신성장동력으로서의 바이오화학산업의 정책과제 - 바이오플라스틱을 중심으로 -

세계 바이오화학산업의 정의와 범위, 시장규모 자체 및 동 예측은 기관마다 각양각색이다. 이는 동 산업이 선진국에서조차 아직 도입단계 내지 성장 초기단계이기 때문에, 가까운 장래에 어느 정도의 규모로 성장할 것인지 예상하기 어려움을 반증한다. 효소와 미생물 등에 기반을 둔 산업바이오의 눈부신 발전에도 불구하고, 2009년 기준 바이오기반 화학제품은 전세계 화학제품 총생산량의 3~6%를 차지하는 데 불과한 것으로 추정되고 있다. 하지만 이와 같은 제약은 최근 BT의 급속한 발전을 통해 점차 해소되어 가고 있다. 바이오화학산업에 대한 낙관적인 전망치에 근거하면, 2005년부터 20년간 세계 화학산업 시장은 매년 3~6%씩 성장하여 2025년에 총 2조 달러 이상의 시장이 형성될 것으로 예상된다. 2005년 미국 내 전체 화학 제품 매출액의 4%를 바이오화학산업이 차지했었지만, 정책 지원이 따를 경우 2025년에는 20%를 초과할 것으로 예상된다. 바이오플라스틱의 경우 현재 전체 플라스틱 제품의 0.1%를 점유하고 있으나, 향후 2025년까지 10~20%까지 점유율이 성장할 것으로 전망된다. 세계 바이오화학산업의 시장규모 자체 및 동 예측은 기관마다 각양각색이다. 이는 동 산업이 선진국에서도 아직 도입 초기단계이기 때문에, 가까운 장래에 어느 정도의 규모로 성장할 것인지 예상하기 어려움을 반증한다. 효소(enzyme)와 미생물(microorganism) 등에 기반을 둔 산업바이오의 눈부신 발전에도 불구하고, 2009년 기준 바이오기반 화학제품은 전세계 화학제품 총생산량의 3~6%를 차지하는 데 불과한 것으로 추정되고 있다. 하지만 이와 같은 제약은 최근 BT의 급속한 발전을 통해 점차 해소되어 가고 있다. 바이오화학산업에 대한 USDA(2008) 등의 낙관적인 전망치에 의하면, 2005년부터 20년간 세계 화학산업 시장은 매년 3~6%씩 성장하여 2025년에 총 2조 달러 이상의 시장이 형성될 것으로 예상된다. 2005년 미국 내 전체 화학제품 매출액의 4%를 바이오화학산업이 차지했었지만, 정책 지원이 따를 경우 2025년에는 20%를 초과할 것으로 예상된다. 바이오플라스틱의 경우 현재 전체 플라스틱 제품의 0.1%를 점유하고 있으나, 향후 2025년까지 10~20%까지 점유율이 성장할 것으로 전망된다. 21세기에 접어들면서 새롭게 부상하고 있는 바이오화학산업은 산업 경제의 지속성장을 가능케 하는 산업으로, 석유·자원 고갈과 CO2 배출 및 기후변화 문제의 유력한 대안을 제시해 준다. 바이오화학산업은 선진국을 중심으로 향후 이른 시일 내에 본격적인 성장기에 접어들 것으로 예상된다. 하지만, 바이오화학산업이 전통 석유기반 화학산업을 송두리째 대체할 정도로까지 폭발적으로 성장할 것으로 내다보기는 어려울 것으로 보인다. 그것은 석유화학 제품 대비 바이오화학 제품의 물성(properties)이 아직은 크게 열위인 데다, 저렴한 비식량 바이오매스 원료의 안정적 확보 곤란, 관련 인프라 구축 미흡 등으로 인해 가격 또한 전자가 후자보다 훨씬 비싸기 때문이다. 우리나라의 경우에도 일부 바이오기업과 화학기업이 오래 전부터 바이오화학 사업에 매달려 왔고, 정부 차원에서도 신성장동력 확보정책의 일환으로 바이오화학산업 지원을 위한 청사진 제시가 수차례 있어 왔다. 그러나 전반적으로 ‘바이오화학산업’에 대한 연구나 기술개발 수준은 아직 도입 초기단계로, 지원전략도 기획단계에 와 있다고 할 수 있다. 한국석유화학협회에 의하면, 국내 석유화학산업의 경우 주원료가 석유로(제조원가의 60~70% 점유) 연료비중이 낮은 편이다. 또 석유화학 산업은 국내 온실가스의 약 5.2%를 점유하고 있으나, 세계 최고의 에너지 효율성을 유지하고 있는 것으로 평가되고 있으며 나프타 크래커(cracker)설비 에너지 효율성 평균 대비 67%로 세계 1위이다. 이에 따라, 국내 석유화학 기업으로서는 제품 생산단계에서 추가적인 온실가스 감축에 한계가 있다고 한다. 이에 비해, 바이오화학산업은 재생가능한 바이오매스와 미생물이나 효소 등 바이오촉매를 사용하기 때문에 에너지 소모량이 적고, 이산화 탄소 등 환경오염 물질의 배출량을 크게 떨어뜨려 에너지 효율적이며 환경친화적인 장점을 나타낸다. 세계경제포럼(WEF) 산하 '생명공학 글로벌 아젠다위원회(Global Agenda Council on Biotechnology)'는 2013년 2월, 급속도로 수요가 증가하고 있는 에너지와 자원, 인류의 삶의 질을 향상시키는 식품, 영양 및 보건에 도움이 될 10대 바이오기술을 선정, 발표했다. 또 세계경제포럼(WEF, 2010) 보고서에 의하면, 2020년 바이오 기반 화학제품은 세계 화학시장의 9%를 점유할 것으로 전망된다. 그 중 바이오 기반 화학제품은 160억 달러의 잠재수익을 창출할 것으로 추정되고 있다. 또, 재생가능 원료에서 화학제품의 생산을 목표로 하고 있는 미국기업 Rennovia사에 의하면, 세계 재생가능 화학제품 시장은 2013년 현재 36억 달러에 불과하지만 2020년에는 120억 달러로 확대될 것이라고 한다. 한편, 전술한 Ceresana사에 의하면, 전세계 바이오플라스틱 이용은 연평균 17.8%씩 증가하여 2018년에 28억 달러 규모에 달할 것으로 예상된다. 동사는 2014년 2월에 한층 더 낙관적인 전망 보고서를 발간한 바, CEO인 Oliver Kutsch는 “유럽 재정위기 등 극심한 불황기에도 바이오플라스틱은 엄청난 잠재력을 보였다.”면서, 2021년까지 전세계 바이오플라스틱 수요는 연평균 18.9%씩 증가할 것으로 내다보고 있다. 특히 바이오플라스틱은 그 원료가 되는 바이오매스로 시작하여 제품 생산, 그리고 마지막의 생분해까지 탄소 중립성(carbon neutral)을 달성할 수 있는 라이프사이클을 가지기 때문에, 이산화탄소 등 기존 석유기반 플라스틱 제품에서의 온실가스 발생 문제의 유력한 해결책으로 떠오르고 있다. 예를 들어 대표적인 바이오플라스틱인 PLA의 경우, 단위 생산량당 이산화탄소 배출이 기존 화석연료 기반 플라스틱보다 최대 25%~32% 수준으로 저감할 수 있는 것으로 파악되고 있다. 또 유럽바이오산업협회 (EuropaBio)에 의하면, EU에서 온실가스(GHG) 배출 저감을 위한 환경 목적을 충족시키기 위하여 White BT를 적용할 경우, 2020년까지 잠재적 GHG 배출량을 20% 저감할 수 있다. 더욱이, 플라스틱 종류에 따라 다르지만 바이오기반 폴리머는 에너지 소비량을 최대 50%까지 절감하고, 이산화탄소 배출량을 최대 67% 저감할 수 있다. 바이오화학산업의 가치사슬은 발효 등 바이오공정을 제외하면 석유 기반 화학산업과 공정상 유사한 면이 있다. 제 4장에서 살펴보는 바와 같이, 현재 상당수의 국내기업들도 바이오화학 부문의 연구개발을 진행하고 있거나 제품 생산에 참여하고 있다. 그러나 국내기업들은 가치사슬의 상류(upstream)에 해당하는 원료 공급이나 원료 가공, 즉 바이오매스 확보·가공 단계에서부터 큰 애로에 직면하고 있다. 다시 말해, 석유 화학 못지않게 원료의 대부분을 해외로부터의 수입에 의존하고 있다. 구미 선진국의 경우, 바이오연료의 발달에 이어 바이오화합물의 경우 초창기에는 주로 포장재 분야에 적용되었다. 그러나 최근에는 석유화학 및 정밀화학 등의 분야로 점차 응용분야가 확대되어 감에 따라, 생분해성 플라스틱(biodegradable plastics) 및 바이오기반 플라스틱의 최근 발전 상황이 전통 석유기반 화학제품의 대체 가능성을 높여가고 있다. 특히, 바이오기반 열가소성 플라스틱(thermoplastics)이 가까운 장래에 급속한 성장세가 예상되는 등, 플라스틱산업에 큰 영향을 미치기 시작했다.