2015 Vol.4 2015 Vol.4_No.3 BIO TREND 한국의 바이오화학 산업과 R&D 현황 바이오 화학 소재, 표준화 및 인증 제도 (바이오 플라스틱을 중심으로) BIO TECHNOLOGY 바이오연료 생산을 위한 균주개발 C1 메탄가스 기반의 바이오화학 기술개발 글리세롤 기반 바이오화학 제품 생산 기술개발 BIO FOCUS Biomass 기반 환경 친화 플라스틱 개발 방향 바이오플라스틱(PLA) 원스톱 융합공정기술 개발 BIO OPINION 신성장동력으로서의 바이오화학산업의 정책과제 www.gstep.re.kr 16229 경기도 수원시 영통구 광교로 147(이의동, 경기바이오센터 2층) TEL. 031.888.6890 l FAX. 031.888.6899 03 No.
바이오연료 생산을 위한 균주개발 22 GyeongGi Bio Insight 04 BIO TrendⅠ 한국의 바이오화학 산업과 R&D 현황 송봉근 한국화학연구원 융합화학연구본부장 12 BIO TrendⅡ 바이오 화학 소재, 표준화 및 인증 제도 (바이오 플라스틱을 중심으로) 유영선 (사)한국바이오소재패키징협회 회장 22 BIO TechnologyⅠ 바이오연료 생산을 위한 균주개발 서진호 서울대학교 농생명공학부 협동과정 바이오엔지니어링 28 미래를 선도하는 혁신의 바람이 경기과학기술진흥원에서 시작됩니다. BIO TechnologyⅡ C1 메탄가스 기반의 바이오화학 기술개발 이은열 경희대학교 화학공학과 교수 34 BIO TechnologyⅢ 글리세롤 기반 바이오화학 제품 생산 기술개발 Gyeonggi Institute of Science & Technology Promotion 김철호 한국생명공학연구원 책임연구원 40 BIO FocusⅠ Biomass 기반 환경 친화 플라스틱 개발 방향 황정준 SK케미칼 수석연구원 44 BIO FocusⅡ 바이오플라스틱(PLA) 원스톱 융합공정기술 개발 양영렬 CJ 상무 50 발행일 발행인 편집인 편집위원 2015. 10. 28. Vol.4_No.3(통권 13호) 곽재원 오좌섭 김영호(메디프론디비티 대표) 손혜정(메디스텝 대표) 양재혁(한국바이오협회 대외협력팀장) 정철원(제약협회 바이오의약품정책팀장) 오좌섭(경기과학기술진흥원 바이오센터장) 홍성현(경기과학기술진흥원 바이오센터) 정유진(경기과학기술진흥원 바이오센터) BIO Opinion 신성장동력으로서의 바이오화학산업의 정책과제 남장근 산업연구원 연구위원 56 BIO News 발 행 경기과학기술진흥원 주 소 16229 경기도 수원시 영통구 광교로 147 (이의동, 경기바이오센터) (031)888-6890 TEL (031)888-6899 FAX 디자인 빅애플커뮤니케이션즈 (02)544-2010 www.gstep.re.kr smartgstep smartgstep
BIO TrendⅠ 한국의바이오화학산업과 R&D 현황 04 / 05 [ 그림 1_ 바이오화학산업공정및가치사슬 ] < 공정 > 한국의바이오화학산업과 R&D 현황 송봉근 한국화학연구원융합화학연구본부장 석유대체친환경바이오화학산업 바이오화학산업은기존석유화학산업과대비되어재생가능한원재료인바이오매스 ( 곡물류, 비식용목질계, 조류등무한재생생물자원총칭 ) 를생물 화학공정을통해다양한화학제품으로생산하는지속성장이가능한환경친화적산업이다. 최근온실가스감축에따른국제무역규제와친환경제품 ( 바이오플라스틱, 의약품전구체, 식품소재, 천연화장품등 ) 에대한전세계적수요급증으로인해바이오화학산업에대한중요성이부각되고있다. 바이오화학산업의공정은크게바이오매스자원공급, 원료 화공정, 기초화학물질생산및바이오화학제품화공정과응용제품화단계로나눌수있고원료가바이오매스라는점을제외하고가치사슬의흐름이기존석유화학산업과유사하다. 따라서바이오리파이너리기술을통해생산된바이오화학제품은범용화학제품, 기능성화학제품, 특수화학제품, 폴리머제품을비롯한대부분의석유리파이너리화학제품을대체할수있으며, 향후자동차, 전기전자, 화장품, 생활용품, 농화학제품등다양한분야에서바이오화학제품수요는급증할것으로예상된다. < 가치사슬 > B I O M A S S Precursors Platforms Building Platforms Platforms Blocks 탄수화물 녹말 헤미셀룰로오스 리그닌 (Lignin) 지방질, 오일 단백질 세계바이오화학산업현황 SynGas 당 (Sugar) 글루코스 프루코스 자일로스 리그닌 (Lignin) 지방질, 오일 단백질 SynGas C1 C2 C3 C4 C5 C6 Aromatics Direct Polymers 2010년기준세계바이오화학시장규모는 1,300억달러로전체화학산업의 10% 에해당하며 2025년에는 4,830억달러로전체화학산업 (2-3조달러, 2025년 ) 의 22% 수준으로지속적으로성장할것으로예상된다 (USDA, 2008년 ). 2025년기준범용화학제품은 6%, 기능성화학제품은 44%, 정밀화학제품은 메탄올 (Methanol) 에탄올 (Ethanol) 글리세롤 (Glycerol) 젖산 (Lactic Acid) 프로피온산 (Propionic Acid) 레불린산 (Levulinic Acid) 푸르푸랄 (Furfural) 라이신 (Lysine) 갈산 (Gallic Acid) 에테르 (Ether) 올레핀 (Olefins) Esters Diacid 아크릴산 (Acrylate) 1, 3-PDO 퓨란 (Furan) THF (Tetrahydrofuran) 카프로락탐 (Caprolactam) 카닐린 (Carniline) 페놀수지 (Phenolics) 연료첨가제 솔벤트 화학유도품 Emulsion PLA Polyacrylate Nylon Polyurethane 수지 Products Uses 산업 교통 섬유 식품 환경 주택 헬스케어 ( 출처 : 화학경제연구원, 바이오화학최신기술개발현황및시장현황 (2015 년 )) 45%, 폴리머제품은 10% 수준으로화학산업의제품군을바이오화학제품이대체할것으로예상된다. 또한중국 인도 브라질등개발도상국에대한국제환경규제가확대 강화될것으로예상되어기존석유화학제품의바이오화학제품으로의대체가더욱활발히이루어질것으로기대된다.
BIO TrendⅠ 한국의바이오화학산업과 R&D 현황 06 / 07 구분 [ 표 1_ 세계화학시장과바이오화학시장점유율 ] 2005 년 2010 년 2025 년 전체바이오화학전체바이오화학전체바이오화학 범용화학 475 0.9 550 5-11 857 50-86 기능성화학 375 5 435 87-110 679 300-340 정밀화학 100 15 125 25-32 195 88-98 폴리머 250 0.3 290 15-30 452 45-90 계 1,200 21.2 1,400 132-183 2,183 483-614 바이오화학제품은기초원료 (building block) 가되는플랫폼화합물로부터생산할수있으며미국은 12개중요기초원료 (1,4 diacids(succinic, fumaric and malic), 2, 5-furan dicarboxylic acid, 3-hydroxy propionic acid, aspartic acid, glucaric acid, glutamic acid, itaconic acid, 3-hydroxybutyrolactone, glycerol, sorbitol, xylitol/ arabinitol) 를선정 (DOE, 2004년 ) 하여바이오매스로부터이들플랫폼화합물을대량생산하는연구를주도하고있다. 원료확보 바이오기술 Crystasev 이후, SVAA OPXBio ETH [ 그림 2_ 바이오기업과석유화학기업간의협력사례 ] 대량생산 Dow Braskem 마케팅판매 단위 : 10 억달러 출처 : USDA, 2008 년 바이오화학시장규모가연 8% 성장이전망됨에따라다국적화학기업들은바이오화학산업전환을추진중에있다. 바이오화학산업의성공은바이오매스공급, 바이오전환기술, 화학사업영역이성공적으로접목되어야시너지효과를낼수있다. 따라서원료생산에서최종제품까지통합된생산라인을구축하기위해바이오전문기업과다국적화학기업의제휴또는합작회사 (joint venture) 설립이활발히진행되고있다. 브라질에탄올생산기업과 PE 생산 JV 설립 Acrylates 를우선추진, PP 는 PE 대비후순위 ETH 에서 3 년간사탕수수를원료로만든에탄올을제공하기로함 20 만톤 PE 기생산 /(2014) LDPE 생산예정 1,4-부탄디올 (1,4-butanediol) 과부타디엔 (butadiene) 생산기술을라이센스하였다. 이와같이다국적화학기업을주축으로바이오화학제품시장을조기에창출하기위해원료확보, 기술개발, 제품생산, 제품활용업체간 C&D가증가하고있다. 자동차, 전기전자, 생활용품에서바이오화학제품수요가점차증대함에따라선진국을중심으로시장창출 확대를위한정책및제도지원이확대되는중이다. 미국은 2030 년까지현재석유소비의 30% 를그린카본으로대체할계획이며오바마정부는 'Biopreferred Program' 의대상을최근 97 개품목, 1만종으로확대하여바이오유래제품의사용확대를정책적으로지원하고있다. EU는세계바이오플라스틱시장의 60% 를차지하고있으며바이오화학산업을 6대선도산업으로선정하여집중육성하고있다. 또한, 바이오기반산업기업공공파트너쉽BRIDGE(Biobased and Renewable Industries for Development and Growth in Europe) 을통해 38억유로를투자하고있으며바이오기반합성고무시장경제력확보를위한프로그램을 2013년부터 5년간추진하고있다. 일본은 바이오매스일본종합전략 을수립 (2002년) 및개정 (2006년) 을통해바이오화학산업을지원하고있으며바이오플라스틱협회 (JBPA) 는바이오매스플라스틱인증제도를운영하고있다. 초기단계의바이오화학산업을육성하기위해서는기초기술개발및상업화연구가병행되어야하고이를위해서는미국, EU, 일본의선진국과같이정부가주도하는적극적인투자가필요하다. 국내바이오화학산업현황우리나라의바이오화학산업은기술 시장측면에서미국, 유럽, 일본등선진국에비해아직연구개발단계에있으며, 석유화학제품을대체할수있는바이오화학제품의국내생산은부재한상황이다. 반면, 기존석유화학산업에서구축된시장, 기술, 생산능력등은향후우리나라바이오화학산업발전에긍정적요인으로작용할수있다. 2010년기준국내바이오화학산업의총생산은약 2,904억원 ( 수출약 604억원포함 ) 으로국내화학시장생산액 ( 석유화학 + 정밀화학 + 플라스틱, 162 조 7,2100억원 ) 대비 0.18% 이며, 국내바이오산업전체생산액 (5조 7,878억원 ) 대비 5.0% 을차지하고있다. 2013년기준국내바이오화학산업은 5,622억원의총생산량과 24.6% 의연평균증감률을기록하여바이오산업전체연평균증감률 (8.9%) 보다높은성장세를보였으며바이오산업전체생산액 (7조 5,238억원 ) 의 7.8% 를차지하였다. 주요수출품은정밀화학제품인라이신, 핵산등으로유럽, 미국, 중국등에수출되고있다. 하지만 2013년기준국내바이오산업전체투자액 (1조, 3,687억원 ) 대비바이오화학산업의투자액은 1,110억원 (8.0%) 으로연평균증감률은 5.1% 이며바이오의학산업 ( 투자액 : 1조, 306억원 (74.3%), 연평균증감률 : 10.4%) 과비교해투자가매우저조한실정이다. 따라서바이오화학산업의지속적인성장을이루기위해서는정부와기업의바이오화학산업에대한투자증대가절실히필요하다. Cobalt Tech. Solvay (Rhodia) Avantium Solvay Roquette DSM PURAC BASF Genomatica BASF Cargill사의자회사인 NatureWorks사는연 14만톤규모의 PLA(polylactic acid) 를생산중이다. Dow Chemical사는사탕수수를원료로한저밀도폴리에틸렌 (LPDE: low density polyethylene) 35만톤생산공장을 2013년완공하였고바이 2013 년 Cobalt Tech 사와브라질에바이오부탄올데모공장설립 Avantium 사와차세대 PA 나일론을공동개발함 Roquette사와 JV인 Reverdia사에서바이오원료를사용한숙신산 2012년 1만톤규모생산 바이오원료기반의숙신산생산을위해 PURAC과 JV인 Succinity사설립, 1만톤공장설립 (5만톤계획 ) 고무원료인 1,4-부탄디올 (BDO) 와부타디엔 (BD) 생산기술라이센싱함 출처 : 한국바이오협회관련자료종합, 2008 년 오아크릴산생산을위해 OPXBio와협력하고있다. Dupont 사는옥수수기반 1,3-프로판디올 (1,3-propanediol) 생산공장을 2009년부터 4.5만톤규모로가동중이다. BASF사는 2002년 Genomatica사로부터특수화학제품과고무원료인 [ 표 2_ 국내바이오화학산업생산액 (2010-2013)] 단위 : 백만원 전년대비연평균 2010년 2011년 2012년 2013년구분증감률증감률 국내 수출 합계 국내 수출 합계 국내 수출 합계 국내 수출 합계 국내 수출 합계 국내 수출 합계 바이오고분자 21,573 23,509 45,082 10,216 23,691 33,907 23,560 21,921 45,481 27,570 28,121 55,691 17.0 28.3 22.4 8.5 6.2 7.3 산업용효소및시약류 연구실험용효소및시약류 1,281 1,274 2,555 170 1,840 2,010 2,270 10,342 12,612 280 15,627 15,907-87.7 51.1 26.1-38.9 130.6 84.0 40,149 17,841 57,990 23,298 26,978 50,276 28,916 33,260 62,176 41,277 35,602 76,879 42.7 7.0 23.6 0.9 25.9 9.9 바이오화장품및 129,169 15,189 144,358 274,535 19,842 294,377 301,948 26,865 328,813 323,189 30,186 353,375 7.0 12.4 7.5 35.8 25.7 34.8 생활화학제품 바이오농약및비료 기타바이오화학제품 29,889 1,100 30,898 20,772 12 20,784 25,991 20 26,011 26,249 28 26,277 1.0 40.0 1.0-4.2-70.6-5.3 8,012 1,439 9,541 26,693 2,420 29,113 25,541 4,766 30,307 35,526 1,545 34,071 39.1-67.6 12.4 64.3 2.4 52.8 분야계 230,073 60,352 290,425 355,684 74,783 430,467 408,226 97,173 505,399 451,091 111,110 562,201 10.5 14.3 11.2 25.2 22.6 24.6 ( 출처 : 산업통산자원부 바이오협회, 국내바이오산업실태조사결과보고서 (2010-2013 년 ))
BIO TrendⅠ 한국의바이오화학산업과 R&D 현황 08 / 09 국내바이오화학산업관련기업은 CJ제일제당, LG화학, 현대자동차등으로약 176개기업이운영되고있다. 바이오화학산업관련기업은크게바이오기술을보유한바이오기업 (CJ제일제당, 대상, 창해에탄올등 ) 과화학기술을보유한화학 고분자기업 (LG화학, GS칼텍스, 롯데케미칼, SKC 등 ) 과활용기업 ( 현대자동차, LG하우시스, 코오롱등 ) 으로분류할수있다. 국내바이오화학기업은바이오플라스틱과바이오소재부분에연구개발을집중하고있다. 바이오플라스틱의경우, LG화학이 PLA 중합기술을확보하였고삼성전자는 PLA 성분을포함한리클레임폰을미국에출시하였으며 (2009년) LG하우시스는 PLA가함유된바닥재와벽재를출시하였다 (2012년). 현대자동차는 PLA와바이오폴리우레탄 을이용한자동차내장부품용소재를개발하고있다. SKC는친환경생분해성필름을미국프리토레이사썬칩의스낵용포장재로세계최초로양산하였고롯데케미칼은바이오 PET병을생산판매하고있다. 바이오소재의경우, CJ제일제당이라이신등의아미노산류를발효기술을통해대량생산하여판매하고있으며 GS칼텍스는 2,3-부탄디올 (2,3-butanediol) 대량생산및응용제품개발연구를진행하고있다. 이와같이국내바이오화학산업이대기업주도로진행되고있으나아직까지는대기업은주로해외에서생산된바이오화학소재를수입, 가공하여최종제품에응용하고있는실정이어서원료생산과최종제품을통합하는생산공정은아직부재하다. [ 표 4_ 국내바이오화학기술수준과선진국과의격차 ] 국가항목주요내용국가항목주요내용 한국 원천기술력 산업기술력 - 기술선진국의기술개발이빠르게진행되는데비해기술발전속도및기술에대한투자가뒤쳐짐. - 첨단분야에대한투자가이뤄지고있으나아직은기초단계임. - 표준화및특허경쟁력을갖추기위한체계적인시스템이미비함. - 사업화에대한과감한추진력이부족하고, 관련전방산업기반이상대적으로취약함 - 중소기업육성및해외진출을위한체계적지원이필요함. 중국 원천기술력 - 막대한연구비와인프라및인력투자를전략적으로지원하고있음. - 기존의모방기술개발수준을벗어나서원천기술개발영역에서괄목할만한성장을이루고있으며선진국대비기술격차를계속좁혀나가고있음. - 특히융합기술분야에서는한국의기술수준을추월한상태임. - 정부주도로막대한연구비를원천기술에투자하고있음. [ 표 3_ 국내바이오화학관련기업및개발동향 ] 구분 기업명 사업영역및주요내용 LG화학 파일롯규모의 PLA 중합기술을확보하고, 데모플랜트수준의검증계획수립하고있음 삼양제넥스 파일롯규모의이소소바이드생산기술확보, 이를바탕으로폴리에스테르와폴리카르보네이트생산업체에테스트시료공급중, 바이오이소시아네이트연구개발중 삼성전자 PLA 성분포함한휴대전화리클레임폰 2009년미국출시 SKC 미국프리토레이사썬칩의스낵용포장재로세계최초로양산바이오폴리올생산기술개발중 LG하우시스 옥수수를주원료 PLA와천연원료를사용한바닥재 2010년출시 현대자동차 2009년친환경전기하이브리드카에인테리어소재로 PLA를사용 바이오 웅진케미칼 2010년신축성, 내구성등우수잠재권축성스트레치원사개발 플라스틱 대상 2002년옥수수전분용기개발성공및그릇 / 라면용기등출시, 나일론단량체생산기술확보 이래화학 EnPol G8060F 및성분해성비닐 EnPol G8060D 그레이드개발 도레이새한 PLA sheet 생산전용설비구축및 2007년부터 PLA 가공품생산시작 그린케미칼 2006년생분해성전용컴파운드가동및 GCS_PLA 국내출하 롯데케미칼 바이오매스유래의다양한단량체를바탕으로 PLA, 바이오나일론개발및바이오 EG를활용한바이오 PET 생산판매 애경유화 식물유를활용한바이오폴리에스테르원료합성및가소제생산연구바이오디젤부산물활용나일론단량체연구개발진행중 덕양산업 바이오폴리우레탄및자동차용바이오폴리우레탄부품기술개발중 에콜그린 생분해성플라스틱이용친환경생활용품생산및상용화 바이오소재 CJ제일제당라이신등의아미노산류저렴한가격으로대량생산및상용화아미노산유래의나일론단량체생산기술확보, 젖산생산기술확보 GS칼텍스 2,3-부탄디올생산스케일업연구및응용제품개발한국화학연구원, 대상 ( 주 ) 와의협력을바탕으로바이오매스유래나일론4 원료및중합기술확보, 바이오부탄올생산기술확보 ( 출처 : < 한국바이오협회, 관련자료종합, 2011년 > 을바탕으로재구성 ) 미국 원천기술력 산업기술력 원천기술력 - 초기원천기술력을바탕으로사업화를시작해빠른속도로시장이성장중임. - 타국가들과의기술력격차는유지하거나더벌리고있음. - 공동의목표를위한표준화, 특허화전략이우수 - 단위공정이아닌통합공정을통한기술개발및산업화시도 - 활발한 M&A 및전략적제휴등을통해다양한위험을분산함. - 산업화를위한투자를통해필요한기술개발을효율적으로추구함. - 모험적연구들을통한신규제품발굴및기존기술과다양한전문성을활용한산업화및효율적인기술개발을시도함. - 전반적인기술개발보다는소수의강점을가진분야를집중적으로육성함. - 강한기반기술을바탕으로다양한소재들에대한원천기술을지속적으로개발함. 유럽 산업기술력 원천기술력 - 원천기술개발에비해산업적인성장세는아직미약하나, 시장잠재력과동분야에대한정부의산업화의지가매우강함, - 원천기술분야성장세가강하여지속적으로성장예견됨. - 큰기술력을필요로하지않는범용제품들의빠른상용화진행 - 원천기술력을바탕으로높은기술수준을유지하고있으며, 특히선도국 ( 미국 ) 과대등한수준유지 - 다국적제약사들의오랜경험과함께벤처기업들의원천기술력이매우뛰어남. - 사회전반의친환경분야에대한인식과확대로표준화및특허에대한필요성을강화하고있음. - 대학, 연구기관들의지속적인원천기술력개발 국내바이오화학 R&D 동향기술선진국은바이오화학에대한기술개발과투자가빠르게진행되는데비해국내바이오화학은기술개발속도및투자가뒤처지고있다. 첨단분야에대한투자가이뤄지고있으나아직은기초단계이다. 국내바이오화학연구개발은대기업중심으로진행되고있 신시장창출이지연되고있다. 국내바이오화학산업은바이오 화학기업간의협력체계구축미비로인해실증 상용화모델이부재하여최종수요기업의니즈가반영되기힘든사업구조를가지고있다. 또한국내기업의바이오화학투자액은 2009년 1,371억 일본 산업기술력 - 응용시장을중심으로강한기술력을확보하고, 범용기술은과감히포기하는전략추구 - 소수의원천기술이다국적기업에라이센싱아웃되어세계적으로산업화되거나다른기술플랫폼을활용하여독자적으로기술산업화를추진중 산업기술력 - 강한경쟁력및오랜연구경험과기술력을보유한기업을중심으로산업경쟁력을지속적으로확장하고있음. - 바이오시밀러등에대해가장우호적으로산업화를이끌고있으며, 기업중심으로규제조항을완화해미국에비해약한원천성을가지고있는약점을해소하기위해노력중임. 으나수요기업및수요자의바이오화학산업에대한낮은인식으로 원에서 2013 년 1,110 억원으로지속적으로감소하고있다. ( 출처 : 화학경제연구원, 바이오화학최신기술개발현황및시장현황 (2015 년 ))
BIO TrendⅠ 한국의바이오화학산업과 R&D 현황 10 / 11 국내바이오화학기술수준은선도국인미국대비 73.6% 수준 야한다. 이를위해정부가추진하고있는 바이오화학산업화 [ 표 5_ 바이오화학관련정부주요 R&D 사업 ] 이며, 특히바이오플라스틱및기반기술은 65-69% 수준으로기술력및생산인프라가미흡하다. 그동안정부는바이오화학관련다양한 R&D 정책을펼쳤으나바이오화학산업의원 촉진기술개발사업 과같이원천기술부터실증화까지지원하는전주기적 R&D 사업도필요하다. 또한다국적화학기업들의사례에서볼수있듯이국내바이오 화학수요기업간의 구분 미래창조과학부글로벌프론티어 미래창조과학부기후변화대응기술개발 국토해양부해양바이오매스 농림축산식품부생명산업기술개발 산업통산자원부바이오화학산업화촉진기술개발 료인바이오매스확보, 제품개발및상용화등을통합적으로지원할범정부차원의전략수립이부족한상황이었다. 따라서바이오화학산업육성을위해정부는주력산업 ( 자동차, 섬유, C&D를통한바이오화학산업육성전략수립도필요하다. 국내바이오화학기업과수요기업간협의체구성및지속적인운영을통해수요기업의니즈를반영해야한다. 국내바이오 사업목적 세계수준의기초 원천연구거점구축과원천기술확보 기후변화대응기초 원천연구추진및연구기반구축 해양생물지원확보및해양바이오기술개발 생명자원의생산, 응용, 유지관리로생명산업육성및농림축산물부가가치향상 기술력과생산인프라미흡한바이오화학의산업기반구축및조기사업화 전자기기 ) 과연계하여원료생산부터소재및시제품양산단 화학산업발전을위해기존여러부처에서진행하는정부주 계까지전주기적 R&D 지원사업을추진중에있다. 특히, 산업통상자원부는바이오화학산업의기술 R&D를위해산업핵심기술개발사업을지원하고, 개발기술의실용화를위해단위 도형초기형 R&D에있어서는한부처가컨트롤타워역할을하면서부처 R&D간연계성확보를바탕으로효율성확보가요구되며산학연이연계된개방형 통합형 R&D로진행해야 지원분야 세계시장선점기능한이머징분야의기초 원천기술분야 기후변화대응기초원천기술개발및녹색기술정보시스템구축 해양바이오프로세스, 기능성소재, 해양바이오정책지원등 녹색기술개발, 천연의약신소재, 생명자원활용기술등 원료생산부터소재및시제품개발까지전주기적 R&D 지원 공정별파일롯규모의공통기반시설을구축한 바이오화학실 할것이다. 마지막으로, 바이오화학제품인증대상및인증 용화센터 를 2010년부터 2015년까지울산에건립하고있다. 그리고 바이오화학 2.0 : Green Carbon Korea 프로젝트 를예비타당성조사사업으로추진하고, 동사업을 바이오화학산업화촉진기술개발사업 으로변경하여 2014년부터바이오화학산업발전을위해 R&D, 인프라, 인력양성등을위해 5 년간약 2,155억원을투자하는육성전략을발표하였다. 바이오화학산업화촉진기술개발사업 은바이오화학의원료가되는바이오슈가 (sugar) 대량생산기술부터부품국산화를위한소재개발, 바이오화학제품양산체제마련을위한데모플랜트구축까지바이오화학전주기기술개발을위한 6대전략과제를지원하고있다. 기준에대한표준화작업을통해바이오화학제품인증제도를도입하여선진국시장진입장벽해소및특허경쟁력을마련하여야한다. 지원과제 탄소순환형차세대바이오매스생산 전환기술연구단 ( 10.10.22 19.08.21) 나노금속담지촉매를이용한리그닌단량체전환기초원천기술개발 ( 09.09.30 15.09.29) 목질계리그닌의연료및화학원료로의활용을위한수첨탈산소촉매및근임계수반응시스템개발 ( 09.09.30 15.09.29) 해양바이오산업신소재연구단 ( 10.12.01 19.12.31) 해양바이오에너지생산기술개발 ( 09.12.07 19.06.30) 고품질바이오매스생산을위한리그닌생합성조절기술개발 ( 10.07.01 15.06.30) 바이오매스생산용형질전환식물개발 ( 09.04.10 14.04.09) 비식용그린카본기반바이오슈가대량생산공통활용기술개발 ( 14.07.01 19.06.30) 그린카본함유량 25% 이상의자동차내장부품용바이오폴리우레탄소개개발 ( 14.07.01 19.06.30) 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 ( 14.07.01 19.06.30) 국내바이오화학산업발전을위한제언 바이오화학제품생산을위한통합공정용바이오콤비나트기술개발 ( 14.07.01 19.06.30) 우리나라는국가총수입액 565 조원중석유비중이 26% (2013년기준 ) 에차지할정도로국가산업의석유의존도가높다. 2030년우리나라온실가스감축목표가 BAU(Business As Usual, 851백만톤 ) 대비 37% 으로확정되었으나에너지다소비산업구조로인해에너지절약및신재생에너지활용만으로는온실가스감축에한계가있다. 따라서석유에의존하는다양한산업소재원료및연료를대체하기위한전략이필요하며이를위해중장기적비전을가지고바이오화학산업을육성해야한다. 기대효과 미세조류와나무로부터바이오원료와소재개발 목질계리그닌의연료및화학원료로의활용 석유화학기반소재를대체할수있는해양생물유래산업원천소재 ( 해양섬유복합소재, 해양바이오플라스틱등 ) 개발 해양미세조류및해조류로부터바이오에너지생산 바이오화학산업용바이오매스생산 식물바이오매스생산 바이오화학원료생산기술개발 국내주력산업 ( 자동차, 섬유, 전기전자 ) 용소재개발을통한부품국산화 데모플랜트구축을통한바이오화학제품양산체제마련 현재의선진국추격형 R&D 경험을바탕으로미래고부가가 치바이오화학제품을발굴하는시장선도형 R&D 가추진해
BIO TrendⅡ 바이오화학소재, 표준화및인증제도 12 / 13 바이오화학소재, 표준화및인증제도 ( 바이오플라스틱을중심으로 ) Bio material, standardization and certification system (Focusing on Bio plastics) 유영선 ( 사 ) 한국바이오소재패키징협회회장 01. 서론 인류의가장큰선물이라는플라스틱은각종폐기물등의소각이나매립에따른환경호르몬누출, 다이옥신검출, 폐기물의불완전연소에의한대기오염발생등과같은심각한환경오염의원인으로지목되었다. 이러한플라스틱폐기물의문제를해결하기위하여, 제품제조및사용시에는플라스틱고유의장점을그대로유지하고, 폐기시에는이산화탄소발생을감소시킬수있는바이오플라스틱에대한연구가활발한상황이다. 대표적인바이오플라스틱인생분해플라스틱은내열성, 물성, 가격적인측면에서약점이있는데, 최근에는이러한생분해플라스틱의단점을극복한다양한바이오플라스틱제품이출시되고있다. 전세계각국에서기존플라스틱과비슷한물성과가격경쟁력을갖고, 인체에무해하면서도재활용이용이한바이오플라스틱제품개발에박차를가하고있다. 이러한친환경바이오플라스틱의보급을원활하게하기위하여세계각국에서는난분해플라스틱에대한사용규제와더불 어바이오플라스틱의식별표시제도를운영하고있다. 국가별로적용기준이차이가있는경우가많은문제점이있고, 일부의경우에는규격기준및식별표시제도의국가간교차인증을하는제도를시행하고있다. 02. 바이오플라스틱의종류바이오플라스틱은원료, 분해작용, 생산방법에따라생분해플라스틱 (Biodegradable plastics), 산화생분해플라스틱 (Oxo-biodegradable plastics), 탄소저감형바이오베이스플라스틱 (Bio based plastics) 으로나눌수있으며, 각각의특징을 Table 1. 에정리하였다. 바이오플라스틱을규격기준에따라분류를한다면생분해플라스틱은표준물질인셀룰로오스대비 6개월에 90% 이상, 산화생분해플라스틱은셀룰로오스대비 6개월에 60% 이상 (36개월에 90% 이상 ) 이분해되어야하며, 바이오베이스플라스틱은분해기간과는상관없이유기탄소함량을측정하여 (CO₂저감) 분류한다. [Table 1._Features of various types of bio plastics] Bio-plastics / 바이오플라스틱 Division 구분 Biodegradable plastics 생분해플라스틱 Biomass Base 천연물계 Petroleum Base 천연물계 Oxo-Biodegradable plastics 산화생분해플라스틱 Bio-based plastics 바이오베이스플라스틱 Combined 결합형 Polymerized 중합형 Biomass content 바이오매스함량 More than 50-70% - - More than 20-25% Materials 원재료 Natural, Microbial Petroleum polymerization Biodegradable oxidation additive, Biomass etc. Natural-polymer conjugates Natural-monomer polymerization Kinds of product 종류 PLA, TPS, PHA, AP, CA etc. PBS, PES, PVA, PCL, PBAT etc. Oxo bio PE, Oxo bio PP, Oxo bio PA etc. Bio-PE, Bio-PP, Bio-PET, Bio-PA etc. Standard 규격기준 ISO 14855, ASTM D 6400, EN13432, KS M 3100-1, etc. ASTM D 6954, UAE S 5009, KBMPOBP-001, SPCR 141, etc. ASTM D 6866, CEN/TR 15932 etc. Degradation mechanisms 분해기작 Microbial degradation Microbial degradation following oxidative degradation - Biodegradation standard 생분해기준 Within 6 months 90% or more, Within 45 days 60% or more Within 6 months 60% or more - * 산화분해플라스틱의경우국내외적으로정해진기준이명확하지않아, 산화생분해규격기준중에서산화분해규격기준에적합한경우및최종생분해기간이셀룰로오스대비 36 개월이내 90% 로한정하여분류하는경우가있음.
BIO TrendⅡ 바이오화학소재, 표준화및인증제도 14 / 15 03. 바이오플라스틱의식별표시제도 친환경제품의확대보급과소비자들이쉽게기존석유유래난분해플라스틱제품과바이오플라스틱제품을구분하게할수있도록세계각국에는여러가지표준안과로고를사용하고있다. 생분해플라스틱은이러한식별표시제도를 1979 년독일에서처음시행하여가장오래되었고, 그이후에다양한국가에서시행하고있다. 바이오베이스플라스틱과산화생분해플라스틱은그역사가짧아서, 인증제도를시행하고있는국가가생분해플라스틱인증에비해적은편이지만빠른속도로확산되고있다. 3-1. 생분해플라스틱 (Biodegradable) 식별표시제도생분해플라스틱의식별표시제도로에코마크를부여하고있다. 이는소비자가환경부하가적은친환경플라스틱과일반플라스틱과식별할수있게하는제도이다. 환경마크제도는 1979년독일에서처음시행되어현재일본, 캐나다, 유럽연합 (EU), 싱가폴, 인도등 30여개국가에서실시되고있다. 아시아에는한국의 환경마크, 일본의 그린프라, 북미에는캐나다의 Environmental Choice, 미국의 Compostable Logo, 유럽에는벨기에의 OK Compost, 독일의 DIN CERTCO, 핀란드의 Apple Core 등의친환경플라스틱식별 표시제도가있다. Figure 1. 은주요국가의생분해플라스틱인증마크를보여주고있다. 3-2. 산화생분해플라스틱식별표시제도산화생분해플라스틱은십수년전부터다양한연구개발이이루어져, 생분해플라스틱의단점인빠른생분해특성과낮은물성, 내열성및내한성과가격경쟁력부족등을보완하려는움직임이활발하였다. 산화생분해관련한규격기준인 ASTM D6954: 2004에서산화생분해의정의및시험방법등이규정되었으나, 최종생분해기간이명시되지않아그기준이애매한측면이있어국제적으로인정을받지못하고있었다. 그러나최근 United Arab Emirates(UAE) 에서산화생분해관련규격기준인 UAE Standard 5009:2009를제정하면서최종생분해기간을명시하였고, 2014년 1월 1일부터전면시행하여산화생분해포장재및제품만 UAE 역내수입및유통을허용하고비분해포장재사용을금지하면서다시금산화생분해플라스틱이재조명되고있다. UAE외에도미국, 영국, 스웨덴, 싱가폴, 한국등은산화생분해규격기준을마련하여시행중에있으며, 프랑스, 이탈리아, 파키스탄, 인도등은관련기준마련을준비하고있다. 현재시행중인산화생분해플라스틱인증라벨을 Table 2. 에나타내었다. [Table 2._Certification logo of oxo-biodegradable plastics.] Division / 구분 Contents / 내용 Logo / 로고 UAE 아랍에미레이트 UK 영국 Sweden 스웨덴 USA 미국 UAE ECAS - ESMA 인증기준 : USE S 5009 대표인증업체 : 심포니, 웰스, EPI 등 UK Oxo-biodegradable Plastics Association(OPA) 영국산화생분해협회 인증기준 : BS8472, TC 249/WG 9 of CEN 대표인증업체 : 심포니 SP마크 : SP Technical Research Institute of Sweden 인증기준 2009 SPCR 141 대표인증업체 : P-life USA Biosystems America 인증기준 : ASTM D 6954 대표인증업체 : Wells - [Figure 1._Certification marks of biodegradable plastics.] 싱가포르 Singapore Singapore Green Labeling Scheme(SGLS) 인증기준 : ASTM D 5208, EN 13432, OECD 207 : Abiotic degradation 특기사항 : 시간, 비용문제로생분해실험은하지않음 Korea 대한민국 대한민국 ( 사 ) 한국바이오소재패키징협회- KBMP 인증기준 : KBMP-OBP-001: 2014 대표인증업체 : 바이오소재, 남경, 태경등 특기사항 : 생분해시험을제외한산화분해인증을별도운영
BIO TrendⅡ 바이오화학소재, 표준화및인증제도 16 / 17 UAE 에서는 2014 년 1 월 1 일부터는거의전분야에속하는 15 개적용분야 (Table 3) 를선정하였다. 일반플라스틱을사용한포장재, 일회용품, 생활용품등의 3-3. 바이오베이스플라스틱식별표시제도세계적으로생분해플라스틱보다는이산화탄소저감에중점을두고있는바이오베 UAE 역내수입및유통을전면금지하고, 산화생분해플라스틱을사용한제품만을 이스플라스틱으로그패러다임이변화하고산업화가빠르게진행되고있다. 이에 허용하고있어전세계의주목을받고있다. 따라미국에서는바이오매스함량시험방법인 ASTM D 6866 을제정하여, 미국농 무성을중심으로바이오베이스제품에대한인증라벨을운영하고있다. 이어서미 [Table 3._List of items selected in UAE] 국의 ASTM D 6866 방법을기준으로 2006 년일본, 2009 년벨기에, 2010 년독일, No Items 아이템 2011년한국에서바이오베이스플라스틱에대한인증라벨을제정운영하고있다. 이러한추세는매우빠르게각국으로확산이될전망이다. 1 All Carrier bags (including shopping bags, garbage bags, garment bags, and any disposable bags) 쇼핑백, 쓰레기봉투, 의류백및일회용백을포함하는모든캐리어백 현재시행중인바이오베이스플라스틱인증라벨을 Table 4. 에나타내었다. 2 Courier and Security bags 택배및보안봉투 [Table 4._Certification marks of Bio Based plastics.] 3 Mailing Order bags (Magazines and Newspapers Bags) 잡지, 신문등우편봉투 (DM 봉투 ) Division / 구분 Standard, contents / 규격기준, 내용 Logo / 로고 4 Disposable Cutlery such as plastic plate and plastic cups 플라스틱접시, 플라스틱컵등식탁용나이프, 포크, 숟가락등 5 Bubble Wrap &Cushioning Packaging 버블랩, 완충포장재 6 Plastic Wrap 플라스틱랩 7 Overwrap Packaging 오버랩포장 8 Stretch Film 스트레치필름 USA 미국 Japan 일본 기준 : ASTM D 6866 명칭 : BIO Based Product 인증단체 : BMA 2002년, 25% 이상 바이오매스함량개별표기 기준 : ASTM D 6866 명칭 : 바이오매스프라 (BP) 인증단체 : JBPA 2006년, 25% 이상 9 Cling Flm 점착필름 10 Shrink Film 수축필름 11 Plastic Liner for Cartons 판지, 종이갑등플라스틱라이너 Belgium 벨기에 기준 : ASTM D 6866 명칭 : OK Biobased 인증단체 : Vincotte 2009년, 20% 이상 바이오매스함량별별 (*) 4종표기 12 Personal care products made of plastic materials such as gloves, shoe covers, aprons and any disposable personal care products 장갑, 신발커버, 앞치마등플라스틱재질제품및일회용퍼스널케어제품 13 Plastic bags for seedlings 플라스틱재질의원예, 농업용모종백 14 Polyethylene Sheets in Rolls such as table covers 테이블커버 15 Bags used packaging Bread, Nuts, sweets and all bakery items 빵, 견과류, 과자및모든제빵아이템의포장용백 Germany 독일 Korea 대한민국 기준 : CEN/TR 15932 ASTM D 6866 인증단체 : DIN CERTCO 2010년, 20% 이상 바이오매스함량별 3종표기 기준 : KBMP-0107 명칭 : 바이오베이스 인증단체 : KBMP 2011년 25% 이상, 투명 15% 이상 바이오매스함량개별표기
BIO TrendⅡ 바이오화학소재, 표준화및인증제도 18 / 19 04. 바이오플라스틱시험규격및방법 바이오플라스틱시험규격및방법에대해생분해, 산화생분해, 바이오베이스플라스틱으로구분하여 Table 5. 에나타내었다. Division / 구분 Organization - Test method - Geographicalm value Biodegradable plastics / 생분해 European Bioplastics - EN 13432, ASTM D 6400, etc. - Germany, Netherland, Switzerland, Poland and the UK Vinçotte - EN 13432 - Belgium, France, Italy, Spain and the UK DIN CERTCO - EN 13432, ASTM D 6400, EN 14995, ISO 17088 and AS 4736 BPI - ASTM D 6400 and ASTM D 6868 - USA and Canada JBPA - Green PLA certification scheme - Japan ABA - AS 4736 - Australia and New Zealand Etc. 4-1. 생분해플라스틱시험규격및방법 1990년대후반 ISO TC61의 SC5에서생분해고분자에대한논의가활발히이루어져 ISO에서도활성오니및퇴비화조건에서의호기적생분해도측정방법을도입하여규격화운영하고있다. 플라스틱물질을수계호기적배양액에서생분해도를측정하는방법 ( 폐쇄호흡계를이용한산소소비량측정 ) 인 ISO 14851, 플라스틱물질을수계배양액중의호기적방법으로생분해도를측정하는방법 ( 폐쇄호흡계를이용한이산화탄소발생량측정 ) 인 ISO 14852, 플라스틱물질을제어된퇴비화조건에서호기적생분해도및붕괴를측정하는방법 ( 이산화탄소발생량을측정 ) 인 ISO 14855 등이생분해시험법으로인정되고 [Table 5._Test methods of bio plastics] Oxo-Biodegradable plastics / 산화생분해 ESMA - UAE S 5009 - UAE OPA - BS8472 - The UK SITIC - SPCR 141 - Sweden Biosystems America - ASTM D 6954 - USA SGLS - ASTM D 5208, EN 13432, OECD 207 - Singapore KBMP - KBMP OBP-001 - Korea Bio-based plastics / 바이오베이스 USDA - ASTM D 6866 - USA JBPA - ASTM D 6866 - Japan Vincotte - ASTM D 6866 - Belgium DIN CERTCO - CEN/TR 15932, ASTM D 6866 - Germany KBMP - KBMP 0107, ASTM D 6866 - Korea 있으며, 그중에서도 ISO 14855" 가가장널리사용되고있다. ISO 14855를기준으로각국에서관련기준을만들어운영하고있는데, 미국 ASTM D 5338, 유럽 EN 13432, 한국 KSM 3100-1, 중국 GBT 19277, 일본 JIS K 6953이있다. 이들은모두 ISO 14855와같이퇴비화조건에서호기적생분해도및붕괴를측정하는방법이다. 상기시험방법은생분해도시험방법을규정한것이며, 생분해플라스틱제품에대한시험기간, 분해도등인증기준은아래와같이국가별로차이가있다. 한국, EU는 6개월이내, 기준물질대비 90% 이상분해, 미국, 일본, 독일은 6개월이내, 기준물질대비 60% 이상분해로규정하고있다. 4-2. 산화생분해플라스틱시험규격및방법미국은산화생분해규격및시험방법인 ASTM D 6954를제정하여적용하고있다. 이는열분해, 광분해및생분해에의한분해반응, 고분자물성관련한기준을마련하였는데그시험방법은 1단계에서는 20~70도에서열분해, 산화분해, UV에의한광화학분해에의한분자량감소및유기화합물로붕괴되는것을시험하고, 2단계에서는생분해에의한이산화탄소발생량시험, 3단계에서독성시험을하게되어있다. 최근 UAE 규격기준은 UAE S 5009:2009로여러가지국제규격기준을토대로만들어졌는데, ISO 14851, ISO 14852, ISO 14855, ASTM D 6954, ASTM D 883 및 BS 8472의기준을근거로제정되었다. 요약하면생분해가어려운사막기후인 UAE는열및 UV를 [Table 6._Requirements and standards for oxo-degradable plastics] 통한산화생분해를기본으로하고있으며, 먼저 UAE 기후조건에서산화분해가되고이후산화분해된파티클은물, 이산화탄소및바이오매스로분해가되어야하고있고, 물성감소, 분자량감소, 중금속관련규정등상세한측정방법, 기준까지도망라하고있다. Table 6. 에현재사용중인산화생분해플라스틱의규격기준의차이점을간략하게정리하였다. 산화생분해시험방법중산화분해시험규격기준에는적합하였지만, 생분해시험방법에따라생분해시험했을때최종생분해기간이셀룰로오스대비 6개월이내 60% 에미치지못하거나생분해데이터를제시하지못하는경우를산화분해범주에포함을하고있는국가도있다. 일반적으로산화분해의경우최종생분해기간이 3년이내인고분자를산화분해플라스틱으로분류하기도한다. Division Oxidative degradation/ 산화분해 Biodegradation/ 생분해 Environmental safety/ 안전성 ASTM D 6954 (USA) UAE.S 5009 (UAE) BS 8472 (The UK) SPCR 141 (Sweden) KBMP OBP- 001 (Korea) Material characteristics: - 5% or less elongation at break - Average molecular weight of 5,000 or less Material characteristics: - 5% or less elongation at break - Average molecular weight of < 5,000 - Gel fraction of < 5% within 4 weeks Material characteristics: Material must break or fragment after embrittlement testing Material characteristics: - 5% or less elongation at break - Average molecular weight of < 10,000 - Gel fraction of < 10% within 4 weeks in case of thermal peroxidation at 70 C Material characteristics: - 5% or less elongation at break - Average molecular weight of < 5,000 - Gel fraction of < 5% - Whether to generate Carbonyl Group - Biomass contents >25% * can choose 1 of gel, carbonyl, biomass. Biodegradation: - 60% for homopolymers - 90% for heteropolymers Disintegration: Not included Biodegradation: - 60% biodegradation within 6 months Disintegration: Not included Biodegradation: No requirements Disintegration: Not included Biodegradation: - 60% for homopolymers - 90% for heteropolymers within 24 months Disintegration: - 90% disintegration within 24 months Biodegradation: - 30% biodegradation within 45days Disintegration: Not included Heavy metals: The untreated material may not exceed the heavy metal limits as prescribed by the EPA Toxicity: No requirements Heavy metals: The untreated material may not exceed the heavy metal limits as prescribed by EN 13432 Toxicity: Not included Heavy metals: Not included Toxicity: No requirements Heavy metals: The untreated material may not exceed the heavy metal limits as prescribed by EN 13432 Toxicity: 90% germination and biomass yield with plants compared to the control Heavy metals: The untreated material may not exceed the heavy metal limits as prescribed by EPA Toxicity: Not included
BIO TrendⅡ 바이오화학소재, 표준화및인증제도 20 / 21 4-3. 바이오베이스플라스틱시험규격및방법 경부 ESMA 에서는 2012 년부터세계각국에산화생분해인증 2002 년부터미국농무성 (USDA) 주관으로시작한베이오베 을실시하여강제적인규정으로위반시벌금을부과할것을 이스플라스틱중바이오매스함량을측정하는방법으로세 알렸다. 하지만우리의대응은 2014 년법이시행된시점에서 The Freedonia Group, Inc., World Bio plastics, Industry UAE, Regulation and response status of oxo biodegradable 계적으로미국 ASTM D6866 시험기준이가장널리사용이 야기업단위에서시작되었고, 거기에따른정부의지원및대 Study 2548 (2009). plastics,, Business Sevice Center for Global Environmental 되고있다. ASTM D6866 은탄소화합물중의탄소의극히일 응은전무한실정이다. You YS., "Bio Plastics standardization and Eco Label Regulation, Compass Report, 130-14-003 (2014). 부에포함된방사성동위원소인 14C 의조성비를측정하는방 System Trend in Domestic and Foreign Country", the UAE S 5009 Standard & Specification for Oxo- 법으로방사성탄소측정방법에대해규정한다. 특히산화생분해플라스틱관련하여 2014 년 1 월 1 일 UAE Monthly PACKAGING WORLD., 251, 03:51-63 (2014) Biodegradation of Plastic bags and other disposable plastic 본가정은 14C, 즉탄소의방사성동위원소가일단더이상 강력시행이후전세계적으로급속히확산이되는추세이다. Korean bio material packaging association, Available objets, UAE (2009) 생명유기체의구성성분이아니게되면반감기가 5,730 년이 UAE 법안발효이후프랑스, 이탈리아, 미국, 스웨덴, 파키 from: http:// www.biopack.or.kr, Accessed (2015) Oxo-biodegradable Plastics Association, Available from: 라는것이다. 이것은 14C 가완전히붕괴했기때문에더이상 스탄, 인도등에서도산화생분해플라스틱포장재사용에대 You, Y.S., Kim, M.K, Park, M.J and Choi, S.W., http://www.biodeg.org, Accessed (2014) 화석연료에는 14C 가남아있지않다는것을의미한다. 반면, 한법령을제정중이다. 최근뉴욕에서는 2015 년 7 월 1 일부터 "Development of Oxo-biodegradable Bio-plastics Film Biz service center for Global Environmental 나무와같은최근의바이오매스에는 14C 일부분이여전히남 발포플라스틱 (EPS) 사용규제를시작하였고, 6 개월유예기간 Using Agricultural By-product such as Corn husk, Regulation(COMPASS) analysis report No BSC Report 아있다. 사실상, 생물기원물질은 14C 를포함하지않는화석 을주고이후계속사용하는위반업소에는막대한벌금을부 Soybean husk, Rice husk and Wheat husk", Clean 130-14-003 (2014) 연료와같은다른물질과쉽게구분될수있는충분히특징적 과할계획이다. Technology., 20(3), pp. 205-211 (2014) You YS., "Bio Plastics standardization and Eco Label 인양의 14C 를포함한다고말할수있다. 바이오매스의 14C 친환경을요구하는세계시장에서우리가살아남기위해서 ASTM D 6954 Standard Guide for Exposing and System Trend in Domestic and Foreign Country", the 의양은잘알려져있기때문에생물기원탄소의비율은시 는기업의개발의지와노력이필요하다. 특히기술개발과더 Testing Plastics that Degrade in the Environment by a Monthly PACKAGING WORLD, 251, 03:51-63 (2014) 료중의총탄소의양을이용하여쉽게산정할수있다. 이방 불어원가절감노력이필요한시점으로어떤경우에는벌금 Combination of Oxidation and Biodegradation, USA (2004) 법은기체, 액체, 고체연료를포함하는어떤유형의혼합연 보다가격상승분이더많은경우에는최종소비자는벌금을 료에도적용될수있다. 그러나실제로 ASTM D6866 방법으 내는것을택할수도있는것이시장논리이기때문이다. 로시험분석을할수있는분석기관이극히한정되어있는 단점이있어, TGA 방법으로유기물측정을하는방법등을 아직까지바이오플라스틱, 특히생분해플라스틱은원가절 병행하고있는실정이다. 향후, 보다간편하고여러시험분 감, 생산성향상, 물성강화, 생분해기간의조절, 기능성추가 석기관에서분석을할수있는시험방법의개발이필요한실 등많은연구를필요로하고있다. 친환경을요구하는세계 정이다. 시장에서우리가살아남기위해서는기업의개발의지와노력 이필요하다. 그리고바이오플라스틱관련교육기관의확충, 05. 결론 개발지원, 난분해플라스틱의규제법안등정부차원에서의지원이필요하다. 마지막으로기업, 정부, 지방자치단체및 전세계적으로바이오플라스틱에대한다양한식별표시제를 개인인소비자입장에서는환경보호의수혜자측면에서추가 운영하고있으며, 일부국가에서는기존플라스틱의사용규 되는사회적비용을분담하여야할것으로생각이된다. 제를하고있는실정이다. 하지만우리나라는아직까지바이 오플라스틱에대한이해가많이부족한상황이며, 체계적인 바이오플라스틱제품은생활용품, 산업용품, 농업용품, 건축 교육을받을수있는기관도전무한것이현실이다. 환경부 토목, 일회용품분야등광범위하게적용을할수있는장점때 산하한국환경산업기술원에서제정한바이오베이스플라스 문에대한민국국가산업발전및산업활성화에큰역할을기 틱인증인 EL 727 을살펴보면바이오매스에대한정의부터 대할수있기때문에화이트바이오기반의친환경화학소재개 인증방법까지시장의요구와는거리가있는내용이들어있 발, 응용제품개발활성화및가격경쟁력있는대량생산체제 다. 이는정부의바이오플라스틱에대한이해도부족과세계 를통하여바이오플라스틱의대중화를기대해본다. 적인흐름에대한인식이부족하다는것을반영한다. UAE 환
BIO TechnologyⅠ 바이오연료생산을위한균주개발 22 / 23 2. 바이오연료의활용정책과산업화동향 다. (1G 에탄올과 2G 에탄올의생산기술의차이점은뒤에서 다루기로한다.) 바이오연료의사용을가장활발히추진하고있는나라는미국 섬유소에탄올의산업화를가장활발히추진하고있는나라도 이다. 미국은옥수수에서생산한무수에탄올을휘발유에 10% 미국이다. 미국의 Department of Energy(DOE) 의지원으로 혼합한 E10 을자동차연료로사용하고있으며, 2022 년까지 다양한원료를사용하여 2G 에탄올을생산하기위한 pilot 또 수송용연료중 20% 를재생가능한자원으로부터생산된연료 는 demonstration 규모의생산연구를수행하였다. 산업화생 ( 바이오연료 ) 로대체하기위한야심찬계획을수립하여추진하 산을선도하는대표적인회사는 Abengoa 와 Poet-DSM 이다. 고있다. 브라질은사탕수수로부터에탄올을생산하고있으며 Abengoa 는 25 Milion Gallon Ethanol/yr 규모의섬유소바 2002 년부터에탄올을 25% 로혼합한 E25 사용을의무화하였 이오에탄올을생산하기위한공장을 Kansas 에건설하고있고 으며, 2010 년에바이오디젤사용을 2% 에서 5% 로상향조정하 이공장에사용될원료는옥수수대 (corn stover), 밀짚 (wheat 였다. 이러한정책은브라질의수송용연료의 50% 를바이오연 straw) 과같은농업부산물이다. 료로대체하기위한국가적인목표를달성하기위함이다. EU Poet-DSM 도 20 Milion Gallon Ethanol/yr 규모의공장을 는 2020 년까지수송용연료의 10% 를바이오연료로대체하기 Iowa 에건설하고있으며, 옥수수대가원료로사용된다. 위한정책을추진하고있으며중국도 2020 년까지수송용연료 섬유소에탄올생산기술의경제적타당성을체계적으로검토 의 15% 를바이오연료로대체하기위한프로그램을시행하고 한연구결과가발표되어많은관심을모았다. 2011 년미국의 있다. 우리나라는 2012 년부터 2% 바이오디젤을혼합한경유 Seattle 에서개최된 33 차 Symposium on Biotechnology for (B2) 사용을의무화하였으며 2015 년 7 월부터바이오디젤의 Fuels and Chemicals 학회에서 National Renewable Energy 무혼합비율을 2.5% 로상향조정하였다. 그러나일본의경우 Laboratory (NREL) 와 Harris Group Inc. 공동으로수행한 바이오연료에대한연구개발을활발히진행하였으나, 바이오 2011 Update of the NREL Biomass-to-Ethanol Process 연료의의무적사용에대한정책은아직까지없는것으로알려 Design Report 의논문은 2002 년에발표한경제성분석결과 져있다. 이외에호주, 캐나다등많은국가에서도석유를대체 를최신연구결과를바탕으로수정, 보완한것으로이논문에 할바이오연료의의무적사용을정책적으로추진하고있다. 서사용한기술적인요소는다음과같다. 미국의경우위와같이수립한바이오연료대체목표를달성하 생산규모는 2200 dry ton of biomass/day 또는 52 Milion 바이오연료생산을위한균주개발 섬유소바이오에탄올을중심으로 1. 서론석유는화학산업의탄소와수소의공급원 (feedstock) 으로뿐만아니라수송용원료등에너지자원으로매우중요하다. 그러나과다한석유의사용으로대기중 CO 2 농도가급격히증가하였으며, 이로인한지구온난화, 기상이변과같은환경문제를야기하였다. 최근에는석유가격이배럴당 50 US$ 정도이지만중국, 인도등개발도상국가의석유소비가증가하고, 석유의주요생산지인중동지역의정치적불안으로원유가격에대한불안정성은여전히존재한다. 온실가스배출에대한국제적인규제에대응하면서석유를대체할수있는수송용연료로써바이오연료가각광을받고있다. 휘발유 기위해서는많은양의옥수수를사용해야하고, 실제로바이오에탄올을생산하기위해과도하게옥수수가사용됨에따라옥수수가격은물론, 다른농작물의가격이폭등했다. 그결과식량자원을사용한바이오연료의생산은인류의재앙으로비난을받는등사회적인, 윤리적인문제를야기하였다. 바이오에탄올이석유를대체할환경친화적이며탄소중립적인 ( 순수하게대기중으로배출되는 CO 2 의양이없음 ) 연료이긴하지만그원료는식량자원이아니라비식량자원이어야한다는것이국제적인공감대이다. 섬유소유래에서생산되는바이오에탄올을옥수수와사탕수수로부터생산되는바이오에탄올과구분하기위하여, 식용자 Gallon Ethanol/year이며에탄올생산수율은 79.0 Gallon Ethanol/dry ton biomass이며사용된 biomass는옥수수대이다. 공정의흐름도는그림1에나와있듯이 Dilute acid pretreatment, 효소당화공정, 재조합 Zymomonas mobilis에의한에탄올전환공정, T. reesei에의한 Cellulase 생산시설과폐수처리시설을포함한다. 이와같은생산공정을기반으로산출된에탄올의생산단가는 2.15 US$/gallon of Ethanol (2007년가격 ) 이며, 원료인 biomass 0.74$/gallon, 효소가격 0.34$/gallon, 전환공정비율 1.08$/gallon으로생산단가가구성되어있다. 2.15$/gallon의생산단가는섬유소에탄올의생산기술은경제성이있는것으로판단된다고결론을내렸다. 이 (gasoline) 를대체할에탄올과경유 (diesel) 를대체할바이오디젤이 원을이용하여생산한바이오에탄올을제 1 세대바이오에탄올 와같은경제성분석결과는너무낙관적전망이라는의견도있 서진호 서울대학교농생명공학부협동과정바이오엔지니어링 대표적인바이오연료이다. 그중섬유소자원 (cellulosic biomass) 을활용한바이오에탄올생산을위한균주개발현황을소개하고자한다. (1G 에탄올 ) 이라하고, 섬유소와같은비식용자원에서부터생산되는에탄올을제 2세대바이오에탄올 (2G 에탄올 ) 이라한 었지만, 섬유소바이오에탄올생산기술의경제성확보라는측면에서긍정적이다.
BIO TechnologyⅠ 바이오연료생산을위한균주개발 24 / 25 [ 그림 1_Conceptual Biochemical Conversion Process] [ 그림 2_Comparison between 1G ethanol and 2G ethanol production process] <1G ethanol> <2G ethanol> Enzyme production Corn starch Gelatinization Amylases Cellulosic biomass Pretreatment + Cellulases Biomass (Corn stover) Pretreatment (Dilute acid) Enzymatic hydrolysis Glucose Glucose + Xylose + Acetate + Fermentation inhibitors Ethanol Product Recovery Co-fermentation C5-C6 sugars yeast yeast Ethanol + CO 2 Ethanol + CO 2 Electricity Residue Combustion Single sugar fermentation No fermentation inhibitors Easy high loading Mixed sugar fermentation Fermentation inhibitors Difficulties in high loading 3. 섬유소에탄올생산기술의문제점및해결 에탄올생산기술은 B.C 2000 년부터인류가사용해왔으며, 현 올 /g 포도당 ) 에육박하는값이며생산성도 4 g/l/h 의높은속 유소유래에탄올생산기술은기술의난이도나복잡성에서비 재옥수수유래에탄올생산기술이이에해당한다. 전분은식 도로에탄올을생산할수있다. 그러나에탄올생산과정에서 교가되지않을정도이다. 섬유소를이용한에탄올의생산기술은그림 1 에나와있듯이 물이에너지원으로재사용하기위해생합성하는물질로, 가수 cofactor 의균형을맞추기위해부산물로글리세롤이생산된 섬유소당화액에는포도당과목당이함유되어있으며두당을 일반적으로섬유소바이오매스의전처리, 효소당화, 미생물전 분해공정이효율적이며단순하고, 가수분해당화액에는대 다. 결과적으로 1G 에탄올생산기술은이미완숙단계에있어 모두에탄올로전환시켜야기술경제성이확보된다. 섬유소에 환, 그리고생산된에탄올의분리 정제로구성되어있다. 이중 부분포도당으로구성되어있어에탄올발효에사용되는효모 연구개발을통하여발효공정을개선할여지가별로없다고할 탄올생산기술은포도당과목당을에탄올로의효율적인전환 에탄올의분리 정제는 1 세대에탄올생산에서개발된기술을 (Saccharomyces cerevisiae) 에의해서높은생산성과수율로 수있다. 기술에관한연구개발이집중적으로이루어졌다. S. cerevisiae 그대로이용할수있다. 섬유소바이오매스는평균적으로 40% 에탄올로전환된다. 반대로섬유소유래에탄올생산의경우매우복잡하고많은 는포도당을에탄올로매우효율적으로전환하지만목당은전 cellulose, 30% hemicelluloses, 25% lignin 등으로구성되어 효모에서포도당으로부터에탄올생산과정은이미잘알려 기술적인어려움이존재한다. 식물의구조물자체를분해하여 혀활용하지못한다. 이는목당을 xylulose 로전환을담당하 있으므로가수분해를하면포도당, 목당 (xylose) 의혼합당화액 져있다. 포도당은해당작용을거쳐 pyruvate 로전환되며, 야하기때문에전분의분해와는달리비효율적이다. 섬유소 는대사과정이없기때문이다. 자연상태에서목당을이용할수 을얻게된다. 섬유소의물리화학적구조는전분 (starch) 의구 pyruvate 는혐기적조건 ( 공기가없는 ) 에서최종적으로에탄올 당화액에도포도당뿐만아니라목당 (xylose) 이존재하는혼합 있는미생물인 Pichia stipitis 의목당이용대사과정에관여하 조와는달리복잡하며단단하게되어있어가수분해공정이매 로전환된다. 공기가있는호기적조건에서도 Crabtree 효과에 당용액이며, 가수분해과정에서생성된발효저해제 (furfural, 는 xylose reductase(xr) 와 xylitol dehydrogenase (XDH) 의 우어렵다. 의해서 pyruvate 는 TCA 대사과정뿐만아니라에탄올로전환 hydroxylmethylfural, 초산등 ) 가있어에탄올생산공정의 두효소의유전자를 S. cerevisiae 에도입하여목당이용능력 된다. 사실효모에서는포도당을기초원료로사용할경우에 효율을저하시킨다. 더욱이에탄올발효에사용된효모인 S. 을부여하였다 ( 그림 3). 두효소의유전자를가진재조합효모 전분유래에탄올 (1 세대에탄올 ) 과섬유소유래에탄올 (2 세대 탄올을생성하지않게하는것이더어렵다. 현재주류공장에 cerevisiae 는목당을이용할수없어, 목당을이용할수있도록 는목당을 xylulose 로전환할수있으며, xylulose 는 xylulose 에탄올 ) 과의기술적인차이점은그림 2 에나와있다. 전분유래 서의포도당기반에탄올생산수율은거의이론수율 (0.51 g 에탄 대사공학적으로개조하여야한다. 전분유래에탄올에비해섬 kinase(xk) 에의하여 xylulose-5-phosphate 로전환되어
BIO TechnologyⅠ 바이오연료생산을위한균주개발 26 / 27 다. 섬유소당화액의당화조성은포도당 70 g/l, xylose 40 g/l 로알려져있다. 이와같은당화액으로에탄올을생산하게되면, 초기에포도당을우선이용하여에탄올이 34 g/l 정도생산되므로, xylose를이용할시점에는이미고농도의에탄올이배지에존재하여 xylose 활용도를더욱저해하는결과를가져온다. 이와같은포도당, xylose의경쟁적저해현상을해결하기위하여포도당대신에포도당 2분자로구성된 cellobiose와 xylose의혼합액을사용하여에탄올생산성을향상시켰다. 당화액발효속도를저해하는또다른원인은당화액에존재하는발효저해제이다. 이물질은섬유소전처리과정에서생기는것으로전처리과정에서그생성량을낮출수있지만, 근본적으로생성을억제하지는못한다. 따라서재조합효모가이와같은저해제가존재하여도섬유소당화액을고효율, 고생산성으로에탄올로전환할수있도록재조합효모의저해제에대한내성을부여해야한다. 섬유소에탄올생산에는위와같은많은기술적인문제점이존재하지만대사공학, 단백질공학, 발효최적화기술등다양한공학기술을접목하여섬유소에탄올생산기술의산업화를위한기반기술을개발할수있었다. 지는아직판단할수없다. 이는바이오매스의종류, 바이오매도적요소를제언하고자한다. 스의전처리과정에따라섬유소당화액의조성이달라지며, 결국에탄올전환성능이달라지기때문이다. 우수한에탄올생산 1) 바이오매스확보에서부터에탄올생산, 분리 정제까지전공기술이란에탄올생산성 (productivity), 수율 (yield), 최종농도정이포함된일관된고효율, 고생산성생산시스템확보가높은것이어야한다. 2) 리그닌을포함한부산물의고부가가치화기술 3) 바이오연료의 feedstock, 전처리물분석법, 평가표준화 3. 섬유소바이오에탄올산업화를위한제언 Initiatives : 원료분석법, 전처리물분석법, 바이오매스당화성평가, 바이오매스발효성평가, 효소활성평가, 균주발효성섬유소바이오에탄올의상용화공장이미국, 이태리, 브라질에능평가, 전처리물저해성평가등단위공정의표준화확립서건설중이므로곧산업적인생산이가능할것이다. 그러나우리나라의경우바이오에탄올생산을위한바이오매스가부결론적으로바이오연로는탄소경제의 paradigm을탄화수소족할뿐만아니라산업적생산을위한시도가아직이루어지지 (hydrocarbon) 에서탄수화물 (carbohydrate) 로바꾸는것이않고있다. 그러나석유의존도를줄이고환경친화적인바이오며, 이는바이오연료산업을지속가능한구조로의개편을유도연료의생산은세계적인추세 (megatrend) 이므로섬유소바이하여우리나라의에너지산업의국제적인경쟁력확보에필수오에탄올생산은매우중요한국가적인아젠다이다. 따라서섬적인요소이다. 유소바이오에탄올생산의산업화를촉진하기위한기술적, 제 [ 그림 3_Major limitations in xylose metabolism by engineered S. cerevisiae] pentose phosphate pathway (PPP) 를거쳐궁극적으로에탄올로전환된다. 이러한대사과정에서 XR은 NADPH를, XDH 는 NADH를 cofactor로요구하는등 cofactor 불균형의문제점이있으며, XK의효소역가가낮아전환된 xylulose가효율적으로 PPP로도입되지못하는문제점을갖고있다. 이러한기술적인문제는단백질공학을이용한 XR의 NADH의존형효소로의변형, XK효소과잉발현등미생물공정화기술을활용함으로써 xylose의활용속도를높일수있었다. 높은속도로 xylose를이용할수있는재조합효모를사용하여포도당과 xylose가혼합된당화액을이용한발효공정할경우, 포도당이먼저이용되고, 포도당이고갈된시점에서 xylose를이용하여앞서설명한대사과정을거쳐에탄올을생산하게된다. 이는포도당과 xylose 모두효모의 hexose transporter( 당이동단백질 ) 를동시에사용하기때문이다. 당이동단백질은 xylose보다는포도당에대한친화도가 20배이상높아두당이동시에존재할경우우선적으로포도당을이용하게되는것이 재조합 S. cerevisiae 이외에도재조합대장균과재조합 Zymomonas mobilis가활용되고있다. Xylose는대장균, Z. mobilis와같은박테리아에서는 xylose isomerase에의해 xylulose로전환되고, xylulose는효모와같은대사과정으로에탄올로전환된다. 대장균에 Z. mobilis 유래의 pyruvate decarboxylase (PDC) 와 alcohol dehydrogenase (ADH) 를도입한재조합대장균을이용한섬유소에탄올생산기술개발이시도되었다. 이공정은다양한기질에적용할수있고, 에탄올생산성이높다는장점이있는반면에탄올내성이낮아최종에탄올농도가낮고, 발효저해제에민감하여에탄올생산성이낮다는단점도가지고있다. 재조합 Z. mobilis의경우 xylose isomerase(xyla) 와 XK, transketolase를도입하여 xylose 이용속도를향상시켰다. 이균주는 DuPont사에서활용하고있는것으로알려져있다. 장점은에탄올생산과수율이높다는것이며, 단점은발효저해제에민감하다는것이다. 이상세균주가섬유소바이오에탄올생산에사용되는대표적인균주이며, 각균주마다장단점이있어, 어느균주가우수한 Soo Rin Kim, Biotech.Adv : Volume 31, Issue 6, 1 November 2013, Pages 851 861
BIO TechnologyⅡ C1 메탄가스기반의바이오화학기술개발 28 / 29 1. C1 가스자원의풍부함 미국을중심으로개발되고있는셰일가스는지하퇴적 C1 메탄가스기반의바이오화학기술개발 암에존재하는천연가스로서조성의 70~90% 가메탄이다. 열량기준으로셰일가스가 1687억 TOE, 전통가스가 1,684억 TOE 수준의매장량이확인되었으며, 잠재매장량은 645조m 3 에규모로 200년이상사용가능한양으로추정되고있다. 따라서가스의주성분인저가탄소자원인메탄전환기술개발도중요해지고있다. 이은열 경희대학교화학공학과교수 2. 메탄가스전환기술개발동향 저가격가스시대에서석유화학산업에서탄소자원으로 나프타의보완제로가스원료사용이확대될것으로기 대되고있다. 에탄의경우현재크래킹을통해에틸렌 제조에사용되고있으나, 천연가스및셰일가스에가장 많이존재하고있는메탄가스의가격경쟁력이있는전 환기술이개발되지못해단순열원으로주로사용되고 있다. 메탄의간접화학전환법에서는수증기개질법, 이산화 탄소개질법등을통해메탄을합성가스로먼저전환하 고, F-T 공정등을이용하여 F-T 오일, 메탄올등석유 최근석유화학업계의공통적인화두가 탄소자원화 이다. 화학제품및합성연료로전환하는기술을중심으로상 셰일오일 / 셰일가스개발과세계경기둔화로인하여최근저 업화가되었다. 이공정들은고온 고압의과다에너지 유가시대가진행되고있으며, 이산화탄소등온실가스감축 소비형공정이며, 20 억불규모의초기설비투자비가 관련환경규제가강화되고있는현상황에서저급탄소자 요구되는규모의경제가적용되는기술이다. 이러한문 원의고부가가치화는화학산업의새로운패러다임을열어 제점들을해결하기위하여직접화학전환법을개발진 줄것으로기대되고있다. 천연가스, 셰일가스 (shale gas), 행중이나, 기술난이도가높아해결해야할과제들이 바이오가스등에존재하는메탄가스와제철소등에서배출 많이남아있다. 되는 CO 가스등의 C1 가스는대표적인저가탄소원이다. 메탄의화학적전환법과경쟁관계이면서도상호보완적 본기고에서는저가 C1 메탄가스자원을이용한화학소재 인메탄의생물학적전환기술은효소및미생물을이용 개발을위한바이오화학기술개발동향에대해알아보고자 하여상온 상압에서메탄을다양한화합물및바이오 한다. 연료로전환하는기술이다.
BIO TechnologyⅡ C1 메탄가스기반의바이오화학기술개발 30 / 31 2.1. 메탄산화효소 (methane monooxygenase) 에 의한메탄가스전환 메탄의 C-H 결합에너지는약 105 kcal/mol로매우안정적이라활성화를시키기어렵다. 메탄을생물학적으로전환하는첫반응단계는 C-H 결합에산소를삽입하여메탄올로산화시키는반응으로 methane monooxygenase(mmo) 효소가촉매역할을한다. 산소한개는메탄올생성에활용되고, 나머지한개는물분자로들어가며, 이를위해각각 2개의전자와양성자가필요하다. MMO는 soluble MMO(sMMO) 와 particulate MMO(pMMO) 가있으며, 주로 Cu 농도에따라두효소의발현정도가결정된다. MMO는산소를활성화시키기위해 smmo는 NADH를 reducing power로사용하고, pmmo는 intracytoplasmic membrane(icm) 에존재하는전자전달계를이용한다. 따라서효율적이고안정적인 reducing power regeneration 방법개발이필수적으로요구된다. smmo는 hydroxylase(mmoh), reductase(mmor), regulatory protein(mmob) 으로구성되어있다. MMOH 가핵심적촉매반응역할을수행하며, α, β, γ의 subunit들이각각두개씩존재하는매우복잡한단백질이다 ( 그림 1). 촉매활성중심에 non-heme di-iron center가존재하며, intermediate P, intermediate Q 등여러가지중간체로형태가변화하면서산소를활성화하고반응을촉매한다. MMOH 는과산화수소를사용하는 shunt pathway를통하여반응을진행할수도있다. [ 그림 1_Soluble methane monooxygenase 구조모식도 (Hwang et al., J. Microbiol. Biotechnol. 2014)] pmmo는 ICM에존재하는효소로 pmoa, pmob, pmoc의세개의 subunit로구성되어있다 ( 그림 2). pmmo가필요로하는전자는 ubiquinol로부터얻는것으로예상되고있다. pmmo는 methanol dehydrogenase(mdh) 와공간적으로 coupling되어전자를직접주고받음으로써반응촉매효율을높이는것으로예상되고있다. pmmo는 smmo에비해기질특이성이낮은편이나, 메탄기질에대한 M-M 상수가적어낮은농도의메탄에대한전환율이높다는장점이있어메탄전환에효율적인효소로평가되고있다. pmmo와 smmo 는구조의복잡성과 electron transfer 시스템및 reducing power 재순환을 in vitro에서구현하기어렵기때문에효소수준에서의응용은현재로서는제한적이라고할수있다. [ 그림 2_particulate methane monooxygenase 구조모식도 (Hwang et al., J. Microbiol. Biotechnol. 2014)] 로가거나, formate를거쳐이산화탄소로바로산화된다. Formaldehyde로부터 biomass로전환되는대사과정에따라크게 3개의그룹으로구분할수있다. Group I은 RuMP pathway를사용하여 formaldehyde와 ribose-5-phosphate 를축합시켜 fructose-6-phosphate를생성시키고, 여러단계를거쳐 pyruvate로전환된다 ( 그림 3). Group II는 serine pathway를이용하여 acetyl-coa로전환하는방식으로 methane fixation을진행한다. METHANE OXIDATION METHANE Methanol Formaldehyde [ 그림 3_ 메탄자화균의메탄대사과정모식도 (Hwang et al., J. Microbiol. Biotechnol. 2014)] Glycolate-2-phosphate PENTOSE PHOSPHATE PATHWAY Hexulose-6-phosphate RuMP PATHWAY 3HCO+ATP GLYCERALDEHYDE-3-PHOSPHATE Xylulose-5-phosphate Ribulose-5-phosphate Glucose Fructose-6-phosphate Glyceraldehyde-3-phosphate Phosphoenolpyruvate Pyruvate Acetyl-coA 2-Phosphoglycerate Citrate Glycolate Formate 2.2. 메탄자화균 (methanotroph) 을이용한메탄가스전환 Methylene THF Glycerate Serine SERINE PATHWAY 2HCO+CO 2 +3ATP+2NADH 2-PHOSPHOGLYCERATE+2ADP+Pi+ NAD + Oxaloacetate Malate TCA cyle Isocitrate Succinyl-coA 메탄자화균 (methanotroph) 은메탄가스를탄소원및에 너지원으로사용하는미생물을의미한다. 메탄가스대사는 MMO가메탄을 methanol로전환시키고, 메탄올은 Glycine Malyl CoA Fumarate MDH 에의해 formaldehyde 로전환되어 biomass 합성으 Acetly-coA
BIO TechnologyⅡ C1 메탄가스기반의바이오화학기술개발 32 / 33 메탄자화균을생촉매로이용하여메탄올을제조하는경우, MDH의활성을저해하여메탄올을축적시켜야한다. 주로 EDTA, 인산염등을첨가하여 MDH 활성을저해시키며, 지속적인메탄의메탄올로의전환을위해 NADH를공급해주어야한다. 주로 NADH 의재생성을위해배지중에 formate 를첨가한다. 최근에본연구팀에서도새로스크리닝한 type 1 Methylomonas sp. DH-1을이용하여메탄으로부터고효율로메탄올제조하는기술을성공적으로개발하였다. 3. 맺음말 메탄자화균을생촉매로이용한메탄의생물학적전환은상온 상압에서고효율로다양한화학소재를생합성할수있으므로, 기존의화학적메탄전환법에서제기되고있는여러가지문제점을해결할수있는대안으로제시되고있다. 현재의연구개발수준은기초연구단계이나, 핵심효소인 MMO의촉매메카니즘규명, 단백질구조분석, 대사과정이해등을통해메탄자화균에대한과학적이해도가높아지고있다. 또한, 대사공학, 합성생물학, OMICS 등의다양한생물공학 tool들을활용하면상업화에요구되는수준의기술확보가빠른시일내에가능할것으로기대되고있다. 국내에있는메탄자원인바이오가스의경우이산화탄소가다량존재하지만, 메탄자화균의활성에영향을주지않으므로메탄을대사하여다양한화학소재를생합성하는데활용할수있다. 이러한생물학적메탄전환기술확보는 C1 가스기반의가스화학산업에핵심산업화기술로서자리매김을할것이다. In Yeub Hwang, Seung Hwan Lee, Yoo Seong Choi, Si Jae Park, Jeong Geol Na, In Seop Chang, Choongik Kim, Hyun Cheol Kim, Yong Hwan Kim, Jin Won Lee, Eun Yeol Lee (2014) Biocatalytic conversion of methane to methanol as a key step for development of methane-based biorefineries. J. Microbiol. Biotechnol. 24: 1597 1605. C1 리파이너리사업기획보고서. 2014.
BIO TechnologyⅢ 글리세롤기반바이오화학제품생산기술개발 34 / 35 금세기들어화석원료의소비확대로인한온실 가스배출증가로환경문제의심각성에인식이높아지면서세 계적으로바이오매스를기반으로한바이오에너지및바이오화 학제품의생산및보급을권장하는추세이다. 바이오에탄올과 더불어대표적인바이오에너지중의하나인바이오디젤시장은 2005 년부터 2015 년까지연평균 26% 로성장하여, 2015 년의 매출액은 620 억달러, 생산량은 260 억갤런에달할전망이다 ( 그림 1). 현재우리나라도바이오디젤을중심으로바이오에너 지의보급이진행되고있으며바이오디젤생산량은연간 50 만 kl정도이다. 본고에서는바이오디젤생산시에부산물로바이오 디젤양의 10% 에해당하는양만큼발생하고있는글리세롤 ( 그 림 2) 을이용하여바이오에너지또는바이오화학제품을생산하 기위한기술개발현황을소개하고자한다. [ 그림 1_ 주요국가별글리세롤추정생산량 (Muhammad, 2012)] [ 그림 2_ 지방으로부터글리세롤생산과정 (Syed, 2007)] 글리세롤기반바이오화학제품생산기술개발 김철호 한국생명공학연구원책임연구원
BIO TechnologyⅢ 글리세롤기반바이오화학제품생산기술개발 36 / 37 1. 글리세롤발생현황 유지성효모 Yarrowia lipolytica 를이용하여글리세롤로부터구 가제거된 Y. lipolitica 를사용하여 170g/L 의 erythritol 을생산 [ 그림 3_ 미국의바이오디젤생산량과글리세롤가격 (James, 2013)] 연산 (citric acid) 124.2 g/l( 수율 0.77g/g, 생산성 0.85 g/l/h) 할수있었다 (Rymowicz, 2009). 바이오디젤산업이활성화되기전에는글리 를생산한사례가있으며 (Rymowicz, 2010), 아세트산생성대사 세롤은주로유지공장에서비누화반응부 산물로생산되어정제를거친후화장품소재와같은비교적고가로사용되어왔다. 하 [ 그림 4_ 미생물의글리세롤발효대사경로 ] 지만바이오디젤생산규모가폭발적으로증가하면서잉여자원내지는폐기물로분류되어급격한가격하락을가져와바이오디젤산업의경쟁력강화차원에서도이를활용하기위한연구들이활발하게진행되고있다. ( 그림 3) 미국의경우에서도보는바와같이글리세롤가격은 80% 순도를기준으로 kg 당 150원내외에형성되고있으며현재국내가격도비슷한수준으로유지되고있으나공급이수요를초과하고있다. 2. 미생물의글리세롤대사물질 글리세롤은 E. coli, Citrobacter freundii, Klebsiella, Clostridium, Lactobacillus, Bacillus, Propionibacterium, Anaerobiospirillum 속미생물들에의해서탄소원으로이용될수있다. 이들미생물들중에서대표적인글리세롤대사미생물은 Klebsiella 속미생물이다 (K. pneumoniae, K. oxytoca). Klebsiella는산화 환원경로를통해서글리세롤을이용하는데환원경로에서는 1,3-propanediol(PDO) 이주요대사산물이고, 산화경로에서는 2,3-butanediol(BDO), 젖산, 숙신산, 초산, 에탄올등다양한대사물질들이생산된다 ( 그림 4). 대부분의주요대사물질들이 Klebsiella대사경로상에나타나있으나이들외에도 Clostridium은 n-butanol 생산대사를가지고있고 (Dellomonaco, 2011), Propionibacterium은 propionic acid 생산대사를가지고있다. 최근에는 E. coli에서 dihydroxyacetone phosphate를 1,2-propanediol로전환하는대사공학기술개발도보고된바있다Clomburg, 2011). 글리세롤의혐기적발효를통해서생산되는주요대사산물및이들을생산하는것으로알려진미생물들을정리하면다음표 1과같다. 표 1에나타난바 와같이현재상업적생산이가능한수준으로생산가능한것은 1,3-propanediol이유일하며프로피온산과에탄올도조만간상업생산이가능한수준까지생산농도를높일수있는기술개발이가능할것으로판단된다. 반면에 1,2-propanediol, 숙신산및부탄올은생산가능성만이확인된정도로산업화를위해서는지속적인기술개발이필요한분야이다. 기타 K. pneumoniae 의대사공학기술에의하여환원경로상에있는중간물질인 3-hydroxypropionaldehyde를 3-hydroxypropionic acid로전환시키는연구도수행된바있으나아직초기연구개발수준이다 (Luo et al. 2013). 글리세롤의호기적발효에의해생산가능한대표적바이오화학제품은 dihydroxyacetone과 glyceric acid 이다. Hu 등은 Gluconobacter oxydans를사용하여글리세롤로부터 161.9g/L의 dihydroxyacetone 을생산하였고 (Hu, 2010), Habe 등은 G. frateurii를사용하여글리세롤로부터 136.5g/L 의 glyceric acid를생산하였다 (Habe, 2009). 이들박테리아대사외에효모에의한글리세롤의산화적대사경로를통한대사물질연구들도보고되고있다. 대표적인예로는 Product and organism [ 표 1_ 글리세롤의혐기적발효에의해서생성될수있는바이오화학제품 ] Titer (g/l) Yield (g/g) Overall productivity (g/l/h) Glycerol source 1,3-Propanediol Klebsiella pneumoniae 102.7 0.5 1.53 Crude Oh(2012a) Klebsiella pneumoniae M5al 58.8 0.44 0.92 Refined James(2013) Clostridium butyricum VPI 3266 65.0 0.57 0.90 Refined Clostridium butyricum ARK102a 93.7 0.52 3.35 Refinedc Clostridium butyricum VPI 1718 67.9 0.55 0.78 Cruded Clostridium acetobutylicum DG1 (pspd5) 84.0 0.54 1.77 Refinede 1,2-Propanediol Escherichia coli 5.6 0.21 0.08 Refinedf Succinic acid Anaerobiospirillum succiniproducens 19.0 1.60 0.16 Refined Actinobacillus succinogenes 29.3 0.80 Refined Escherichia coli 12.0 1.02 0.08 Refined Propionic acid Propionibacterium acidipropionici 42.0 0.62 0.12 Refined Ethanol Enterobacter aerogenes HU-101 10.0 0.40 0.83 Crude Citrobacter freundii FMCC-207 14.5 0.45 0.66 Crude Klebsiella oxytoca FMCC-197 25.2 0.20 0.29 Crude Escherichia coli 19.8 0.47 0.20 Crude Klebsiella pneumoniae GEM167 31.0 0.89 1.2 Refined Oh(2012b) n-butanol Clostridium pasteurianum MBEL_GLY2 17.8 0.30 0.30 Refined Clostridium pasteurianum DSM 525 7.2 0.31 0.15 Thin stillage Ref.
BIO TechnologyⅢ 글리세롤기반바이오화학제품생산기술개발 38 / 39 3. 글리세롤발효대사물질의산업화기술개발현황 위에서도언급한바와같이현재까지글리세롤발효에위 Chemical 사가 1,3-PDO 를생산하고있는것으로알려져한바이오화학대사물질생산의산업화는 1,3-PDO가유일있다. 국내의경우에는 SK chemical이프랑스 Metabolic 하다. 1,3-PDO는 polytrimethylene terephthalate(ptt) Explorer SA사의특허기술인혐기성균주 Clostridium 와같은폴리에스터의원료로오래전부터화학적방법으로 acetobutylicum을이용한 1,3-PDO 생산기술을이전받아글생산되어왔으며 2013 년기준 140,500 톤 / 년생산되고있리세롤이풍부한말레이시아에합작으로년산 8,900 톤 / 년고지속적성장이예상되는비교적시장성이큰원료이다 ( 그규모의파일롯플랜트를설치하고상용화를위한연구를수림 5). 특히 Dupont사에서전분을원료물질로사용하여재행하고있다. 이외에는한국생명공학연구원에서개발한 K. 조합 E. coli로 1,3-PDO를생산하여성공적으로시장에진 pneumoniea를사용한 13,-PDO 생산기술이기업체에이전입한예가있으므로후발주자들은바이오디젤산업부산물되어산업화가진행중인것으로알려져있다. 현재 1,3-PDO 글리세롤을타깃원료로 K. pneumoniea를사용하는 1,3- 의주요용도는 PTT 합성원료인것은분명하나화장품첨가 PDO를생산하여산업화하는전략을택하고있다. 현재발제등으로용도가개발됨에따라중소업체들도사업화에도효산업이왕성한중국에서주로사업화가시작되었으며중전할수있는길이열리고있다. 따라서현재전량수입에의국칭화대와 Heilongjiang Chenneng Bioengineering사존하고있는 1,3-PDO의국산화는바이오디젤업체에서과는 K. pneumoniea를이용하여 20,000 톤 / 년생산시설을잉으로발생하고있는글리세롤의부가가치를높이고섬유산구축하고있고, 정확한규모는알려져있지않으나중국의업및화장품산업의경쟁력확보차원에서도검토해볼가치 Zhangjiagang Glory Biomaterial 사와 Zouping Mingxing 가있을것이다. [ 그림 5_1,3 PDO의예상세계시장규모, 2012-2022 (Kilo Tons) (Grand View Research, 2015)] Polytrimethylene Terephthalate Polyurethane Personal care & detergents Others Clomburg, J.M. et al. (2011) Metabolic engineering of Escherichia coli for the production of 1,2-propanediol from glycerol. Biotechnol. Bioeng. 108, 867-879 Dellomonaco, C. et al. (2011) Engineered reversal of the b-oxidation cycle for the synthesis of fuels and chemicals. Nature 476, 355-359 Grand View Research: Market Research & Consulting, Published: April 2015 ISBN Code: 978-1-68038-385-0 Habe et al. (2009) Microbial Production of Glyceric Acid, an Organic Acid That Can Be Mass Produced from Glycerol. Appl Environ Microb, 75, 7760 7766. Hu et al. (2010) Production of 1,3-Dihydroxyacetone from Glycerol by Gluconobacter oxydans ZJB09112. J Microbiol Biotechn, 20, 340 345. James M. et al. (2013) Anaerobic fermentation of glycerol:a platform for renewable fuels and chemicals. Trends in Biotechnology, 31, 20-28 Luo et al. (2013) Identification and characterization of Klebsiella pneumoniae aldehyde dehydrogenases increasing production of 3-hydroxypropionic acid from glycerol, Bioprocess Biosyst Eng, 36, 1319-1326 Muhammad A. et al. (2012) Critical review on the current scenario and significance of crude glycerol resulting from biodiesel industry towards more sustainable renewable energy industry, Renewable and Sustainable Energy Reviews 16, 2671-2686 Oh et al. (2012a) Optimization of Culture Conditions for 1,3-Propanediol Production from Glycerol Using a Mutant Strain of Klebsiella pneumoniae. Appl Biochem Biotechnol 166, 127 137 Oh et al. (2012b) Enhancement of ethanol production from glycerol in a Klebsiella pneumoniae mutant strain by the inactivation of lactate dehydrogenase, Process Biochem., 47, 156-159 Rymowicz W. et al. (2009) High-yield production of erythritol from raw glycerol in fed-batch cultures of Yarrowia lipolytica. Biotechnol Lett, 31:377 380. Rymowicz W. et al. (2010) Citric acid production from glycerol-containing waste of biodiesel industry by Yarrowia lipolytica in batch, repeated batch, and cell recycle regimes. Appl Microbiol Biotechnol, 87:971 979. Syed S.Y et al. (2007) Anaerobic fermentation of glycerol: a path to economic viability for the biofuels industry. Current Opinion in Biotechnology, 18, 213 219 137.0 140.5 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022
BIO FocusⅠ Biomass 기반환경친화플라스틱개발방향 40 / 41 한다는계획하에 Virent 사와 Gevo 사가함께협력하여 PET 의 해야하는성장전략에있어중요한시사점이되겠다. 물론, 주원료인바이오테레프탈릭애시드 ( 이하 Bio-TPA) 공법개 일회용용도에서는 PLA 원료메이커의양적, 기술적성장으 발과상업화를추진하고있는데, 금년상반기에시제품을전 로통한생산코스트절감과가격저하정책이같이맞물리고 시회에출품한바있다. 이밖에다양한 Biomass 를활용한기 있어서, 범용소재로활용되는시기가도래할것으로보인다. 술들이개발되는가운데, 국내에서는 SK 케미칼이 ECOZEN 그런데, 이러한양적인성장으로인한 Cost 감소가기폭제가 이라는고투명, 고강도, 내열의코폴리에스터수지를개발하 되기도하겠지만, 필자가강조하고자하는부분은바이오소 여 2010 년에상업화를시작한바있다. 재의특징이사회, 시장이필요로하는요구와상호충족시 그런데, 잠깐여기서 PLA 의각용도에따라사용하게된관 키도록하는시스템을구축해나가야지속성이있다는점이다. 점을살펴보려고하는데, 향후바이오소재의상업적확대에 이는민간, 기업, 정부가서로역할을맡기는구조가아닌협 있어참고가되겠다. 우선, 종이와의합지를통한일회용용 업을통해상호지원해야한다는것과일맥상통하기도한다. Biomass 기반환경친화플라스틱개발방향 기용도는생분해성과 Biomass based 소재라는 PLA 의친환경성이같이감안된것이고, 3D프린팅용필라멘트용도는 PLA의낮은용융온도, 무취성및제작후낮은휨성으로변형이적다는소재의물성을감안한경우이다. 섬유와컴파운딩은친환경성이라는관점으로만접근하기에는생분해라는내구성의취약점으로인하여, 특정용도및기술이접목되어사용되기때문에추가비용이걸림돌이되어서범용화 그래서, 개발되어진바이오소재또는향후개발할소재에있어다음도식된 3개의순환고리와같이사회적, 산업적순환시스템에적합한물성과기능을가질수있도록해야진정한친환경바이오소재산업의활성화가이루어질것으로사료된다. 여기서각순환고리는독립적이아니라, 상호연계성으로연결되어지고, 산업적자원및에너지효율성과 CO 2 황정준 SK 케미칼수석연구원 가어려웠다. 그런데, 언급한용도중에서, 3D프린팅필라멘트는생분해성이아닌 PLA의물성이다른소재보다 3D프린 감소라는점에서순환고리간의시너지가극대화될것인데, 생분해성 Bio플라스틱의용도제한성을극복할수있는비생 팅에적합하고, 시장에서전문산업시설이아닌, 주택, 사무 분해성 Bio 플라스틱이더많이각광받을수있을것이다. 생 실과같은비전문산업시설에서 3D 프린터를활용하여소규 분해성소재의경우에는 1 차가공후에사용되어지고나서, 지난 10여년간바이오소재는많은곡절을겪으면서국내외에서발전해왔다. 산업재의석유화학 붙고, 빠른수요증가로연결될것으로기대된다. PLA는현재일회용포장재및종이와결합한일회용종이컵, 모로아이디어상품을제조하여판매하는개인제조자시장의성장이예상되는가운데무취성, 무유독성과낮은가공온도가선호되어선택되어진것이다. 이와같이 Bio소재가생분 수거되어바이오에너지원료로소각또는자연순환의분해를개념에서퇴비화를통해친환경기여로사회적비용의감소를통해제품의가치를인정받을것이고, 비생분해성플 플라스틱의일부대체제로또는환경을보호하는생분해성 종이접시및용기의코팅필름이많은수요를견인하고있고, 해라는관점을벗어나야, 더많은상업화를통한확대를이룰 라스틱의경우에는석유화학플라스틱의물리적, 화학적리 중심의플라스틱들이있었지만. 생분해성플라스틱으로는대 최근에는 3D 프린팅용필라멘트의소재로적용된것도수요증 수있다는점에서, 아주바람직한트렌드다. 싸이클시스템과동일하게수거, 세척, 화학적회수, 재생팰 규모의상업화와시장을형성하기에는역부족이었다. 가에큰기여를한것으로보인다. 반면에, 섬유및컴파운딩 렛, 원료가공및제품화를통한재순환또는, 폐기후에바이 이유를살펴보면, 석유화학프라스틱과비교해서가격경쟁력 가공용으로적용은오래전부터많은시도를해왔지만아직대 그런데, 여기서주목할점은생분해성이라고해도, 일회용제 오에너지로사용되도록하는시스템구축이될수있을것이 뿐만아니라기계적, 열적물성이많이부족했기때문에사용 규모의산업화가되지않은것이솔직한현재모습이다. 품으로환대를못받아왔는데, 최근 PLA 의꾸준한수요의 다. 앞으로바이오소재를디자인하고용도를찾을때는이러 이아주제한적이었다는것이다. 그렇지만, 최근 2~3 년사이 증가가 PLA 를적용하여제품을만드는 Maker 들간에있어, 한거시적인흐름을고려해야전망이있을것이다. 에대표적인생분해성프라스틱인폴리락틱애시드 (PLA) 소재 또한, 근래에는다양하게개발된비생분해성 Biomass based 사회적, 자연적순환시스템구축의노력과홍보, 실행이꾸 이러한점에서바라볼때, 필자가기고와세미나에서항상 는대규모의상업화의단계로진입하기시작한것으로보인다. 플라스틱소재들도시장에서자리를잡고약진해가는것으 준히이루어져온것이성장의밑받침이되고있다는점이다. 강조해온바이오소재의산업화전략설정에있어필요한사 기존의대표기업인 Cargill 및 Purac 의증설과생산 Cost 감소 로관찰된다. Braskem 은 2010 년에사탕수수를바이오매스 미국의종이패키징분야의리더인 WestRock 사의전신인 항을정리해보았는데, 1) 비식용바이오매스기반원료, 2) 기술개발로가격이떨어지고있는가운데, 중국의 Hisun 사도 로한바이오폴리에틸렌인 Green PE 를상업생산공급하기 MWV 는 PLA 적용한종이패키징제품의퇴비화시스템의구 Petroleum free 바이오플라스틱원료개발, 3) 뛰어난기 2005 년에 PLA 5,000 톤플랜트를시작으로, 최근생산능력을 시작하였고, 바이오폴리프로필렌도곧개발완료하여연간 축과캠페인을해왔고, BASF 또한생분해성폴리머를중심 능성의바이오플라스틱, 4) 바이오복합소재개발, 5) 생 1 만 5 천톤까지끌어올리고, 2019 년까지 5 만톤으로생산능력 3 만톤규모로생산할계획을밝힌바있다. 코카콜라주도로 으로이러한순환시스템을사회적으로구축하는프로젝트를 분해가아닌재활용적합바이오플라스틱같이크게 5 가지 을높이려고하고있어, 향후대량생산과가격경쟁이속도가 2020 년까지 100% biomass based PET bottle 을개발 적용 시행해오고있다. 이는향후, 바이오플라스틱및소재가취 로분류해볼수있겠다.
BIO FocusⅠ Biomass 기반환경친화플라스틱개발방향 42 / 43 3) 뛰어난기능성의바이오플라스틱 학제품에컴파운딩하여자동차비충격부품및제품포장재 Petroleum refinery 품목을 Biomass refinery 로대체하는기 로적용하는경우이겠는데, 이는곡물의비식용부산물의활 술이개발되고있지만, 개발비용과상업화하는데있어, 석 용측면에서앞서제기한비식용작물기반의바이오매스개 유화학제품에대비하여가격경쟁력이많이부족한것이현 발과일치하고있다. 실이고, 석유화학제품에서기대못했던성능과특수기능 이바이오소재에서발휘되도록제조하거나찾아내는것이 5) 생분해가아닌재활용적합바이오플라스틱 필요하다. 하나의예로 Polyethylene furanoate( 이하 PEF) 일반적으로바이오소재를설명하면생분해라는점을떠올리 가있겠다. 최근 Avantium 이개발하여상업화하려는폴리 고, 생분해가능성에대한질문을항상먼저받게된다. 이점 에스터소재로기존범용 PET 에대비하여우수한가스차단 이기존석유화학소재와의대표적인차이점으로인식하는 성과내열성을가지고있는데, 향후 100% 바이오매스기 오류가발생해왔기때문에, 생분해성소재의약한물성및 반플라스틱으로포장용도및산업용용도로각광을받을것 장기사용의문제점을바이오소재의단점으로판단하여바 으로기대된다. 또한, PEF 의주원료인 Furandicarboxylic 이오소재의활성화와저변확대에걸림돌이되어왔다. 향 acid(fdca) 는 bio-pta(terephthalic acid) 과함께바이오 후, 바이오소재들은비생분해성이고석유화학제품과동등한 1) 비식용바이오매스기반원료 Paraxylen 과 Ethylene glycol 과같은다양한화학중간체를 폴리에스터의주원료로다양한 Glycol 과의조합으로, 신기능 성능과이상의기능을갖는개발되어야할것이다. 바이오소재산업의안정적인성장을위해서는안정적인바이 바이오매스로부터생산하고, 기존석유화학제품으로제조하 의바이오폴리에스터들이등장할것으로기대되는데, 최근 이는글의서두에필자가언급한산업적원료순환, 사회적 오매스의확보전략이중요한데, 세계인구가계속증가하는 던플라스틱을이러한원부원료를사용하여 Petroleum free Purac 에서도개발이추진되고있다. 재활용순환, 에너지자원으로의순환과같이 3 개의순환시 가운데, 곡물에대한수요가세계적으로늘고있고, 몇개의 플라스틱을제조하는것이다. 이는화석원료로인한탄소발 스템에적합한물성과기능을가질수있도록해야진정한친 메이저국제적곡물회사들에의한시장독점지배력이커짐 생을바이오플라스틱으로줄일수있는데도, 물성은기존석 국내에서는 SK 케미칼의 ECOZEN 이라는, 바이오매스기 환경바이오소재라는점과일치한다. 에따라, 곡물가격의급격한상승이있어왔다. 그래서, 경제 유화학제품과별반차이가없는것이다. 이는바이오소재라 반원료를도입한바이폴리에스터소재가있겠는데, 기존 적으로어려운제 3 세계국가에서는곡물부족으로생활고가 고하면생분해를떠올리던프레임의변화도시작되게하는 Petroleum 폴리에스터보다우수한강도와내열성, 투명성, 우 이상, 진정한환경친화바이오플라스틱의개발의요건에대 발생하는일도자주발생되고는한다. 것이다. 수한내화학성을특징으로상업판매를하고있다. 한편, 일 해설명하였다. 가까운미래에바이오에너지와바이오소재 이에, 식량자원이아니라산업자재로활용되는것에대해도 예로원부원료로바이오에틸렌그리콜 (Bio-MEG), 바이오 본의미츠비씨케미칼은폴리카보네이트중합기술을적용하 를중심으로 Biomass refinery 산업이급속히성장하고, 이 덕적인문제가제기되었고, 이러한산업을제재하려는움직 테레프탈릭애시드 (Bio-TPA), 바이오아디픽애시드 ( 이하 여 DURABIO 라는고강도, 내열성의바이오소재를상업화하 를기반으로인류의생활이이루어지게될것이다. 따라서, 임도보이고있기에, 이러한현실을무시한불편한바이오소 Bio-AA), 바이오헥사메틸렌디아민 ( 이하 Bio-HMD) 등이 였다. 이와같이고부가가치 (High Value Positioning) 용도와 세계바이오소재시장은다양한업체와소재들의치열한각 재산업이되지않기위해서는적극적으로비식용바이오매 있겠고, 바이오폴리머의예로는상기의원료를도입한바이 기능을창출을통해제조비용을극복하는것이필요하겠다. 축장이될것이데, 조만간바이오매스기반플라스틱소재 스활용기술을개발해야할것이다. 예를들면식용으로사 오폴리에틸엔테레프탈레이트 (Bio-PET) 와바이오폴리에티 만해도연간 100 만톤규모이상으로성장할것이라는전망 용하지않는사탕수수와옥수수, 콩의줄기와잎, 펄프용목 렌 (Bio-PE), 바이오폴리프로필렌 (Bio-PP) 및바이오나일 4) 바이오복합소재개발 이있다. 국내업체가경쟁력을갖추도록하기위한장, 단기 재에서나오는나뭇가지와잎등을원료료하는셀룰로우즈 론 (Bio-Nylon) 등이있겠다. PLA, PBS 와같은생분해성바이오소재는아직단독으로는 의종합적인국내바이오산업활성화정책을지체없이수립 또는글루코우즈등의바이오매스원료를생산하는기술개 특히, Bio 나이론의경우는 Rennovia 사가 2013 년에 Bio-AA 물성과가격측면에서상업화가어렵기에부족한내열과내 하고실행할수있도록정부, 사회, 기업, 학계가협력해야할 발및식용작물과구별되는비식용작물개발에주력하는것 와 Bio-HMD 로만든 Bio Nylon 6,6 을생산해서샘플공급한 구성, 높은제조비용의단점을보완하기위하여, 기존석유화 것이다. 이필요한데, 최근 Corbion Purac 은옥수수대, 볏짚, 우드칩 바있다고밝힌바있는데, 세계최초로 100% 바이오나이론 학제품또는바이오매스를보강재로같이사용한복합제품 등과같은 2 세대공급재료를기반으로한 PLA 생산에세계 제품을생산해서공급한사례가되고있다. 그리고, 앞서언 으로상업화하는시도가꾸준히필요하겠다. 최초로성공했다고선언한바있다. 급했던코카콜라는에틸렌그리콜 (Bio-MEG), 바이오테레프 예로는 PLA 의물성을보완한제품으로 BASF 의 ECOVIO 탈릭애시드 (Bio-TPA) 로 100% 바이오 PET 개발을완료하고 라는제품은생분해성소재인 Polybutylene adipate co 2) Petroleum free 바이오플라스틱원료개발 올해상반기에 Milan 세계박람회에서 100% Plant Bottle 제품 terephthalate(pbat) 와 PLA 를컴파운딩한제품이있겠고, 원유정제산업의원료를바이오매스로부터생산하는기술 을선보이고, 상업화에돌입하였다. 바이오매스를직접사용하여옥피, 쌀겨, 짚, Kenef 와같은 이개발되어, 지상의원유라는개념으로의전환이겠는데, 것을파우더링또는파티클화하여폴리에틸렌과같은석유화
BIO FocusⅡ 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 44 / 45 바이오화학산업은바이오매스를원료로미생물이나효소를이용하여화학제품을생산하는산업이다. 미국, 유럽등선진국에서는지속가능한사회구축및바이오산업경제에대한관심증가로인해기존석유자원을대체할자원또는신규물질로서바이오연료및화학소재에대한수요가급격히증가하고있다. 국내에서도바이오화학산업을육성하고자, 2012년 12월정부에서 ' 바이오화학산업육성전략 ' 을발표하고바이오화학산업기술및산업발전을위하여적극지원하고있다. 2014년 11월산업통상자원부는 ' 바이오화학협의체 ' 를구성하여국내바이오생태계조성및지속적인바이오화학산업의육성을선도하고있다. 바이오화학산업적용분야중바이오플라스틱은석유대신나무, 갈대, 사탕수수등지속가능한바이오매스유래자원을원료로이용해서생산하는플라스틱을의미한다. 이는미래세대까지지속적으로발전할수있는사회를가능하게하고, 저탄소녹색성장을견인할수있는친환경소재로서, 재생가능한물질인바이오매스를원료로이용하여화학적또는생물학적공정을거쳐생산되는바이오매스플라스틱 (biomass-based plastics) 과일정한조건에서미생물에의해완전히분해될수있는생분해성플라스틱 (biodegradable plastics) 으로구분된다. 생분해성플라스틱은일반플라스틱과달리폐기후토양속에서분해되기때문에환경이슈가없는친환경신소재이며, 이산화탄소배출로인한지구온난화와석유고갈문제를해소할수있고, 수백조원규모에달하는석유유래플라스틱시장을대체할수있다는장점이있어경제적파급효과가기대된다. 대표적인바이오플라스틱은바이오매스로부터포도당, 젖산 (lactic acid), 락타이드 (lactide) 등으로의변환과정을거쳐생산된 polylactic acid(pla) 가대표적인데 ( 그림 1), 이들은바이오매스플라스틱이면서동시에생분해성도나타낸다. 더불어, 원료인바이오매스는광합성에의해생성되는데이과정에서공기중의이산화탄소를사용하게되므로, 탄소배출저감이라는측면에서유용하며, 생분해성특징으로사용후매립이나퇴비화등이편리한장점이있다. PLA는최대 65% 석유소비및온실가스배출 68% 의저감효과를나타낸다. [ 그림 1_Polylactic acid(pla) 의 Life cycle] 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 양영렬 CJ 상무
BIO FocusⅡ 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 46 / 47 대표적인바이오플라스틱으로알려진 PLA 산업은미국 NatureWorks가시장을선도하고있으며 2003년상업생산이후, 연간 15만톤규모 (2014년기준 ) 로생산하고있다. 그다음으로는중국 Hisun Biomaterials가 2004년상업생산이후, 연간 1만 5천톤규모 (2014년기준 ) 로생산하고있고네덜란드 Synbra Technology는 2011년상업생산이후, 연간 5천톤규모 (2014년기준 ) 로생산하고있다. NatureWorks는 PLA 원료물질인젖산및락타이드를자체적으로수급하고있으며, Purac은 PLA의모노머인락타이드를연간 7만 5천톤규모 (2014년기준 ) 로생산하여 Synbra Technology와같은 PLA생산업체에공급하고있다. 한편, 중국 Hisun도복수의업체로부터젖산또는락타이드를수급하고있다. 국내의경우, PLA의국내소비량은연간 5,000 톤으로추정하며, 대부분수입에의존하고있다. 연구개발차원에서 PLA에관한연구는오랜시간진행되었으나, 국내상업생산은전무한실정이다. 현재우리나라의바이오화학산업현주소는원료제품개발을위한상용화기술과인프라가부족한실정이며중간재를수입하여최종제품을생산하는가공중심의산업으로성장하고있다. 산업통상자원부는국내바이오화학제품조기산업화를위하여원료생산부터실증기술개발까지의전주기적 R&D를추진하고자 2014년바이오화학산업화촉진기술개발사업을공모하였고이에따라 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 사업이시작되었다. 본사업은발효기업과화학기업이연계하여, 바이오화학의실증화를위해기술단위별실증평가를추진하고제품화및상용생산실증을진행하는사업이다. 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 사업은국내최초로 PLA를바이오매스당화-발효-화학적전환-중합에이르는모든공정을한장소에서통합적으로생산하는실증플랜트를구축하는사업이다 ( 그림 2). 실증플랜트구축을통해단시간내시장에진입할수있는상업화수준의생산시설엔지니어링디자인패키지확보를목표로한다. 이를위해총괄기관 CJ제일제당을주축으로 2014 년 10월부터 2019년 9월까지 5년간, 1일 1톤규모이상의바이오플라스틱 (PLA) 생산을위한원스톱일관산업융합기술개발을수행한다. 본사업은대구성서 3차산업단지 ( 대구시달성구 ) 내에부지면적 6,000m2, 연면적 5,000m2규모로젖산발효에서부터바이오플라스틱 PLA 생산까지이어지는전체공정의실증플랜트를구축한다 ( 그림 3). 1차년도에는젖산의 [ 그림 3_ 바이오플라스틱 (PLA) 실증플랜트조감도 ( 안 ) 대구달서구성서 3 차산업단지내구축예정 ( 연면적 5,000m2, 2016 년말 )] 발효부터 PLA 중합 / 가공까지전체공정에대한실증플랜트설계업무가진행되고, 2차년도에는실증플랜트구축, 3차년도에는실증플랜트시생산및운전이진행될예정이다. 이를통해 4~5차년도에는생산된제품에최적화된가공기술을확보하며, 최종적으로상업공장건설을위한엔지니어링디자인패키지를확보하고자한다. 또한 PLA 실증플랜트구축과경제성있는실증적연구를진행함으로써국내생산기반마련및바이오화학산업화를가능하게하고자한다. [ 그림 2_PLA 가치사슬과일관산업융합기술개발의적용 ] 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 사업은과제의성공적인성과창출을위해 CJ제일제당, 롯데케미칼, 대구광역시, 대구테크노파크, 바이오헬릭스, 신풍섬유, 오성전자, 그린케미칼등단위분야별핵심역량을가진전문기업및기관이참여하여사업을진행한다 ( 그림 4). 총괄기관인 CJ제일제당은전체사업을총괄담당하며참여기관들의각분야별협력체계구축을주도한다. 또한세계최고수준의차별화된미생물발효기술을바탕으로 PLA의원료물질인 D형젖산발효와고순도정제, 락타이드합성기술구축등연구개발 을수행한다. 롯데케미칼은국내굴지의석유화학유래플라스틱제품생산능력과다년간의가공기술을바탕으로락타이드정제, PLA 중합, 고내열성 sc-pla생산을담당한다. 바이오매스당화는바이오헬릭스에서담당하며쇄미, 쌀겨, 볏짚, 쌀도정부산물등값싼바이오자원을이용하여발효에적합한당생산을한다. 이렇게 CJ제일제당, 롯데케미칼, 바이오헬릭스는전체공정의분야별전문성을바탕으로실증플랜트구축을담당하며현장시설조성및부지관리는대구시와대구테크노파크바이오헬스융합센터가담당한다.
BIO FocusⅡ 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 48 / 49 [ 그림 4_ 바이오플라스틱 (PLA) 원스톱융합공정기술개발 과제구성도 ] 총괄 : CJ 제일제당, 1 세부 : CJ 제일제당, 바이오헬릭스, 롯데케미칼, 2 세부 : 롯데케미칼, 대구광역시, 대구테크노파크, 그린케미칼, 신풍섬유, 오성전자 실증플랜트에서생산된 PLA제품은신풍섬유와오성전자, 그린케미칼등지역중소기업과협력해친환경의료용섬유, 친환경 IT 제품, 생분해성포장재등을생산한다. 신풍섬유는기존면, 폴리에스터섬유대비흡수성이우수한 PLA 친환경섬유를개발하고, 오성전자는가정에서사용하는 PLA 전자제품소재개발, 그린케미칼은내열성과충격강도가개선된식품용내열포장재개발을담당한다. 본사업은대기업이원료물질을생산하고중소기업은응용제품을판매하는구조를통해바이오화학산업에서대기업과중소기업간상생모델을마련하였다. 대기업은장치산업적특징을가지는 PLA생산기반을마련하고, 중소기업은최종제품을생산하는구도의대- 중소협력및기업생태계조성을통해국내바이오화학산업육성에기여할것이다. 또한국내 PLA수지수급확대를통해연계된수요기업산업생태계를활성화하고중소기업기술경쟁력향상및매출액증대와대중소상생협력에도큰도움을줄것으로기대된다. 2014년 11월, CJ제일제당은롯데케미칼과대구광역시와함께바이오화학산업화발전협약을위한양해각서 (MOU) 를 체결하였다. 향후 5년간롯데케미칼, 대구광역시와공동으로친환경바이오플라스틱 PLA에대한연구개발을진행하고 2017년부터대구성서 3차산업단지에서실증플랜트를통한바이오플라스틱 PLA 생산할계획이다. 국내생산시설에서출시된 PLA는식품용포장재, 의료용섬유, 전자제품용플라스틱소재등에우선적용하여친환경 PLA소재를실생활에쉽게접할수있도록할예정이며실증플랜트에서생산된시제품을수요중소기업에수톤규모로공급하여기존제품대체및신제품개발을유도하는프리마케팅 (pre-marketing) 을유도하고바이오플라스틱제품홍보및판로확대를가능하게할것이다. 국내생산시설에서출시될 PLA제품은고내열성 PLA로서다양한제품군에서순차적으로프리마케팅이진행될예정이다 ( 그림 5). 제일먼저내열식품포장재로적용될예정이며, PLA를식품포장재로적용할경우기존 PLA 상용화제품은내열성및충격강도가낮아일부생분해성제품외에는시장의적극적인확대가어려웠으나, 본내열 PLA는제품의열적물성향상및충격강도의개선이가능하여, 기존제품과차별 화되고내열성을필요로하는다양한식품포장재시장에선보일예정이다. 또한 PLA제품은의류용섬유에적용될예정이다. 최근친환경섬유에대한관심이지속적으로증가하고있는추세이며, 천연섬유를제외한대표적인바이오매스유래합성섬유제품은 PLA섬유가잘알려져있다. [ 그림 5_PLA 적용제품. 향후국내 PLA 수요중소기업과연계하여포장재, 섬유, 전자소재등다양한응용제품에적용할예정 PLA섬유는기존면, 폴리에스터섬유와비교하여흡수성이뛰어나 PLA섬유를활용한신축성직물개발을통해의료용, 유아용친환경섬유시장에진입할계획이다. 또한 PLA는고유의난연성특징을가지고있기에전자소재로서적합성이높고내열성, 충격강도, 결정화속도증가를통하여전자제품하우징을포함한다양한제품에적용이가능하다. 향후 PLA 가 PC, ABS 등기존전자제품하우징소재를대신하여친환경전자제품소재시장의지속적인확대가예상된다. 이외에도, PLA는생체적합성의료용소재, 3D 프린팅필라멘트의적용도가능하다. 의료용소재는신체거부반응을최소화하는생체적합성이매우중요하며, 최근체내에서분해, 흡수혹은배출되는생체분해성소재에대한관심이크게증가하고있다. 대표적인생체분해성의료용소재로서 PLA는흡수성봉합사, 조직접합제, 골접합재, 약물전달체등다양한응용분야에활용된다. 3D 프린팅필라멘트는자동차, 항공 기부터스마트폰, 장난감등생활소재생산에활용이가능한데 PLA는대표적인 3D 프린팅의필라멘트소재로이용되고있다. 결정화속도및내열성이향상된 PLA를적용하게되면 3D 프린팅필라멘트시장및 3D 프린터시장확대가가능해질것이다. 나아가실증플랜트를기반으로상업규모의엔지니어링디자인패키지를확보하면장기적으로연간 6만톤이상바이오플라스틱을생산할수있는상용화생산시설을구축할수있다. 현재, PLA 응용분야는포장재 70%, 섬유 28% 비율로구성되어있으나 2020년까지섬유, 자동차, 건축, 전자제품등다양한소재로응용가능할것으로예측되며, 주로신선 / 가공제품포장 ( 열차폐성필름등 ), 종이코팅 / 필름및라벨 ( 음료수컵방수용압출코팅등 ), 발포제품 ( 특수포장및바이오소재쿠션등 ), 자동차내장 / 충진제 ( 소파덮개용섬유등 ) 등의응용제품개발이예상된다. PLA 응용제품개발을통해내수확대및한국바이오화학산업민간투자의활성화, 국내외고부가가치신소재시장의확대를기대한다. 더불어, 산업플랜트구축등기술, 자금, 판로확보등의용이한대기업의역량과소재, 부품등가공및응용제품개발을중심으로한중소기업의시너지창출로중소기업과의동반성장을기대한다.
BIO Opinion 신성장동력으로서의바이오화학산업의정책과제 50 / 51 글로벌경쟁력을갖춘친환경바이오화학구현이목표 세계적으로친환경신성장동력으로각광받고있는바이오화학산업 ( 특히바이오플라스틱 ) 에서우리나라가일정한글로벌위상을확보하기위한정책의기본방향으로서, 우리나라바이오화학산업을신성장동력으로활성화 도약시키고글로벌경쟁력확보를위하여 글로벌경쟁력을갖춘친환경바이오화학산업구현 을제안하며, 달성해야할목표로서 2030년세계 4위의바이오화학강국진입 과 탈석유화학의신성장동력으로자리매김 을제안하고자한다. 또, 이러한원대하고야심찬중장기비전을달성하기위해이하의세부정책프로그램마련및시행을서둘러야한다. 신성장동력으로서의바이오화학산업의정책과제 남장근 산업연구원연구위원 비전및목표 시장 ( 수요 ) 역량제고 < 바이오화학산업의비전과전략 > 글로벌경쟁력을갖춘친환경바이오화학산업구현 2025년세계 4위권의바이오화학강국지향 탈석유화학의신성장동력으로자리매김 4대전략공급역량확보혁신역량강화추진체계및법제도정비세부정책과제 공급자위주정책등국내바이오화학정책에개선여지많아 공공조달을통한수요창출및사업성확보 인증 평가제도확립및홍보 친환경바이오제품의무구매제도시행 소비자에대한인센티브확대 바이오매스 ( 원료 ) 의안정적확보 연구개발지원확대 한국바이오매스공사 ( 가칭 ) 설립 동남아바이오매스보유국과의제휴 수요 공급기업간및바이오 석유화학기업간연게강화 대외개방형클러스터조성 JV형태의 FDI 유치강화 바이오화학전문기업등의육성에관한특별조치법 ( 가칭 ) 제정 컨트롤타워주도하에관련부처간정책공조강화 새로운산업분류체계도입 자료 : 산업연구원 (2014). 국내외바이오화학산업현황및전망, 미국 EU 일본 중국등주요국의바이오화학정책, 2014 년 6 8 월중산업연구원주관으로국내바이오화학분야의최고전문가들 20 명 ( 수요산업계 7 명, 공급산업 세부정책과제 계 7 명, 학계 3 명, 연구계 3 명 ) 을대상으로실시한포커스그룹인터뷰 (FGI) 에의거한가치 - 비용경쟁력 분석과설문조사, 그리고특허청특허통계 DB 를이용한정성적인기술경쟁력분석을통해취합된의견 (1) 시장 ( 수요 ) 창출촉진 등을토대로, 우리나라국내바이오화학정책의문제점을요약하면다음과같다. 바이오화학소재부문이활성화되기위해서는 1 친환경내구재와포장용기및쓰레기봉투등에있어친환 경제품사용의무화 ( 의무구매제도 ) 를통한대규모시장 ( 수요 ) 창출등, 수요자 ( 전자제품, 자동차, 섬유등 1 공급자지원위주정책으로수요산업및일반소비자들의복잡하고다양한니즈와일치하지않는미스매치현상이심하다. 2 국내원료 ( 바이오매스 ) 부존량이절대적으로부족한데다, 해외에서의안정적확보방안이미흡하다. 3 혁신역량구축및소재 수요산업간연계성이미흡하다. 전방수요산업및일반소비자 ) 관점의정책수립및시행이필요하고, 2 바이오플라스틱제품에대한충분한이해를배경으로동제품의표준화와인증이시급히실시되어야하며, 이를위해체계적인측정및평가기반을구축하여실증적인평가기준을마련해야하고, 3 녹색제품의무구매제도를참고하여바이오플라스틱제품에대한공공기관의의무구매및공공조달이조기에도입 실시되어야한다. 4 정부각관련부처간역할분담불명확및정책분절화등이발생하고있다.
BIO Opinion 신성장동력으로서의바이오화학산업의정책과제 52 / 53 < 국가별바이오플라스틱제품인증제도 > 부주도의연구개발투자가더욱확대되어야하고, 4 바이오매스확보와시장경쟁력제고위한글로벌 구분 생분해플라스틱 (Biodegradable) 바이오플라스틱 (Bio Plastics) 바이오베이스플라스틱 (Bio Based) 연구개발을확대해야하며, 5 바이오플라스틱제품화관련기술개발과관련, 국내연구기관과기업간의공동연구에대한지원을확대할필요가있다. 국제규격 한국 ISO 14555 생분해수지함량 : 70% 이상 기준 : KSM 3100-1 명칭 : 환경마크인증단체 : 환경기술진흥원 1992 년, 70% 이상 ISO 472 바이오매스함량 : 기준없음 기준 : KBMP-0107 명칭 : 바이오베이스인증단체 : KBMP 2011 년 25% 이상, 투명 15% 이상 둘째, 대외개방형클러스터발전전략을수립해야한다. 이를위해 1 인접가치사슬의글로벌기업 FDI를유치하고, 2 지역클러스터의발전정책과산업발전정책의연계가필요하다. 이와관련하여, 한국바이오협회 (2010) 에서도 ' 바이오 ( 화학 ) 콤비나트 ', 즉기술패키지를엔지니어링할집약시범사업과 ' 바이오화학산업시범사업단지 ' 를제안하고있다. 미국 기준 : ASTM 6400 명칭 : Green Seal 인증단체 : Green Seal 1989 년, 70% 이상 기준 : ASTM D 6866 BIO Based Product 인증단체 : USDA 2002 년, 25% 이상 < 바이오 ( 화학 ) 콤비나트건립을통한혁신생태계조성 > 일본 벨기에 독일 (2) 공급역량강화 기준 : JIS K 6953 명칭 : 그린프라 (GP) 인증단체 : JBPA 1996 년, 50% 이상 기준 : EN 13432 명칭 : OK Compost 인증단체 : Vincotte 1995 년, 70% 이상 기준 : DIN EN 13432 인증단체 : DIN CERTCO 1979 년, 70% 이상 기준 : ASTM 6866 명칭 : 바이오매스프라 (BP) 인증단체 : JBPA 2006 년, 25% 이상 기준 : ASTM D 6866 명칭 : OK Biobased 인증단체 : Vincotte 2009 년, 20% 이상 기준 : CEN/TR 15932 ASTM D 6866 인증단체 : DIN CERTCO 2010 년, 20% 이상 자료 : ( 사 ) 한국바이오소재패키징협회홈페이지. 동남아현지에대량의바이오매스삼림을확보하는해외원료확보사업은개별기업차원에서해결되기어려운바, 정부차원의외교적노력이병행되어야한다. 이를위하여, 과거대한석유공사 (KOC) 처럼바이오매스의안정적확보를위해가칭 한국바이오매스공사 등의공기업을설립하여현지기업과합작으로안정적으로바이오매스원료를확보하고, 1차가공공장을현지에건설하여한국에수출함으로써상호윈-윈하는방법을적극검토해야할것이다. 아니면, 현재와같이국내종합상사가추진하고있는바이오매스수입 (import) 에있어직면하고있는제반문제를정부가외교채널 (G2G) 을통해해결해주어야하며, 필요시일본등과공동으로현지의대규모바이오매스임업단지를확보하는프로젝트도검토해볼필요가있다. 동남아바이오매스자원보유국가들과산업 자원협력및개발협력 (ODA사업) 사업을동시에추진하는것도필요하다. 한편, 현지에서가공된중간원료의수송을원활하고비용효율적으로할수있는방안과국내항구도시에적정규모의바이오리파이너리플랜트를건설하는사업도병행하여수립해야한다. (3) 혁신생태계조성바이오화학산업을기반으로한친환경혁신생태계를조성하기위해서는첫째, 연구개발투자확대가필요하다. 구체적으로는 1 바이오플라스틱한국표준개발을위한연구개발이추진될필요가있고, 2 대 중 소기업이주도하는산학연컨소시엄형태로융합형실용화연구개발이확대되어야하며, 3 정 미생물개발학계, 국가연구기관 다양한바이오매스 다양한바이오매스 물리 화학적전처리 : 석유화학회사 가수분해 : 주정 / 식품회사 바이오콤비나트 발효기술개발 에탄올 : 주정회사 유기산 : 식품회사 C4 이상알코올 : 석유화학회사 분리 정제기술개발 석유화학회사 고부가가치바이오화학물질 자료 : 한국바이오협회 (2010) 특히, 바이오화학산업클러스터의발전을위한집적화제1단계 ( 조성단계 ) 에서는지자체가중심이되어시범단지내바이오화학산업공동연구센터 ( 또는실증평가전담기관 ) 조성하고, 제2단계 ( 발전단계 ) 에서는산업바이오전문기업유치및기존석유화학기업의바이오화학기업으로의전환유도, 제3단계 ( 성숙단계 ) 에서는바이오화학전문산업단지로서전후방산업과시너지창출을목표로하고있다. 그러나예비타당성조사에서부정적인판단결과해당예산편성이이루어지지않아, 실제정책반영을통해아직까지이행은제대로되지못한것으로판단된다. (4) 추진체계및법제도정비첫째, 컨트롤타워주도하부처간정책공조강화이다. 전형적융합산업인바이오화학산업의특성상그기반기술인산업바이오 (White BT) 의범위가매우넓으며, 관할부처도여러곳을망라한바, 청와대나국무총리실등컨트롤타워의강력한리더십하에바이오화학산업의가치사슬상바이오 화학소재기업 수요기업 ( 자동차 전자등 ) 간연계성을한층더강화하는한편, 원료 기술 생산 소비에이르는체계적전주기산업화플랜을수립하고효율적이고체계적으로추진할필요가있다.
BIO Opinion 신성장동력으로서의바이오화학산업의정책과제 54 / 55 < 컨트롤타워에의한부처간정책공조 > < 바이오화학산업화촉진특별조치법 ( 가칭 ) 내용 > 제품표준화 ( 기술표준원 ) 바이오리파이너리, 바이오화학콤비나트조성 중소기업제품우선구매제도 지역별바이오매스통합센터건립 특허정보및분석시스템구축 산업화원천기술및제조기술개발지원 산업부 미래부 미생물이용바이오패스변환기술개발등 입법목적, 바이오화학산업의정의및범위 바이오화학산업발전기본계획수립, 중앙행정기관또는공공전문기관의통계작성 전문기업 ( 스타기업 ) 의육성, 전문투자조합설립, 기금투자 외국인의출자에대한특례 국제전시회개최 바이오화학소재통합연구단또는바이오화학산업진흥원 ( 가칭 ) 설립 운영 바이오인증 ( 환경산업기술원 ) 녹색제품의무구매제도 폐바이오플라스틱재활용 환경부 컨트롤타워 해수부 해조류 (algae) 연구개발등 전문기술인력의양성사업및수급 정부조달 인증 표준화 보급등의특례 바이오화학정보의체계적생산 관리 신소재 신제품개발촉진을위한조치 공공조달 ( 조달청 ) R&D투자세액공제등 기재부 농림축산부 국내외바이오패스확보 국제협력네트워크구축등 기술개발사업의실시및사업화지원 바이오화학시범사업화단지조성 바이오화학콤비나트조성및클러스터활성화 동남아등으로부터바이오매스의원활한공급및국제협력지원 자료 : 한국바이오협회 (2010.12) 및남장근외 (2014.12) 를취합, 산업연구원작성. 신뢰성향상기반구축사업 산업발전위원회설치 운영 표준산업분류체계정비 ( 산업특수분류체계도입 ) 둘째, 산업화촉진한시법제정이필요하다. 즉, 바이오화학의수요창출촉진, 원료 ( 바이오매스 ) 공급역 량확보및혁신역량강화등산업화촉진을위한전반적인정책과제내용을담은 10년한시법인가칭 바이오화학산업화촉진특별조치법 을제정하여, 일사불란한거버넌스체계하에차세대먹거리산업으로서중장기마스터플랜수립및일관성있는정책집행을실시할필요가있다. 셋째, 새로운산업분류체계작성을도입할필요가있다. 바이오화학산업은바이오기술과화학기술의융합으로생성된새로운형태의산업이다. 따라서기존한국표준산업분류 (KSIC) 와는별개의독립된형태의산업으로특수분류체계를시급히도입해야한다. 융합산업의경우일반적으로이러한정체성혼란을피할수없는것이사실인바, 정부는차제에다른융합산업과한데묶어바이오화학산업을특수분류체계에포함시킴으로써독자성과고유성및정체성을확립하는한편, 각종지원정책도좀더차별화되고체계적으로수립할수있을것으로판단된다. 자료 : 한국바이오협회 (2010); 산업융합촉진법 및 부품 소재전문기업등의육성에관한특별조치법 의법조문등을참조하여산업연구원작성. (* 남장근외 (2014), 신성장동력으로서의바이오화학산업의정책과제 바이오플라스틱을중심으로 - ( 제 Ⅵ, Ⅶ 장 ), 산업연구원에서요약 발췌한것임.)
국제행사 국내행사 International Conference on Pharmacology and pharmaceutical sciences (PHARMA) 날짜 : 2015.10.26 ~ 2015.10.27 국가 : 태국 (Thailand) 도시 : Bangkok IEEE Student Symposium on Biomedical Engineering and Sciences (ISSBES) 날짜 : 2015.11.04 ~ 2015.11.04 국가 : 말레이시아 (Malaysia) 도시 : Kuala Lumpur 분야 : 생명과학, 보건의료 International Conference on Biophysics and Medical Physics (ICBMP) 날짜 : 2015.11.05 ~ 2015.11.06 국가 : 남아프리카공화국 (South Africa) 도시 : Cape Town 분야 : 생명과학 International Society for Pharmacoeconomics and Outcomes Research 18th Annual European Conference (ISPOR) 날짜 : 2015.11.07 ~ 2015.11.11 국가 : 이탈리아 (Italy) 도시 : Minal 분야 : 보건의료 International Conference on Bioinformatics, Computational and Systems Biology (ICBCSB) 날짜 : 2015.11.12 ~ 2015.11.13 국가 : 스페인 (Spain) 도시 : Madrid 분야 : 생명과학 International Conference Healthcare and life science research (ICHLSR) 날짜 : 2015.11.13 ~ 2015.11.14 국가 : 싱가포르 (Singapore) 도시 : Singapore 분야 : 보건의료 Asian congress on biotechnology (ACB) 날짜 : 2015.11.15 ~ 2015.11.19 국가 : 말레이시아 (Malaysia) 도시 : Kuala lumpur 분야 : 생명과학 Cancer Epigenetics Conference (CE) 날짜 : 2015.11.16 ~ 2015.11.17 국가 : 미국 (United States) 도시 : San francisco 분야 : 생명과학, 환경 International Conference on Biological, Agricultural and Environmental Sciences (ICBAES) 날짜 : 2015.11.21 ~ 2015.11.22 국가 : 말레이시아 (Malaysia) 도시 : Kuala Lumpur 분야 : 생명과학 International Conference on Chemical and Biological Processes (ICCBP) 날짜 : 2015.11.22 ~ 2015.11.24 국가 : 아랍에미리트 (United Arab Emirates) 도시 : Dubai 분야 : 화학 EORTC-NCI-EMA-AACR International Conference on Innovation and Biomarkers in Cancer Drug Development 날짜 : 2015.12.03 ~ 2015.12.04 국가 : 벨기에 (Belgium) 도시 : Brussels 분야 : 보건의료 International conference on clinical pharmacy 날짜 : 2015.12.07 ~ 2015.12.09 국가 : 미국 (United States) 도시 : Atlanta 분야 : 보건의료 International Conference on Public Mental Health and Neurosciences (ICPMN) 날짜 : 2015.12.09 ~ 2015.12.10 국가 : 인도 (India) 도시 : Bangalore 분야 : 뇌과학, 생명과학 International Conference on Global Public Health (GPH) 날짜 : 2015.12.10 ~ 2015.12.11 국가 : 스리랑카 (Sri Lanka) 도시 : Colombo 분야 : 보건의료, 생명과학 제2차항체의약품개발지원워크숍 날짜 : 2015.10.29 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : 충북 분야 : 보건의료 한국미생물학회국제학술대회 날짜 : 2015.11.05 ~ 2015.11.06 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : Goyang 분야 : 생명과학 International meeting of the federation of korean mecrobiological societies 날짜 : 2015.11.05 ~ 2015.11.06 국가 : 대한민국고양시 분야 : 생명과학 한국미생물학회연합국제학술대회 (International meeting of the federation of korean Microbiological societies) 날짜 : 2015.11.05 ~ 2015.11.06 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : 고양시 분야 : 생명과학 International Interscience conference on Infection and Chemotherapy (ICIC) 날짜 : 2015.11.05 ~ 2015.11.07 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : Seoul 분야 : 보건의료 International Conference on Environment Science and Biotechnology (ICESB) 날짜 : 2015.11.09 ~ 2015.11.10 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : Jinju 분야 : 환경, 생명과학 [GE Healthcare] Live Cell Imaging & Analysis workshop 날짜 : 2015.10.29 장소 : 서울대학교화학과 주관 : GE Healthcare Korea, ts.kr@ge.com 교육안내 International congress on obesity and metabolic symdrome (ICOMES) 날짜 : 2015.11.12 ~ 2015.11.12 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : Seoul 분야 : 생명과학 International biomedical engineering conference (IBEC) 날짜 : 2015.11.12 ~ 2015.11.14 국가 : 대한민국경주 분야 : 생명과학 유전자조절핵산신약개발제 3회 GRL 국제심포지움 날짜 : 2015.10.30 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : 서울 분야 : 생명과학, 보건의료 AONS CONFERENCE 날짜 : 2015.11.19 ~ 2015.11.21 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : Seoul 분야 : 보건의료 대한한의학회학술대회 날짜 : 2015.11.29 ~ 2015.11.29 국가 : 대한민국 (Korea, Republic Of) 도시 : 대전 분야 : 보건의료 2015 High Content Screening(HCS) training program 날짜 : 2015.11.16( 월 ) ~ 11.20( 금 ) 장소 : 한국파스퇴르연구소 ( 경기도판교 ) 주관 : 한국파스퇴르연구소, HCS2015@ip-korea.org 임상 CRA 과정 날짜 : 2015.11.03 ~ 11.05 장소 : 한국바이오협회, hrd@koreabio.org, 031-628-0017 대상 : 재직자 멸균의료기기인허가과정 날짜 : 2015.11.12 ~ 11.13 장소 : 한국바이오협회, hrd@koreabio.org, 031-628-0017 대상 : 재직자 한국생명공학연구원실험동물자원센터 제 38 회실험동물 Workshop 개최 날짜 : 2015.11.17 ~ 2015.11.18 장소 : 한국생명공학연구원오창캠퍼스실험동물자원센터 L1 동 주관 : 한국생명공학연구원실험동물자원센터, 043-240-6573
바이오센터비임상유효성평가 CRO 사업운영 사업내용 기능성식의약 ( 화장품, 건기식, 신약 ) 제품개발을위한비임상유효성평가를지원합니다. 연구분야 ➊ 식약처허가및질환별치료제개발에대한약물의효능평가 ➋ 질환별타깃 screening 및작용반응기전연구 ➌ 천연물, 펩타이드라이브러리구축및유효단일성분분리에대한 bioassay-guided 연구 기술상담 & 미팅 비임상평가 연구분석지원 기술이전 & 사업화 Systematic Review 를통한기술수준분석및개발전략수립 11 대질환 6 대생리활성유효성평가 (In vitro & In vivo 평가 ) 혈액분석 조직병리분석 유전자분석 Optical imaging system, micro-ct 기술이전 프로토콜구축 기술수요조사 기술이전 사업설명회 지적재산권 출원지원 유효성평가서비스 (Medicinal effect evaluation services) 연구분석평가서비스 (Research analysis evaluation services) 항목 분류 시험법 MTT assay in vitro Cell counting assay 항암 혈관신생제어평가 in vivo Xenograft model in vitro α-glucosidase inhibition assay 당뇨 I 형당뇨모델평가 (STZ-induced 혈당강하효과 ) in vivo II 형당뇨모델평가 (db/db mouse 이용한항당뇨효과 ) 간질환 in vivo CCL4-induced model 뇌질환 in vivo 마우스파킨슨질환 model 랫파킨슨질환 model in vitro No assay 항염 염증억제작용기전탐색 in vivo LPS 유도염증유발 mouse modeling in vitro Oil Red O assay Lipase inhibition assay 비만 in vivo Diet-induced obesity model (TypeⅠ) ob/ob mouse model (Type Ⅱ) in vitro β-hexosaminidase assay Lipoxygenase inhibition assay 알레르기 / 아토피 in vivo Systemic anaphylaxis model Passive cutaneous anaphylaxis model 아토피동물모델 면역증강 ex vivo 면역기능조절세포의증식 TH1 계열사이토카인증가효과검색 물질대사 항산화 항노화미백 in vivo in vitro in vitro 피로누적모델에서피로회복기능측정 지방변개선효능평가 숙취해소효능평가 DPPH assay ABTS assay ORAC assay Tyrosinase inhibition assay Elastase inhibition assay Collagen Synthesis assay 멜라닌생성억제효능평가 미백동물모델평가 in vivo 주름개선동물모델평가 천식모델분야 in vivo Ovalbumin 유도천식 modeling 관절염및골격계질환 혈행개선 당뇨병성망막증 in vivo in vitro ex vivo in vitro in vivo 관절염유도모델을통한골밀도측정 CT를활용한퇴행성관절염모델 혈전용해능측정평가 혈소판응집능측정평가 VEGF 활성및 PEDF 활성억제평가 당뇨병유발동물모델을이용한당뇨병성망막증효능평가 항목 조직병리 혈액분석 분자생물학분석 In vivo 영상이미지분석 이용안내 홈페이지신청 문의 시험법 Rat, mouse 장기부검및중량측정 조직슬라이드제작및면역염색 혈구분석검사 혈액생화학검사 혈중 Insulin 측정 Bio-Plex 분석 Real-time PCR, Western blot 암 -암조직의발현위치, 크기측정관절염 -골밀도, 횡단면두계, 골부피측정비만 -지방조직과근조직의분포측정골다공증 -골밀도측정간질환 -염증및섬유화의발현정도측정심혈관계질환 -조형제를이용한혈관 3차원이미지촬영뇌질환 -뇌조직의괴사정도측정천식및폐질환 -기관지및폐의 3차원이미지촬영, 염증의발현정도위치측정 의뢰업체상담 보고서작성 전문가 POOL 토의 연구개발 * 연구분석의뢰상세내용홈페이지참조 [http://www.gstep.re.kr] [ 경기과학기술진흥원 > 천연물신약연구소 > 연구 / 분석의뢰 견적서및계획서송부 계약 바이오센터약효평가팀 / 이정아책임연구원 Tel: 031-888-6161 / lovelee90@gstep.re.kr