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Biomaterials Research (2013) 17(3) : 114-120 114 Biomaterials Research C The Korean Society for Biomaterials 생분해성 고분자의 산업동향과 전망 The Industry Trend Analysis and Perspectives of Biodegradable Polymers 박노형 1 ·김동현 1 ·박보야나 2 ·정의섭 2 ·이준우 2 * No-Hyung Park 1 , Dong Hyun Kim 1 , Boyana Park 2 , Euiseob Jeong 2 , and Joon Woo Lee 2 * 1 한국생산기술연구원, 2 한국과학기술정보연구원 1 KITECH, 143 Hanggaul-ro, Sangnok-gu, Ansan 426-171, Korea 2 KISTI, 66 Heogi-ro, Dongdeamoon-gu, Seoul 130-741, Korea (Received May 6, 2013/Accepted August 15, 2013) Biodegradable materials are defined as a functional materials which can be degraded via microorganism and finally they are converted into H 2 O and CO 2 . Biodegradable materials are highlighted as materials to solve the environmental regulation from petrochemical dependence and applied to many fields such as vehicles, electronics, architectures and commodities etc. Although biodegradable materials have begun to achieve some degree of commercial success, the industry is still in an embryonic stage. For bioplastics, the market will continue to evolve as products become more widely available and performance is improved closely with conventional polymers such as PE, PP, PET and PS. Accord- ing to Freedonia Focus, the market prospect of natural polymer is expected to be about $ 1 billion at 2014 (CAGR = 6.5%). The market size of natural polymer is about $0.77 billion. For biodegradable material industry, market success will depend mostly on lowering production costs and performances to compete with conventional polymers. Key words: biodegradable, non-biodegradable, bioplastics, PLA, PHAs, starch-based resins 80 년대부터 바닥을 보이기 시작한 화석에너지를 대체하 위해 꾸준히 개발되어온 생분해성 소재는 최근들어 오일달러의 급등과 온실가스, 지구온난화의 환경관련 규제에 일환으로 생분해성 소재 관련 제품들이 관심을 받고 있으 , 또한 국제기구의 환경규제 강화와 고객의 니즈에 부합되며 Green Life 시대에 일치하는 친환경 소재인 바이오매스 기반 분해성 소재는 21 세기의 화두로 주목받고 있다. 바이오매스 기반 생분해성 소재란 기능성 고분자로서의 성능 석유계 합성 고분자 수준의 물성을 가지나 사용 또는 폐기 시에는 미생물의 활동에 의해 분해되어, 최종적으로는 이산화탄소로 변환하는 기능적 특징을 지닌 소재를 말한다. 자연계 물질 순환과의 같은 흐름을 하고 있기 때문에 이산화탄 소의 증가와 결부되지 않는다. 산업적으로는 재생 가능한 유기 자원을 원료로 일상생활에 편의성을 부여하는 유용한 고분자를 지속적으로 제조함으로서 화석자원의 사용 감축에 공헌하며 료용·농업용·원예용 자재와 같이 사용조건 하에서 적당한 기간 내에 분해되도록 설계함으로써, 사용 자재의 폐기물로 회수·처리가 필요 없는 생분해성 제품 제조에 관련된 산업 전체를 포함한다. 화학 산업 일부를 제외하고 성능향상 수준이 한계점에 도달 하여, 미래응용 원천소재 개발을 위해서는 순환형 천연고분자 소재가 발현하는 다양한 물성의 응용을 목표로 핵심기술 발에 초점을 맞추어, 연구개발체계를 구축하고 선도적 산업경 쟁력을 확보하는 것이 절실하다. 현재 순환형 사회구축에 크게 기여하는 미래형 재료인 천연고분자의 구조를 변경하고 친환경 공정으로 제품을 개발하는 원천기술 개발이 세계적으로 급한 주제로 인식되고 있다. 제품 분류 관점에서 보면, 바이오매스 기반 고기능성 생분해 소재는 석유화학합성 생분해성 플라스틱 석유계 플라스 틱의 대안으로서 재생가능자원으로 생분해성 소재를 제조하는 것을 말하며, 천연고분자와 바이오매스 기반 재생자원 소재를 모두 포함하고 있다. 공급망 관점에서 보면, 바이오매스 기반 고기능성 생분해성 소재는 원재료에 해당하는 바이오매스, 량체, 생분해성 고분자 중합체, 배합, 성형 가공 응용 산업 적용 등을 거쳐 실제 소비자 또는 생분해성 적용 산업에 연계 있는 생분해성 고분자 적용 산업 시스템으로 구성되는 전반을 포함한다. 바이오매스와 같은 재생가능 자원을 이용하여 제조된 바이오 기반 고분자는 전형적인 바이오 플라스틱이라 있으며, 이러한 소재를 바이오 플라스틱이라고 말한다. 기존의 플라스 틱은 사용 폐기 다량의 CO 2 발생하게 되어 인체와 환경에 악영향을 미치는 것으로 인식되어 석유기반 고분자 * 책임연락저자: [email protected] 19

C The Korean Society for Biomaterials3)114-120.pdf · 정부의 온실가스 감축 목표(2020년 배출전망치의 30% 감축) 달성을 위해, 온실가스 저감 효과가 큰

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Biomaterials Research (2013) 17(3) : 114-120

114

Biomaterials

Research

C The Korean Society for Biomaterials

생분해성 고분자의 산업동향과 전망

The Industry Trend Analysis and Perspectives of Biodegradable Polymers

박노형1·김동현1·박보야나2·정의섭2·이준우2*

No-Hyung Park1, Dong Hyun Kim1, Boyana Park2, Euiseob Jeong2, and Joon Woo Lee2*

1한국생산기술연구원, 2한국과학기술정보연구원1KITECH, 143 Hanggaul-ro, Sangnok-gu, Ansan 426-171, Korea2KISTI, 66 Heogi-ro, Dongdeamoon-gu, Seoul 130-741, Korea(Received May 6, 2013/Accepted August 15, 2013)

Biodegradable materials are defined as a functional materials which can be degraded via microorganism and finallythey are converted into H2O and CO2. Biodegradable materials are highlighted as materials to solve the environmentalregulation from petrochemical dependence and applied to many fields such as vehicles, electronics, architectures andcommodities etc. Although biodegradable materials have begun to achieve some degree of commercial success, theindustry is still in an embryonic stage. For bioplastics, the market will continue to evolve as products become morewidely available and performance is improved closely with conventional polymers such as PE, PP, PET and PS. Accord-ing to Freedonia Focus, the market prospect of natural polymer is expected to be about $ 1 billion at 2014(CAGR = 6.5%). The market size of natural polymer is about $0.77 billion. For biodegradable material industry, marketsuccess will depend mostly on lowering production costs and performances to compete with conventional polymers.

Key words: biodegradable, non-biodegradable, bioplastics, PLA, PHAs, starch-based resins

서 론

80년대부터 바닥을 보이기 시작한 화석에너지를 대체하

기 위해 꾸준히 개발되어온 생분해성 소재는 최근들어

오일달러의 급등과 온실가스, 지구온난화의 환경관련 규제에 따

른 일환으로 생분해성 소재 관련 제품들이 관심을 받고 있으

며, 또한 국제기구의 환경규제 강화와 고객의 니즈에 부합되며

Green Life시대에 일치하는 친환경 소재인 바이오매스 기반 생

분해성 소재는 21세기의 화두로 주목받고 있다.

바이오매스 기반 생분해성 소재란 기능성 고분자로서의 성능

과 석유계 합성 고분자 수준의 물성을 가지나 사용 후 또는

폐기 시에는 미생물의 활동에 의해 분해되어, 최종적으로는 물

과 이산화탄소로 변환하는 기능적 특징을 지닌 소재를 말한다.

자연계 물질 순환과의 같은 흐름을 하고 있기 때문에 이산화탄

소의 증가와 결부되지 않는다. 산업적으로는 재생 가능한 유기

자원을 원료로 일상생활에 편의성을 부여하는 유용한 고분자를

지속적으로 제조함으로서 화석자원의 사용 감축에 공헌하며 의

료용·농업용·원예용 자재와 같이 사용조건 하에서 적당한

기간 내에 분해되도록 설계함으로써, 사용 후 자재의 폐기물로

회수·처리가 필요 없는 생분해성 제품 제조에 관련된 산업

전체를 포함한다.

화학 산업 일부를 제외하고 성능향상 수준이 한계점에 도달

하여, 미래응용 원천소재 개발을 위해서는 순환형 천연고분자

소재가 발현하는 다양한 물성의 응용을 목표로 한 핵심기술 개

발에 초점을 맞추어, 연구개발체계를 구축하고 선도적 산업경

쟁력을 확보하는 것이 절실하다. 현재 순환형 사회구축에 크게

기여하는 미래형 재료인 천연고분자의 구조를 변경하고 친환경

공정으로 제품을 개발하는 원천기술 개발이 전 세계적으로 시

급한 주제로 인식되고 있다.

제품 분류 관점에서 보면, 바이오매스 기반 고기능성 생분해

성 소재는 석유화학합성 생분해성 플라스틱 및 석유계 플라스

틱의 대안으로서 재생가능자원으로 생분해성 소재를 제조하는

것을 말하며, 천연고분자와 바이오매스 기반 재생자원 소재를

모두 포함하고 있다. 공급망 관점에서 보면, 바이오매스 기반

고기능성 생분해성 소재는 원재료에 해당하는 바이오매스, 단

량체, 생분해성 고분자 중합체, 배합, 성형 가공 및 응용 산업

적용 등을 거쳐 실제 소비자 또는 생분해성 적용 산업에 연계

될 수 있는 생분해성 고분자 적용 산업 시스템으로 구성되는

전반을 포함한다.

바이오매스와 같은 재생가능 자원을 이용하여 제조된 바이오

기반 고분자는 전형적인 바이오 플라스틱이라 할 수 있으며,

이러한 소재를 바이오 플라스틱이라고 말한다. 기존의 플라스

틱은 사용 후 폐기 시 다량의 CO2를 발생하게 되어 인체와

환경에 악영향을 미치는 것으로 인식되어 석유기반 고분자 플*책임연락저자: [email protected]

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생분해성 고분자의 산업동향과 전망 115

Vol. 17, No. 3

라스틱을 대체할 수 있는 새로운 친환경 소재로 바이오 플라

스틱은 산업적으로 매우 중요한 소재가 되어가고 있다. 상용화

된 가장 대표적인 제품으로는 식물자원을 발효시켜 제조된 젖

산을 중합하여 제조된 고분자인 폴리락트산(PLA: polylactic

acid)을 들 수 있다. 개발초기에는 바이오 플라스틱의 제조 기

술의 수준이 낮아서 가격이 높고 물성이 좋지 않아 외면되어

왔으나, 최근에는 기술의 발달과 함께 제조가가 감소하고 품질

개선이 진척되어 시장에서의 요구가 급증하고 있다.

현재 생분해성 고분자는 전분/녹말계 고분자가 시장의 39%

로 가장 큰 비중을 차지하고 있으며, 전체 생산량의 75%가

포장재로 사용되며, 나머지는 농업용으로 사용되고 있다. 그러

나 향후 타이어용 충진재, 자동차의 PP제품 대체, 전기재료 등

으로의 응용분야의 확장이 기대되고 있다. 그리고 대표적인 생

분해성 고분자인 폴리락트산(PLA)의 경우는 생산량의 70%가

포장재로 사용되며, 의류나 가구용 섬유제품이 28%, 그 외 농

업용 필름, 전기재료에 각각 1%씩 사용되고 있다. 최근에는

방열성 PLA의 개발로 향후 섬유용의 비중이 높아질 것으로 예

상되고 있다.

PLA 외에도 현재 상업화 단계에 진입 중에 있는 고분자로

여러 가지를 들 수 있으며 대부분의 생분해성 폴리에스터들이

여기에 속하여, 대표적인 것에는 PHAs (polyhydroxyalkanoates)

등을 들 수 있다. PLA와 마찬가지로 PHAs도 80%가 포장재

로 사용되며, 나머지는 농업용 필름으로 사용되고 있다. 그러

나 향후 전기전자재료, 건축용 자재, 섬유분야로 확장될 것으

로 기대하고 있다.

본 논문에서는 생분해성 고분자 관련 특허 및 논문의 분석

을 통한 기술현황과 시장현황을 분석을 통해 생분해성 고분자

연구, 개발의 필요성 및 가능 분야에 대한 방향을 제시하고자

한다.

동향분석

특허현황 분석

고기능성 생분해성 소재 제품의 대상특허 2,900건 전체에

대한 각 국가의 연도별 출원동향을 살펴보면, 유럽과 일본의

경우 2009년까지 일정 수준의 출원이 지속적으로 이루어지는

양상을 보였으나, 이후 급격한 감소세를 보이고 있다. 미국의

경우 2010년까지 일정 수준의 출원이 지속적으로 이루어지나

이후 급격하게 감소하는 경향을 보이고, 한국의 출원은 2006

년의 출원건수를 기준으로 2008년에 소폭 상승하고 2010년에

소폭 하락하는 양상을 보이고 있으나, 2010년 이후 급격하게

감소하는 경향을 보인다.

출원규모에 있어서는 미국 1,127(39%)로 가장 높은 점유율

을 보이고 있으며, 일본 638(22%), 한국 622(21%), 유럽 513

(18%)의 순으로 특허점유율을 보이고, 전 세계 특허출원 건수

를 대상으로 연평균증가율을 보면, 2009년까지 계속적인 증가

추세를 보이다가 이후 전체적인 출원도 감소추세를 나타내고

있는데 이는 출원일로부터 18개월 후 공개한다는 특허공개제

도에 의한 일시적인 현상으로 판단된다.

고기능성 생분해성 소재 제품의 해외특허 주요 출원인의 출

원 현황을 살펴보면, 모든 국가에서 기업이 80% 이상을 출원

하고 있어 연구소/대학에 비해 많은 특허출원을 하고 있다. 특

히 유럽과 일본, 미국은 각각 89%, 88%, 84%의 높은 비율

을 나타내어 기업의 출원이 절대적인 것으로 나타났다.

국내의 경우, 고기능성 생분해성 소재 제품의 국내특허 출원

Table 1. The classification of biodegradable products via supply chain

대분야 중분야세부 제품

소재/부품 장비

생분해성

소재

바이오매스 원료- 식물자원, 식물성오일, 폐식물자원, 목질계, 미생물계, 해양식물자원, 동물자원 등

바이오매스 제조 장비, 정제기,추출기, 라인, 반응로, 파쇄장비 등

단량체 및발효, 효소 기술

- 효소(oxygenase, peroxidase, lactate dehydrogenase, oxidase, lipase, Peptidase 등)

- 미생물(Alcaligenes eutrophus, Sphaerotilus natans, E. Coli 등)- 단량체(Cardanol, 1,3-Butandiol, Lactic Acid, Fructose, Castor

Oil, Lignin, Glucose, Pectin, Starch, 각종 Amino Acid 등)

합성 반응기, 효소 반응기, 발효 장치, 건조로, 바이오리액터, Furnace,

자동화 이송설비 등

고분자 중합, 복합재료 - Gum, Polysaccharide, Starch, Lignin, PLA, PHB, PBS, PHA 중합 반응기, 물성 측정 장비,이송라인, 각종 분석 장비 등

성형, 가공 및 응용 산업 - 필름, sheet, plate, 성형 및 블렌딩, 금형 및 사출제품, 포장재, 건설, 전자, 의료 용, 자동차 등 다양한 산업 적용 제품

성형기, 사출기, 건조기, 블로우몰딩기, 분쇄기, 착색기 등

Figure 1. The application trends of patents about biodegradablematerials.

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116 박노형·김동현·박보야나·정의섭·이준우

Biomaterials Research 2013

동향을 살펴보면, 출원건수는 연도별로 지속적인 증가 추이를

보이고 있으며, 내국인 출원비율 역시 지속적인 출원을 유지하

고 있다. 최근 범국가적으로 친환경적인 시대적 흐름에 발맞추

어 소모성 소재 제품을 대체할 대안으로 주목받고 있는 고기

능성 생분해성 소재 제품은 기업과 연구소에서 지속적인 연구

가 이루어지고 있으므로 향후 해당기술에 대한 출원이 지속적

으로 증가할 것으로 예상된다.

출원인을 구분하여 보면 해외출원인의 특허비율이 30%로 가

장 높았고, 대기업, 중소기업, 대학/연구소/공공기관이 각각

25%, 24%, 22%로 분석되어, 고기능성 생분해성 제품 분야는

Figure 2. Major applicants in oversea patents.

Figure 3. The trend of domestic application and the ratio of local applicants by year.

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생분해성 고분자의 산업동향과 전망 117

Vol. 17, No. 3

출원점유율에 있어서 균일하게 분포되어 있다. 이는 친환경적

인 시대적 흐름에 부합하는 측면과 해당분야의 시장 잠재력으

로 해석할 수 있다.

고기능성 생분해성 소재 제품의 국내 주요출원인 현황을 살

펴보면, 대기업과 대학/연구소가 대기업보다 활발한 특허출원

활동을 나타내고 있는 것으로 조사되었으며, 대기업인 에스케

이씨(KR)가 가장 많은 출원으로 18건을 기록하고 있다. 대학/

연구소에서는 한국과학기술연구원(KR)이 최다출원인이고, 중소

기업은 엔브이에이치코리아(KR)와 메타바이오매드(KR)가 최다출

원인으로 조사되고 있다.

기술 현황

미국, 일본, 유럽 특허 출원일(2006년~2012년 9월 30일)을

기준으로 특허 2,900건, 논문 1,857건 전체에 대한 고기능성

생분해성 소재 전략제품의 특허 및 논문데이터를 검색하여 데이

터마이닝 기법(Scientometrics 기법)으로 분석된 clustering 결과

와 키워드의 연관성을 바탕으로 요소기술 후보군을 도출하였다.

고기능성 생분해성 소재 전략제품의 특허 및 논문 데이터를

검색하여 데이터 추출 프로세스를 통하여 클러스터 16개 도출

하였다. 유효특허와 논문에서 1차로 빈도수 25%이상의 키워드

를 선별하였으며, 2차에서는 최종 cluster를 추출하기 위해 3이

상의 연관도가 나오는 키워드를 선별하여 특허 및 논문을 통

하여 기술군 클러스터링을 수행하여 최종 16개의 클러스터로

구분하였다. 고기능성 생분해성 소재 전략제품의 최종 추출된

16개 클러스터는 점선동그라미로 표시하였고, 각 클러스터별로

특허와 논문 중에 어느 소스에서 도출되었는지 표시하였다. 참

고로 클러스터 1-2, 10-11, 13, 15는 군집이 모여서 형성되는

것으로 보아 클러스터 3-9, 12, 14, 16보다 서로 연관도가

서로 더욱 높은 것을 알 수 있었다.

Figure 4. Present condition of domestic patents application.

Figure 5. The clustering results of strategic biodegradable material based products.

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118 박노형·김동현·박보야나·정의섭·이준우

Biomaterials Research 2013

이와 같은 방법을 통하여 고기능성 생분해성 소재 전략제품

에서 도출된 각 cluster별로 해당키워드와 연관도수치를 참고하

고, 전문가의견을 반영하여 요소기술명을 도출하였고, 그 결과

를 Table 2에 정리하였다.

산업분석

생분해성 소재는 다음과 같은 니즈에 의해 개발 및 연구가

활발히 진행되고 있다.

가격경쟁력 요구 :저가격화(cost down) 생분해성 수지

바이오매스 기반 생분해성 소재 단가를 기존 석유기반 합성

고분자와 비교할 시, 국가별로 차이를 보이지만 한국의 경우

바이오매스 기반 생분해성 소재 원료 단가가 약 1.1~1.4 $/kg

에 근접하는 2013년경에 경쟁력을 확보할 수 있는 시기에 도

달할 것으로 예상되고 있다. 바이오매스 기반 생분해성 소재

시장의 가장 큰 과제는 기존 석유화학 제품 수준의 물성과 가

격 경쟁력 확보에 있다. 최근에는 고유가 지속과 함께 바이오

제품의 생산기술 발전으로 석유화학기반 플라스틱과의 가격 격

차가 현저히 줄어들고 있으며, 일부에서는 석유화학 제품과 곧

바로 경쟁할 수 있는 제품도 나타나고 있는 상황이다.

석유가격 상승과 CO2 배출억제에 대한 적용 증가 전망 :물

성강화 및 내구성 바이오매스 고분자, 석유기반 원료가 상승

부담

정부의 온실가스 감축 목표(2020년 배출전망치의 30% 감축)

달성을 위해, 온실가스 저감 효과가 큰 자원 순환형 바이오매스

비중을 적극적으로 향상시킬 필요가 있으며, 추후 석유기반 합

성고분자는 탄소세 부가로 고분자시장에서 경쟁력 약화 가능성

이 있다. 급등하는 석유가격과 이산화탄소 배출억제로 인하여

석유화학산업은 재생자원으로부터 고품질 플라스틱 및 생분해

성 소재를 제조할 수 있도록 시장니즈에 맞추어 제품을 개발

해야 시장 확대에 기여가 가능할 것으로 기대된다.

바이오매스 원료 가격 급등 등으로 인한 수급 불안정성 :대

량 생산의 국산화, 소재 적용 비중이 높은 생분해성 소재

바이오매스 기반 생분해성 원료 및 단량체 소재의 경우 여

전히 외국업체로부터 일괄 도입하는 경우가 대부분으로 국제원

료가격 상승시의 비용 증가, 기술문제 해결 지연 등의 문제가

항상 존재한다. 바이오매스 기반 생분해성 소재(원료 및 단량

체), 고분자 중합 및 가공기술(발효, 정제, 물성, 복합재료화,

성형기술 등)의 국산화를 통해 단가 절감뿐만 아니라, 아웃소

싱 기업 다변화로 수급 불안정성의 해소가 절실하다.

Table 2. The element technologies in biodegradable materials

요소기술명

Cluster 해당키워드 연관도 수치 요소기술명(Raw data) Source

1 biodegradablestarch, container, manufacturing 14 일회용 생분해성 용기 제조 기술 특허

2plastic, composition, biodegradation rate, surface, reaction rate, magnesium, degradability, velocity, control

12-18 생분해성 플라스틱 조성물/성형품의

생분해 속도 제어 기술특허

3 reinforcing, resin, joining, reinforced, sheet 8-17 생분해성 수지 부재 보강/접합 기술 특허

4copolymer, compose, block, nanoparticles, composition, compound, plastics

8 생분해성 중합체/공중합체 합성 기술 특허

5medical devices, polymeric regions, silica gel, reactant, magnesium, medical use, biodegradable stent

7-9 생분해성 의료용 디바이스 제조 기술 특허 +논문

6biodegradable waste, muncipal waste, stabilization, medical devices

7 생분해성 폐기물의 호기성 생물학적

안정화 기술 특허 +논문

7 biodegradable film, vinyl-film, polylactic acid, 7-9 생분해성 필름을 이용한 수중 퇴적

오염물 정화 기술 특허 +논문

8 drug delivery, drug release, nanoparticles, biopolymers 7 생분해성 폴리머의 전기방사를 이용

한 신규 약물 전달 시스템논문

9nanocomposites, biodegradable film, polymer material, nanoparticles, morphology

5-10 나노복합 고분자소재를 함유하는 생

분해성 필름 제조 기술특허

10nanocomposites, eco-friendly, biodegradable resin composition, biomaterial, biodegradable polymeric material

5-15 친환경 바이오 생분해성 나노복합수

지 조성물 제조 기술 특허 +논문

11effective components, biodegradable polyester, biodegradable plastic, polylactic acid

5-8 생분해성 폴리에스테르 회수물의 유

효 성분 회수 기술 특허 +논문

12nanofibers, morphology, nanocomposites, paper, formation, manufacturing method

5 생분해성 나노섬유 복합체 제조 기술 특허 +논문

13decomposition, biodegradable fiber, biodegradable device, biodegradable container, treatment, dispose

5-7 생분해성 물질 분해/처리 기술 특허 +논문

14 biodegradable, mulching film, biodegradable surface layer film 4-20 생분해성 농업용 멀칭필름 제조 기술 특허 +논문

15biodegradable metallic stent, metal complex, biodegradable metallic implants

4-14 생분해성 금속 제조 기술 특허

16biomass, biodegradable polymer, embodiment, monomer composition, biodegradable composition

3-16 바이오매스로 부터 생분해성 고분자

제조를 위한 단량체 합성 기술 특허 +논문

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생분해성 고분자의 산업동향과 전망 119

Vol. 17, No. 3

관련 고분자 중합기술, 성형기술 등 우수한 기술 활용 가능 :

기능성과 물성 강화 생분해성 소재

한국은 석유화학 관련 원료 및 중간체 제품 생산 분야에서

세계적 기술 보유 역량을 기반으로 바이오매스 기반의 생분해

성 소재 기술 우위 확보가 가능할 것으로 예상된다. 생산기술의

진보로 높아진 바이오매스 기반 생분해성 소재의 산업별 적용

효율은 제품경쟁력을 바탕으로 시장확대 및 산업촉진 요소로

작용할 것이다.

시장분석 및 전망

Freedonia Focus의 2009년 바이오재료 시장보고서에 수록된

천연고분자 시장전망에 의하면 2009년 약 7.7억 달러에서

2014년 약 10억 달러로 연평균(CAGR) 6.5%의 성장이 예상

되고 있다.

천연고분자는 합성 고분자와 미생물 유래 고분자들에 비해

상대적으로 가공성은 다소 떨어지나 가격이 상대적으로 저렴하

다는 장점이 있다. 대표적으로 키틴은 주로 의료용 생체재료로

이용되며, 무독성의 전분은 풍부하여 공급이 원활하며, 다양한

변성기술이 개발되고 있다.

전 세계적으로 환경보전의 필요성이 널리 인식됨에 따라 사

용 후 폐기하였을 때 토양 중에 있는 미생물 등에 의해 분해

될 수 있는 환경 친화적인 생분해성 고분자의 연구개발이 활

발하게 진행되고 있으며, 앞으로 친환경 관련 산업의 발전추세

에 따라 시장도 확대될 것으로 전망되고 있다.

Markets and Markets의 재생고분자 시장 보고서의 폴리락트

산(PLA)시장 전망에 따르면, PLA는 연평균 15.6%성장하여

2014년 60만 달러의 시장으로 성장할 것으로 예상되고, 특히,

폴리에스테르(PHAs)는 연평균 35.7%의 비교적 높은 성장이 예

상되며 2011년 30만 달러에서 2014년 150만 달러로 성장 할

것으로 전망하고 있다.

생분해성 소재로서 미생물에 의해 만들어진 미생물 폴리에스

테르(PHAs)는 열가소성 고분자로 필름, 섬유 등으로 유용가공

이 가능하여 공업적 이용이 기대되고 있으며, 미생물 폴리에스

테르는 자연계에서 미생물이 균체 외로 방출한 효소에 의해 분

해되고 분해 생성물이 미생물에 의해 자화되기 때문에 자연에

서 소멸되는 특징을 가지고 있다. 환경오염방지라는 시대적 요

Table 3. NET analysis of biodegradable material fields

구분 촉진요인 저해요인

수요

- 지구 온난화 방지를 위한 환경규제의 강화 - 녹색성장 정책 강화로 관심집중 - 국제 경제 위기로 인한 석유가격의 요동

- 가격 경쟁력 요구 - 탄소세부가에 따른 부담

환경

- 급등하는 석유 가격과 CO2 배출 억제에 대한 니즈 - 합성 플라스틱 폐기물의 유해성 논란 - 환경 비친화적 제품에 대한 거래 제약

- 바이오매스, 곡물가격, 수입 부품소재 가격 급등 등으로 인한 수급 불안정성

기술 - 바이오매스 수요 및 생분해성 적용 대상 증가 전망 - 관련 이산화탄소 저감 산업 등 우수한 기술 활용 가능

- 석유계 소재에 비해 물성 미흡 - 환경 내구성에 대한 평가 방법 및 향상 미흡

- 바이오매스 기반 생분해성 소재 시장의 가장 큰 과제는 기존 석유화학 제품 수준의 물성과 가격 경쟁력 확보에 있음. - 급등하는 석유가격과 이산화탄소 배출억제로 인하여 석유화학산업은 재생자원으로부터 고품질 플라스틱 및 생분해성 소재를 제조할 수 있도록, 시장니즈에 맞추어 제품을 개발해야 시장 확대에 기여가 가능함.

- 바이오매스 기반 생분해성 원료 및 단량체 소재의 경우 여전히 외국 업체로부터 일괄 도입하는 경우가 대부분으로 국제원료가격 상승시의비용 증가, 기술문제 해결 지연 등의 문제가 존재함.

- 한국은 석유화학 관련 원료 및 중간체 제품 생산 분야에서 세계적 기술을 보유하고 있는 역량을 기반으로 바이오매스 기반 생분해성 소재기술 우위 확보 가능.

Figure 6. Market forecasts of biodegradable materials.

Page 7: C The Korean Society for Biomaterials3)114-120.pdf · 정부의 온실가스 감축 목표(2020년 배출전망치의 30% 감축) 달성을 위해, 온실가스 저감 효과가 큰

120 박노형·김동현·박보야나·정의섭·이준우

Biomaterials Research 2013

구에 따라 생분해성 고분자의 중요성은 이미 충분히 인식되어

왔으며 미생물 천연고분자 시장은 환경분해성 고분자로, 현재

산업화하고 있으며 많은 국가에서 이러한 환경분해성 고분자의

사용을 법적으로 의무화하여 앞으로 연구와 제품개발이 활발히

이루어질 것으로 예상된다.

Freedonia Focus의 2009년 바이오 재료 시장 보고서에 수

록된 합성고분자 시장 전망에 의하면 2009년 약 18억 달러에

서 2014년 약 24억 달러로 연평균(CAGR) 6.3% 성장이 예

상되고 있다.

결 론

생분해성 소재는 기능성 소재로서의 성능과 석유계 합성 고

분자 수준의 물성을 가지나 사용 후 또는 폐기 시에는 미생물

의 활동에 의해 분해되어, 최종적으로는 물과 이산화탄소로 변

환하는 기능적 특징을 지닌 소재를 말한다.

급등하는 석유가격과 이산화탄소 배출억제로 인하여 석유화

학산업에서 재생자원을 이용한 고품질 플라스틱 및 생분해성

소재로 패러다임의 전환이 이루어지고 있다. 그러나 바이오매

스 기반 생분해성 소재 시장에 있어서 기존 석유화학 제품 수

준의 물성과 가격 경쟁력 확보 가장 큰 과제가 되고 있다.

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Figure 7. Market forecasts of renewable polymers.

Figure 8. Market forecasts of synthetic biomaterials.