바이오플라스틱의 가능성

플라스틱의 가능성

석기시대부터 철기시대, 강철의 시대까지, 우리는 그 시기에 주로 사용하는 1차 물질로 사회의 중대한 시기를 분류한다. 그렇다면 지금은 플라스틱 시대라고 부르는 것이 적절할 듯하다. 전 세계적으로 매년 약 3억1000만 톤의 플라스틱이 생산된다. 이는 1인당 37.6킬로그램으로, 2050년에는 플라스틱 생산이 4배로 증가할 것으로 예상된다. 플라스틱은 옷에서부터 컴퓨터, 가구, 축구장에 이르기까지 어디에나 있으며, 거의 모든 플라스틱은 화석연료로 만들어진다. 실제로 세계 연간 석유 생산량의 5~6퍼센트가 플라스틱 제조의 원료가 된다. 그러나 플라스틱을 구성하는 폴리머는 화석연료뿐만 아니라 자연의 모든 곳에 존재하며, 전문가들은 현재 플라스틱의 90퍼센트가 식물이나 다른 재생 가능한 공급 원료에서 파생될 수 있다고 추정한다. 이러한 생물 기반의 플라스틱은 땅에서 왔고 다시 땅으로 돌아갈 수 있다. 심지어 화석연료 기반의 플라스틱보다 탄소배출량이 더 낮은 상태로 돌아갈 수 있다.

 

플라스틱의 어원인 그리스어 동사 plassein은 모양을 만들다라는 뜻이다. 플라스틱에 가단성을 제공하는 것은 폴리머인데, 많은 원자나 분자가 서로 결합된 체인 같은 구조로 되어 있다. 탄소를 중심으로 수소, 질소, 산소 등 다른 원소들이 연결되어 있다. 폴리머는 합성으로 만들 수 있지만, 우리 주변과 몸 안에서 자연적으로 발생하며 모든 살아 있는 유기체의 일부분이다. 지구상에서 가장 풍부한 유기물질인 셀룰로오스는 식물 세포벽에 있는 폴리머다. 키틴질은 갑각류와 곤충의 껍데기 및 외피에서 많이 발견되는 또 다른 폴리머다. 감자, 사탕수수, 나무껍질, 해조류, 새우는 모두 플라스틱으로 변환될 수 있는 천연 폴리머를 함유하고 있다.

 

비록 지금은 석유 기반 플라스틱이 시장을 지배하고 있지만, 가장 초기의 플라스틱 재료는 식물 셀룰로오스였다. 19세기에 미국과 유럽의 부자들에게는 당구를 치는 관습이 있었는데, 당구대를 장식하는 당구공들은 100퍼센트 단단한 상아였다. 그 시장은 탐욕스러웠다. 코끼리의 엄니로 상아를 얻기 위해 수천 마리의 코끼리가 도살당했다. 단지 한 줌의 당구공을 얻기 위해서였다. 이에 대중의 항의는 거세졌고, 당구 업계의 비용도 인상되었다. 당구 선수이자 업계의 거물이었던 마이클 펠런은 상아 대신 다른 재료로 당구공을 만드는 사람에게 1만 달러 상당의 금을 수여하겠다고 내걸었다. 이 소식을 들은 인쇄업자이자 발명가 존 웨슬리 하이엇은 이 과제에 도전해보기로 했다. 그는 면의 셀룰로오스로부터 셀룰로이드라고 하는 물질을 개발했다. 그러나 셀룰로이드는 당구공을 만들기에는 적합하지 않았다. 하얏트는 상금을 받진 못했지만 셀룰로이드는빗이나 손거울, 칫솔 손잡이, 영화 필름과 같은 제품에 안성맞춤이었다. 

 

바이오플라스틱의 탄생

헨리 포드 역시 바이오플라스틱의 가능성을 실험했다. 그는 연구 개발 프로그램에 착수했고 공으로 자동차 부품을 만드는 작업에 초점을 맞췄다. 1941년 포드는 자신의 콩 자동차를 선보였지만, 한없이 하락한 화석연료 가격과 모든 관심이 제2차 세계대전에만 쏠려 있는 상황을 극복할 수 없었다. 초기 바이오플라스틱의 형태였던 셀룰로이드는 베이클라이트의 발명에 불을 지폈다. 리오 베이클랜드는 세계 최초로 석유 기반 플라스틱을 만들었다. 석유화학 산업의 등장과 함께 20세기 초 베이클라이트는 석유 기반 폴리머의 폭발적인 성장을 이끌었다. 내구성도 높고 가벼운 물질로 다양한 크기와 모양의 물건을 만들 수 있게 된 것이다. 게다가 가격도 매우 저렴했다.

 

다른 많은 화석연료 대안과 마찬가지로, 1970년대의 석유 위기가 닥치기 전까지 바이오플라스틱은 부차적인 재료였다. 1990년대에 녹색 화학이 등장하고 유가가 상승하자 상용 바이오플라스틱 생산이 본격화되었다. 오늘날 다양한 제조업, 특성 및 응용을 통해 다양한 바이오플라스틱 제품이 생산 중이나 개발 중에 있다. 대부분은 이런저런 종류의 포장에 주로 사용되지만, 섬유에서부터 제약, 전자제품에 이르기까지 모든 것에 사용될 수 있다. 바이오 기반 제품은 최소 부분적으로라도 바이오매스로부터 파생된다. 바이오 기반의 플라스틱은 생분해될 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 사탕수수나 옥수수로 만든 폴리에틸 쇼핑백은 생분해되지 않지만, 일회용 컵에서 볼 수 있는 폴리 유산과 봉합에 사용될 수 있는 폴리히드록실알카노에이트와 같은 플라스틱은 모두 바이오 기반이며 적절한 조건하에서 생분해될 수 있다. 바이오플라스틱에 대한 연구는 원료, 제조, 용도의 한계를 뛰어넘고 있다. 우리는 지속 가능한 원료를 찾고 석유화학적 집약농업은 피해야 한다.

 

바이오플라스틱의 효과

우리는 플라스틱의 총생산량이 2014년 3억1100만 톤에서 2050년에는 최소 7억9200만 톤으로 증가할 것으로 추정했다. 이는 보수적인 추정치로 다른 출처에 따르면 현 추세가 계속될 경우 10억 톤을 넘을 것이라고 한다. 우리는 바이오플라스틱의 공격적인 성장을 고려해 바이오플라스틱이 2050년까지 시장의 49퍼센트를 차지하고 4.3기가톤의 배출을 줄여줄 것으로 예측한다. 기술적 잠재력은 훨씬 더 높지만, 추가적인 토지 전환 없이는 바이오매스 원료가 제한되기 때문에 한계가 있다. 이 시나리오에서 바이오플라스틱을 생산하는 데 드는 비용은 30년간 190억 달러다. 현재 생산자가 부담하는 비용은 높지만, 이는 계속 빠르게 감소하고 있다.