 담수 산성화 등 다른 환경 문제를 야기한다.[59] 부영양화는 바이오매스 생산 과정에서 질산염과 인산염이 수역으로 유입되어 발생하며, 수생 생물의 산소 부족을 유발하여 생태계를 위협한다.[59][66] 산성화는 바이오플라스틱 원료 재배에 사용되는 화학 비료 때문에 증가한다.[59]

바이오플라스틱은 인간 및 육상 생태 독성과 발암 가능성은 낮지만, 수생 생태 독성은 높다.[59] 또한, 바이오매스 생산 중 아산화 질소 배출은 오존층 파괴를 가속화하며,[59] 살충제 사용, 수확 차량 탄소 배출, 물 소비, 토양 침식, 토양 탄소 손실, 생물 다양성 손실 등도 문제점으로 지적된다.[59] 토지 사용은 탄소 격리 손실과 탄소 비용 증가를 유발한다.[68]

이처럼 바이오플라스틱은 긍정적 측면과 부정적 측면을 모두 가지고 있어, 어떤 환경 영향을 더 중요하게 보는가에 따라 평가가 달라진다.[59]

플라스틱 생분해는 액체상 효소가 고체상 플라스틱을 분해하는 과정이다.[71] 바이오플라스틱은 토양, 수생 환경, 퇴비 등 다양한 환경에서 생분해될 수 있다.[59] 미생물 다양성이 높은 토양과 퇴비가 생분해에 효과적이며, 특히 퇴비화는 온실가스 배출도 줄인다.[59] 토양에서는 생분해에 더 높은 온도와 시간이 필요하며,[59] 일부 바이오플라스틱은 수생 환경에서 잘 분해되지만 해양 생태계에 위협이 될 수 있다.[59]

기타 문제점:


  • 비용: 생산 비용이 비싸다.
  • 성능: 일부는 강도, 내구성, 자외선 및 습기 저항성이 떨어진다.[79]
  • 제한적 적용: 건설 분야 적용 범위가 제한적이다.

7. 1. 식량 생산과의 경쟁



바이오플라스틱은 일부 작물의 식용 부분을 원료로 사용하기 때문에 식량 생산과 경쟁하게 된다.[69] 이러한 바이오플라스틱을 "1세대 원료 바이오플라스틱"이라고 부른다. 2세대 원료 바이오플라스틱은 비식용 작물 (셀룰로오스 원료) 또는 1세대 원료의 폐기물 (예: 폐식용유)을 사용하며, 3세대 원료 바이오플라스틱은 조류를 원료로 사용한다.[70]

식량 작물과의 경쟁과 경작지 경쟁은 식량 작물 가격의 급등(고등)을 초래할 수 있다는 우려가 있다.[114] 그러나 적절한 농지 이용을 통해 이러한 경쟁을 피할 수 있다는 의견도 존재한다.[115]

2050년에는 세계 인구가 92억 명에 달할 것으로 예상되어 식량 부족이 우려된다. 이들을 먹여 살리기 위해서는 2012년 식량 생산량의 1.6배, 곡물 생산량은 1.7배 증가시켜야 할 필요가 있다.[116] 또한, 지구 온난화로 인해 작물 생산량이 감소할 가능성도 제기되고 있다.[117]

따라서 폐기물을 소재로 활용하는 등 식량 생산을 방해하지 않는 원료를 사용한 바이오플라스틱 생산이 요구된다.

7. 2. 해양 오염



바이오플라스틱은 친환경적이라는 이미지로 인해 전 세계적으로 널리 사용되고 있지만, 그린워싱의 한 예로 볼 수 있다.[118] 퇴비화 시설 부족으로 적절하게 처리되지 않고 바다로 흘러 들어가면 미세 플라스틱이 되어 해양 생태계를 위협하고 환경 오염을 일으키기 때문이다.

미세 플라스틱은 해양 생물을 위험에 빠뜨릴 수 있으며, 해양 환경 오염을 야기한다. 결과적으로, 바이오 플라스틱은 재생 가능하며 지구 온난화를 막는다는 장점을 가지고 있지만, 석유 기반 플라스틱과 동일한 영향을 미치고 있다[119]는 지적이 있다. 즉, 바다로 유입되는 플라스틱을 줄이는 데 기여하지 못하고, 환경 문제의 직접적인 해결책이 되지 못하는 상황이다.

8. 역사


  • 1862년: 런던 만국 박람회에서 알렉산더 파크스가 최초의 열가소성 플라스틱인 파크세인을 전시했다. 파크세인은 니트로셀룰로오스로 만들어졌으며 매우 우수한 특성을 가지고 있었지만, 극심한 가연성을 보였다.[88]
  • 1897년: 현재까지 생산되고 있는 갈라리트는 우유 기반 바이오 플라스틱으로, 1897년 독일 화학자들이 개발했다. 갈라리트는 주로 단추에 사용된다.[89]
  • 1907년: 레오 베이클랜드는 베이클라이트를 발명했는데, 이 제품은 비전도성과 내열성으로 국립 역사 화학 랜드마크로 지정되었다. 라디오와 전화 케이스, 주방 용품, 총기류 등 다양한 제품에 사용되었다.
  • 1912년: 브란덴버거가 나무, 면 또는 대마 셀룰로오스로 셀로판을 발명했다.[89]
  • 1920년대: 월러스 캐러더스가 폴리락트산(PLA) 플라스틱을 발견했다. PLA는 생산 비용이 매우 비싸서 1989년까지 대량 생산되지 않았다.
  • 1925년: 폴리히드록시부티레이트가 프랑스 미생물학자 모리스 르모안에 의해 분리 및 특성화되었다.
  • 1926년: 모리스 르모안이 박테리아로 만든 최초의 바이오 플라스틱인 폴리히드록시부티레이트(PHB)를 발명했다.[89]
  • 1930년대: 헨리 포드에 의해 콩으로 만들어진 콩 자동차가 개발되었다.[89][90]
  • 1940-1945년: 제2차 세계 대전 동안 많은 군수 물자에 플라스틱이 사용되면서 플라스틱 생산이 증가했다. 정부의 자금 지원과 감독으로 인해 1940-1945년 동안 미국의 플라스틱 생산량(바이오 플라스틱뿐만 아니라 일반 플라스틱 포함)이 3배 증가했다.[91] 1942년 미국 정부 단편 영화 ''시험관 속의 나무''는 제2차 세계 대전 승리에 바이오 플라스틱이 수행한 주요 역할과 당시 미국의 경제를 보여준다.
  • 1950년대: 아밀로마이즈(아밀로스 함량 >50%인 옥수수)가 성공적으로 육종되었고, 상업적 바이오 플라스틱 응용이 탐구되기 시작했다.[92] 저렴한 유가로 인해 바이오 플라스틱 개발이 쇠퇴했지만, 합성 플라스틱의 개발은 계속되었다.
  • 1970년대: 환경 운동이 바이오 플라스틱 개발을 더욱 촉진했다.[91]
  • 1983년: 최초의 바이오 플라스틱 회사인 말보로 바이오폴리머스가 설립되었으며, 박테리아 기반 바이오 플라스틱을 사용했다.[93]
  • 1989년: 닥터 패트릭 R. 그루버가 옥수수로부터 PLA를 만드는 방법을 알아내면서 PLA의 추가 개발이 이루어졌다. 선도적인 바이오 플라스틱 회사인 노바마운트가 설립되었다. 노바마운트는 다양한 응용 분야에 바이오 플라스틱인 마테르-비를 사용한다.[94]
  • 1990년대 후반: BIOTEC 회사의 연구 및 생산을 통해 TP 전분 및 BIOPLAST가 개발되어 BIOFLEX 필름으로 이어졌다. BIOFLEX 필름은 블로운 필름 압출, 평판 필름 압출 및 사출 성형 라인으로 분류할 수 있다. 이 세 가지 분류는 다음과 같은 응용 분야를 가지고 있다: 블로운 필름 - 자루, 가방, 쓰레기 봉투, 멀칭 호일, 위생 제품, 기저귀 필름, 에어 버블 필름, 보호복, 장갑, 이중 립 백, 라벨, 배리어 리본; 평판 필름 - 트레이, 화분, 냉동 식품 및 포장, 컵, 제약 포장; 사출 성형 - 일회용 식기, 캔, 용기, 성형품, CD 트레이, 묘지 용품, 골프 티, 장난감, 필기구.[95]
  • 1992년: Science지에 PHB가 식물인 아라비돕시스 탈리아나에서 생산될 수 있다고 보고되었다.[96]
  • 2001년: 메타볼릭스(Metabolix inc.)는 몬산토의 바이오폴 사업(원래 제네카)을 인수했는데, 이 사업은 식물을 사용하여 바이오 플라스틱을 생산한다.[97]
  • 2001년: 닉 터커는 코끼리 풀을 바이오 플라스틱 기반으로 사용하여 플라스틱 자동차 부품을 만들었다.[98]
  • 2005년: 카길과 다우 케미컬스는 네이처웍스로 브랜드가 변경되었고, PLA 생산을 선도하게 되었다.[99]
  • 2007년: 메타볼릭스(Metabolix inc.)는 옥수수 설탕 발효와 유전자 조작 박테리아로 만들어진 최초의 100% 생분해성 플라스틱인 미렐을 시장에서 테스트했다.[100]
  • 2012년: 해조류에서 바이오 플라스틱이 개발되었으며, 약학 연구 저널에 발표된 연구에 따르면 가장 친환경적인 바이오 플라스틱 중 하나로 입증되었다.[101]
  • 2013년: 혈액과 당류, 단백질 등과 같은 가교제를 이용한 바이오 플라스틱에 대한 특허가 출원되었다. (이리도이드 유도체, 디이미데이트, 디온, 카보디이미드, 아크릴아미드s, 디메틸서브리미데이트, 알데히드, 인자 XIII, 이중 기능성 NHS 에스테르, 카보닐디이미드, 프로안토시아니딘, 루테린). 이 발명은 바이오 플라스틱을 조직, 연골, 힘줄, 인대, 뼈로 사용하고 줄기 세포 전달에 적용할 수 있다.[102][103]
  • 2014년: 2014년에 발표된 연구에서 채소 폐기물(파슬리 및 시금치 줄기, 코코아 껍질, 쌀 껍질 등)과 순수 셀룰로오스의 TFA 용액을 혼합하여 바이오 플라스틱을 만들 수 있다는 사실이 밝혀졌다.[104]
  • 2016년: 바나나 껍질을 사용하여 나노 셀룰로오스 기반 바이오 플라스틱 생체 재료로 규정을 통과하는 자동차 범퍼를 만들 수 있다는 실험 결과가 나왔다.[105]
  • 2017년: 리그노셀룰로오스 자원(마른 식물 재료)으로 만든 바이오 플라스틱에 대한 새로운 제안이 제시되었다.[106]
  • 2018년: 이케아가 바이오 플라스틱 가구의 산업 생산을 시작, 프로젝트 이펙티브가 나일론을 바이오 나일론으로 대체하는 데 주력, 과일로 만든 최초의 포장재 개발 등 많은 개발이 이루어졌다.[107]
  • 2019년: '한국화학연구원'에서 5가지 종류의 키틴 나노 물질을 추출 및 합성하여 강한 특성과 항균 효과를 확인했다. 지하에 매립했을 때 6개월 이내에 100% 생분해가 가능했다.[108]


바이오 플라스틱 발견 또는 개발 연표
연도바이오 플라스틱 발견 또는 개발
1862파크세인
1868셀룰로이드
1897갈라리트
1907베이클라이트
1912셀로판
1920년대폴리락트산(PLA)
1926폴리히드록시부티레이트(PHB)
1930년대콩 기반 바이오 플라스틱 자동차
1983바이오팔
1989옥수수에서 PLA; 마테르-바이
1992PHB는 아라비돕시스 탈리아나(작은 꽃 식물)에서 생산될 수 있음
1998바이오플렉스 필름
2001PHB는 코끼리 풀에서 생산될 수 있음
2007미렐(100% 생분해성 플라스틱) 시장 테스트
2012해조류에서 바이오 플라스틱 개발
2013의료 절차에 사용되는 혈액 및 가교제로 만든 바이오 플라스틱
2014채소 폐기물로 만든 바이오 플라스틱
2016바나나 껍질 바이오 플라스틱으로 만든 자동차 범퍼
2017리그노셀룰로스 자원(마른 식물 재료)으로 만든 바이오 플라스틱
2018바이오 플라스틱 가구, 바이오 나일론, 과일로 만든 포장재



바이오 플라스틱 개발 센터 - 매사추세츠 로웰 대학교


바이오 플라스틱(폴리락타이드, PLA)으로 만든 펜

9. 산업 및 시장

차 봉지 (폴리락타이드(PLA)로 제작, 박하차)


유기 물질을 기반으로 한 플라스틱은 20세기 내내 화학 회사에서 제조되었지만, 바이오 플라스틱에만 전념하는 최초의 회사는 1983년에 설립된 말보로 바이오폴리머스(Marlborough Biopolymers)였다. 그러나 말보로와 그 뒤를 이은 다른 기업들은 상업적 성공을 거두지 못했고, 장기적인 재정적 성공을 거둔 최초의 회사는 1989년에 설립된 이탈리아 회사 노바몬트(Novamont)였다.[83]

바이오 플라스틱은 전 세계적으로 제조되는 전체 플라스틱의 1% 미만을 차지한다.[84][85] 대부분의 바이오 플라스틱은 아직 제조에 필요한 것보다 더 많은 탄소 배출량을 절감하지 못한다.[86] 매년 제조되는 250MT의 플라스틱을 바이오 기반 플라스틱으로 대체하려면 1억 헥타르의 토지, 즉 지구 경작지의 7%가 필요할 것으로 추정된다. 그리고 바이오 플라스틱이 수명이 다하면, 퇴비화가 가능하고 생분해성으로 판매되는 제품은 적절한 퇴비화 시설이나 폐기물 분류가 부족하여 매립지로 보내지는 경우가 많으며, 여기서 혐기성 분해되면서 메탄을 방출한다.[87]

COPA (유럽 연합 농업 조직 위원회)와 COGEGA (유럽 연합 농업 협력 일반 위원회)는 유럽 경제의 다양한 분야에서 바이오 플라스틱의 잠재력을 평가했다.

분야연간 톤수
케이터링 제품450,000
유기 폐기물 봉투100,000
생분해성 멀칭 필름130,000
기저귀용 생분해성 필름80,000
기저귀, 100% 생분해성240,000
필름 포장400,000
채소 포장400,000
타이어 부품200,000
총계:2,000,000


10. 시험 절차

EN 13432 산업 표준은 플라스틱 제품이 유럽 시장에서 퇴비화 가능하다고 주장하기 위해 충족되어야 하는 기준이다. 이 표준은 12주 이내에 완제품 붕괴, 180일 이내에 고분자 성분의 생분해(유기 탄소의 이산화탄소(CO2) 전환)를 포함한 여러 시험과 합격/불합격 기준을 설정하고, 식물 독성 및 중금속 시험 통과를 요구한다.[109] ASTM 6400 표준은 미국의 규제 프레임워크로, 유사한 요구 사항을 갖는다.

많은 전분 기반 플라스틱, PLA 기반 플라스틱, 그리고 석신산염 및 아디페이트 등의 특정 지방족-방향족 공폴리에스터 화합물들이 이러한 인증을 획득했다. 그러나 광분해성 또는 옥소 생분해성으로 판매되는 첨가제 기반 바이오 플라스틱은 현재 형태로 이 표준들을 준수하지 않는다.

ASTM D6002는 플라스틱의 퇴비화 가능성을 결정하는 방법으로 "퇴비화 가능"이라는 용어를 정의했으나, 최종 산물로서 부식질/퇴비 생성 필요성을 분리하여 많은 비판을 받았다. 결국 ASTM은 2011년 1월에 이 표준을 철회했다.[110]

ASTM D6866은 바이오플라스틱의 생물학적 유래 성분을 인증하기 위해 개발된 방법이다. 이 방법은 대기 중 우주선과 충돌로 생성되는 방사성 동위원소인 탄소-14와 탄소-12의 비율을 측정하여, 바이오매스 기반 제품과 석유화학 제품을 구별한다. 바이오매스로 만든 제품은 상대적으로 높은 수준의 탄소-14를 갖는 반면, 석유화학 제품은 탄소-14가 전혀 없다.

생분해성과 바이오 기반 성분은 중요한 차이점이 있다. 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)과 같은 바이오 플라스틱은 100% 바이오 기반(즉, 100% 재생 가능한 탄소 함유)일 수 있지만, 생분해성은 아닐 수 있다. 이러한 바이오 플라스틱은 바이오매스에서 유래되어 탄소 중립적인 것으로 간주되며, 연소 시 에너지 생산을 통해 온실가스 감축에 기여할 수 있다.

ASTM D5511-12 및 ASTM D5526-12는 플라스틱의 생분해성에 대한 ISO DIS 15985와 같은 국제 표준을 준수하는 시험 방법이다.

참조

[1] 웹사이트 Bioplastics Market Report: Industry Analysis, Forecast 2032 https://ceresana.com[...] 2024-10-28
[2] 논문 Corn and Rice Starch-Based Bio-Plastics as Alternative Packaging Materials 2019
[3] 논문 Bioplastic for future: A review then and now 2021
[4] 논문 Bioplastics for a circular economy 2022-02-20
[5] 논문 A Review of Bioplastics and Their Adoption in the Circular Economy 2021
[6] 논문 Life cycle assessment of bio-based and fossil-based plastic: A review https://www.scienced[...] 2020-07-10
[7] 논문 Renewable polymers and plastics: Performance beyond the green https://www.scienced[...] 2021-01-25
[8] 논문 Synthesis and commercialization of bioplastics: Organic waste as a sustainable feedstock 2023
[9] 논문 Bioplastics 2015
[10] 서적 Sustainable Development in Chemical Engineering Innovative Technologies https://onlinelibrar[...] Wiley 2013
[11] 논문 Recycling of bioplastic waste: A review 2021-07-01
[12] 웹사이트 Bioplastics (PLA) - World Centric http://www.worldcent[...] 2018-07-15
[13] 논문 Biobased Building Blocks and Polymers—Global Capacities, Production and Trends, 2018–2023 https://www.liebertp[...] 2019-08-01
[14] 웹사이트 Bioplastics Market Report: Industry Analysis, Forecast 2032 https://ceresana.com[...] 2024-10-28
[15] 논문 Terminology for biorelated polymers and applications (IUPAC Recommendations 2012) http://pac.iupac.org[...] 2013-07-17
[16] 웹사이트 Consiglio dei Ministri conferma la messa al bando dei sacchetti di plastica non biodegradabili - Ministero dell'Ambiente e della Tutela del Territorio e del Mare http://www.minambien[...]
[17] 웹사이트 Electroactive Bioplastics Flex Their Industrial Muscle http://www.ars.usda.[...] USDA Agricultural Research Service 2005-12
[18] 논문 Plastics derived from biological sources: Present and future: P technical and environmental review
[19] 논문 Biopolymer Coatings on Paper Packaging Materials
[20] 웹사이트 Bio-based drop-in, smart drop-in and dedicated chemicals https://www.roadtobi[...] 2020-10-30
[21] 문서 Duurzame bioplastics op basis van hernieuwbare grondstoffen https://www.wur.nl/n[...]
[22] 웹사이트 What are bioplastics? http://www.bioplasti[...] 2020-10-30
[23] 문서 Drop in bioplastics https://bioplasticsn[...]
[24] 웹사이트 Bio-based drop-in, smart drop-in and dedicated chemicals https://www.roadtobi[...] 2020-10-30
[25] 웹사이트 Types of Bioplastic {{!}} InnovativeIndustry.net http://www.innovativ[...] 2020-07-11
[26] 문서 Make Potato Plastic! http://www.instructa[...]
[27] 논문 Thermal processing of starch-based polymers http://www.sciencedi[...] 2009-12-01
[28] 논문 Extrusion processing and characterization of edible starch films with different amylose contents http://www.sciencedi[...] 2011-09-01
[29] 논문 Gelatinization of cornstarch with different amylose/amylopectin content http://www.sciencedi[...] 2006-08-15
[30] 논문 Rheological properties of starches with different amylose/amylopectin ratios http://www.sciencedi[...] 2009-05-01
[31] 논문 Poly(lactic acid)/starch composites: Effect of microstructure and morphology of starch granules on performance
[32] 웹사이트 Starch based Bioplastic Manufacturers and Suppliers http://bioplasticson[...]
[33] 웹사이트 Enhancing biopolymers: additives are needed for toughness, heat resistance & processability. https://www.ptonline[...] 2008-07-01
[34] 웹사이트 BASF announces major bioplastics production expansion http://bioplastic-in[...] 2011-08-31
[35] 웹사이트 Roquette, nouvel acteur sur le marché des plastiques, lance GAÏALENE®: une gamme innovante de plastique végétal http://bioplastic-in[...] 2011-08-31
[36] 서적 Nanobiocomposites Based on Plasticized Starch Elsevier
[37] 웹사이트 Better Paper, Plastics With Starch https://agresearchma[...] USDA 2017-04
[38] 간행물 Collaboration delivers better results 2017-01
[39] 간행물 Starch-based nano-biocomposites http://www.sciencedi[...] 2013-10-01
[40] 간행물 That's a Wrap: Edible Food Wraps from ARS https://agresearchma[...] 2018-02
[41] 간행물 Biodegradable and compostable alternatives to conventional plastics 2009-07-27
[42] 간행물 The History of Tomorrow's Materials: Protein-Based Biopolymers 2008-02
[43] 간행물 Morphology and Properties of Soy Protein and Polylactide Blends http://lib.dr.iastat[...] 2006-05
[44] 웹사이트 History, Travel, Arts, Science, People, Places http://www.smithsoni[...]
[45] 문서 Polymers, Biodegradable
[46] 웹사이트 Mirel: PHAs grades for Rigid Sheet and Thermoforming http://bioplastic-in[...] 2011-08-31
[47] 웹사이트 Micromidas is using carefully constructed populations of bacteria to convert organic waste into bio-degradable plastics. http://bioplastic-in[...]
[48] 웹사이트 Home http://www.dsm.com/e[...]
[49] 간행물 From Petrochemical Polyurethanes to Biobased Polyhydroxyurethanes https://oatao.univ-t[...] 2019-12-08
[50] 간행물 Mechanically Activated, Catalyst-Free Polyhydroxyurethane Vitrimers
[51] 간행물 Plant oil renewable resources as green alternatives in polymer science 2007-10-02
[52] 간행물 Enhancement of thermal stability, strength and extensibility of lipid-based polyurethanes with cellulose-based nanofibers
[53] 간행물 Elastomers from Renewable Metathesized Palm Oil Polyols 2017-07-03
[54] 간행물 Rigid, thermosetting liquid molding resins from renewable resources. I. Synthesis and polymerization of soy oil monoglyceride maleates 2001-07-05
[55] 간행물 A fully biobased epoxy resin from vegetable oils: From the synthesis of the precursors by thiol-ene reaction to the study of the final material https://hal.archives[...] 2011-06-01
[56] 간행물 Metathesis with Oleochemicals: New Approaches for the Utilization of Plant Oils as Renewable Resources in Polymer Science 2009-07-21
[57] 간행물 Microalgae for biodiesel production and other applications: A review
[58] 간행물 Beyond Plastic: Oleogel as gel-state biodegradable thermoplastics 2024-10-15
[59] 간행물 Bioplastics and Petroleum-based Plastics: Strengths and Weaknesses 2011
[60] 간행물 Environmental impact of bioplastic use: A review 2021
[61] 간행물 Life cycle assessments of biodegradable, commercial biopolymers—A critical review 2013
[62] 웹사이트 Are biodegradable plastics better for the environment? https://axiongroup.c[...] Axion 2018-12-14
[63] 웹사이트 Biodegradable Plastic: Is It Really Eco-Friendly? https://treadingmyow[...] 2018-12-14
[64] 간행물 A Review of the Environmental Impacts of Biobased Materials https://archive-ouve[...] 2012
[65] 간행물 A crossroads for bioplastics: Exploring product developers' challenges to move beyond petroleum-based plastics 2016
[66] 간행물 "Eutrophication Will Increase during the 21st Century as a Result of Precipitation Changes." 2017
[67] 간행물 Nitrous oxide emission reductions from cutting excessive nitrogen fertilizer applications 2015
[68] 간행물 Land-use change emissions: How green are the bioplastics? 2011
[69] 웹사이트 The truth about bioplastics https://phys.org/new[...] 2021-10-31
[70] 뉴스 Bioplastic Feedstock 1st, 2nd and 3rd Generations https://bioplasticsn[...]
[71] 논문 Biodegradation of plastics and ecotoxicity testing: When should it be done 2014
[72] 논문 Biodegradability of conventional and bio-based plastics and natural fiber composites during composting, anaerobic digestion and long-term soil incubation 2013
[73] 논문 Biodegradation of bioplastics in natural environments 2017
[74] 웹사이트 Biodegradable bioplastics - Insurance against waste or risky shortcut? https://www.ecbf.vc/[...]
[75] 웹사이트 Environmental Benefits of Plastic Formwork https://plasticconcr[...] 2021-09-02
[76] 논문 Recent Advances in Bioplastics: Application and Biodegradation 2020
[77] 논문 Bioplastics from renewable resources: the benefits of biodegradability 2012
[78] 웹사이트 Bioplastics Market Size USD 19.2 Billion by 2030 https://www.vantagem[...]
[79] 웹사이트 Bioplastics and conventional plastics: Comparative analysis https://primebiopol.[...] 2023-06-26
[80] 웹사이트 Can Bioplastics Replace Traditional Materials in Building? - https://web.archive.[...] 2024-09-02
[81] PDF https://itechmag.org[...] 2024-08
[82] 논문 Bioplastic Technology as Packaging Innovation 2021
[83] 웹사이트 The History and Most Important Innovations of Bioplastics https://bioplasticsn[...] 2018-09-05
[84] 논문 Ready to Grow: The Biodegradable Polymers Market 2016-03
[85] 논문 Bioplastics Industry Report https://www.biocycle[...] 2012-08
[86] 논문 Challenges and Opportunities of Biodegradable Plastics: A Mini Review 2017-09
[87] 간행물 Bioplastics- Opportunities and Challenges https://compostingco[...] US Composting Council 2012-01
[88] 논문 Fourth in a Series: Pioneers of Polymer Processing Alexander Parkes 1998-12
[89] 서적 Renewable Raw Materials and Feedstock for Bioplastics John Wiley & Sons Ltd 2013-10-04
[90] 웹사이트 Soybean Car - The Henry Ford https://www.thehenry[...] 2020-12-09
[91] 웹사이트 A Brief History of Plastic https://brooklynrail[...] 2005-05
[92] 서적 d-2016-154 2016
[93] 논문 New fibre could make stronger parts 1995-05
[94] 뉴스 Novamont https://bioplasticsn[...] 2013-12-30
[95] 논문 Properties and applications of compostable starch-based plastic material 1998-01
[96] 논문 Perspectives on the production of polyhydroxyalkanoates in plants 1992-12
[97] 뉴스 Monsanto finds buyer for oil and gas assets 1985-12-02
[98] 뉴스 The History and Most Important Innovations of Bioplastics https://bioplasticsn[...] 2018-07-05
[99] 논문 Natureworks 1992-05-16
[100] 논문 Biobased Performance Bioplastic: Mirel 2009-01
[101] 서적 Engineering Insect Resistance in Tomato by Transgenic Approaches Elsevier
[102] 논문 Nanotube technology gains US patent 2004-11
[103] 웹사이트 Methods and Apparatus for Manufacturing Plasma Based Plastics and Bioplastics Produced Therefrom https://patents.goog[...] 2015-06-18
[104] 논문 Direct Transformation of Edible Vegetable Waste into Bioplastics https://www.openacce[...] 2014-07-15
[105] 논문 Nano-cellulose derived bioplastic biomaterial data for vehicle bio-bumper from banana peel waste biomass 2016-09
[106] 논문 Lignocellulosics as sustainable resources for production of bioplastics – A review 2017-09
[107] 서적 Industrial Chemistry
[108] 논문 Five different chitin nanomaterials from identical source with different advantageous functions and performances Elsevier Science B.V., Amsterdam.
[109] 웹사이트 Compostable.info http://www.compostab[...]
[110] 웹사이트 ASTM D6002 - 96(2002)e1 Standard Guide for Assessing the Compostability of Environmentally Degradable Plastics (Withdrawn 2011) http://www.astm.org/[...] 2012-09-05
[111] 웹사이트 ASTM D6866 - 11 Standard Test Methods for Determining the Biobased Content of Solid, Liquid, and Gaseous Samples Using Radiocarbon Analysis http://www.astm.org/[...] Astm.org 2011-08-14
[112] 웹사이트 NNFCC Newsletter – Issue 16. Understanding Bio-based Content — NNFCC http://www.nnfcc.co.[...] Nnfcc.co.uk 2010-02-24
[113] 웹사이트 Braskem http://www.braskem.c[...] Braskem 2011-08-14
[114] 논문 바이오매스플라스틱의 보급이 세계의 식량불안에 미치는 영향의 장기평가 https://doi.org/10.1[...]
[115] 간행물 平成３１年度バイオプラスチック導入に向けた調査及びロードマップ作成に係る委託業務 報告書 http://www.env.go.jp[...] MUFG 2020-03-19
[116] 간행물 2050 년에 있어서의 세계의 식량수급 전망 http://www.maff.go.j[...] 농림수산성 2016
[117] 간행물 温暖化가 가져다 주는 식량 리스크 https://www.joi.or.j[...] JOI 2014-05-15
[118] 웹사이트 바이오 플라스틱은 환경에 좋습니까? 사실은, 생분해성, 퇴비화는, 간단하지 않다 https://rief-jp.org/[...] 일반 사단법인 환경 금융 기관 2018-12-03
[119] 뉴스 탈탄소 목표 재료 「바이오 플라스틱」에 오해도 많다 닛케이 신문 2021-01-07
[120] 뉴스 콜라병 중 3분의 1은 '썩는 플라스틱' http://biz.chosun.co[...] 조선비즈 2016-08-25
[121] 뉴스 플라스틱 쓰레기 대안은? http://www.ecomedia.[...] 환경미디어 2016-09-19
[122] 저널 인용 Five different chitin nanomaterials from identical source with different advantageous functions and performances https://www.scienced[...] Elsevier Science B.V., Amsterdam. 2019


본 사이트는 AI가 위키백과와 뉴스 기사,정부 간행물,학술 논문등을 바탕으로 정보를 가공하여 제공하는 백과사전형 서비스입니다.
모든 문서는 AI에 의해 자동 생성되며, CC BY-SA 4.0 라이선스에 따라 이용할 수 있습니다.
하지만, 위키백과나 뉴스 기사 자체에 오류, 부정확한 정보, 또는 가짜 뉴스가 포함될 수 있으며, AI는 이러한 내용을 완벽하게 걸러내지 못할 수 있습니다.
따라서 제공되는 정보에 일부 오류나 편향이 있을 수 있으므로, 중요한 정보는 반드시 다른 출처를 통해 교차 검증하시기 바랍니다.

문의하기 : help@durumis.com