Biomaterials Research (20) 5(2) : 667 Biomaterials Research C The Korean Society for Biomaterials 바이오플라스틱의시장분석및전망 The Market Analysis and Perspectives of Bioplastics 임대현 배국진 홍동숙 권일근 2 이준우,3 * Dae Hyeon Lim, Kuk Jin Bae, DongSuk Hong, Il Keun Kwon 2, and Joon Woo Lee,3 * 한국과학기술정보연구원기술사업화정보실, 2 경희대치과대학악안면생체공학교실, 3 한양대기술경영전문대학원 Department of Technology Commercialization Information, KISTI, Seoul 3074, Korea 2 Department of Maxillofacial Biomedical Engineering, School of Dentistry, Kyung Hee University, Seoul 3070, Korea 3 Graduate School of Technology & Innovation Management, Hanyang University, Seoul 3379, Korea (Received April 3, 20/Accepted May 9, 20) Bioplastics are defined as plastic resins which are either biodegradable, produced from plantderived raw materials, or both. Although bioplastics have begun to achieve some degree of commercial success, the industry is still in an embryonic stage. For biodegradable plastics, the market will continue to evolve as products become more widely available and performance is improved to more closely approximate that of conventional polymers such as PE, PP, PET and PS. Development of brandnew biodegradable plastics is unlikely in the near term, as the most promising candidates for commercial viability including starchbased resins, polylactic acid (PLA), polyhydroxyalkanoates (PHAs) and cellulosebased resins have already been identified. Rather, future innovation will come from efficiency improvements in the production process and the development of compounds and copolymers which optimize the performance of these resins. Nonbiodegradable plantbased plastics, such as biobased versions of PE and PVC, have yet to enter the commercial market, although significant capacity is planned for the near future. For this segment of the bioplastics industry, market success will depend mostly on lowering production costs so that prices are in line with the petroleumbased resins they compete with. Additionally, marketing efforts on the part of resin producers and product fabricators will also be a key factor, as effectively promoting the biobased nature of these resins will lead customers to give bioplastic products preference over similarly priced traditional plastics. Key words: bioplastics, biodegradable, nonbiodegradable, starchbased resins, PLA, PHAs 바 서론 이오플라스틱이란바이오매스 (biomass) 를원료로사용하여제조된고분자플라스틱을말하며, 상용화된가장대표적인제품으로 PLA (polylactic acid) 등을들수있다. 기존의바이오폴리머는생분해성에초점이맞추어져있어생분해성고분자전체를바이오폴리머라고하였고, 바이오플라스틱은바이오매스기반의고분자플라스틱전체를의미하므로여기에는생분해성이아닌고분자들이포함되어있다. 바이오플라스틱이란개념은지구온난화와밀접한관계가있다. 지구온난화의주요인이이산화탄소로인식되면서석유기반고분자플라스틱을대체할수있는새로운친환경소재가필요하게되었고, 아래의 Figure 과같이이산화탄소 Neutralization 개념이등장하면서바이오매스기반고분자가바이오플라스틱이란이름으로사용되게되었다. 이산화탄소 Neutralization 개념을간단히설명하면, 바이오플라스틱은바이오매스를원료로제조되고, 폐기되어분해될때이산화탄소가발생되지만다시원료인식물의성장 에사용되므로전체적으로는이산화탄소가발생되지않는다는개념이다. ) * 책임연락저자 : jwlee@kisti.re.kr Figure. 바이오플라스틱의 CO 2 Neutralization 개념도. 66
바이오플라스틱의시장분석및전망 67 203 년발효될예정인교토의정서에따른탄소세도입은이산화탄소발생이기존의환경오염의문제를넘어경제적인문제로발전되고있음을의미한다. 따라서기존의석유계플라스틱은가격경쟁력이이전에비해약해질가능성이높으며, 바이오플라스틱의시장경쟁력은점차강화될것으로예상된다. 또한바이오기술의급격한발전을감안할때향후의전망은더욱긍정적인것으로판단된다. 바이오플라스틱은바이오매스로부터전처리, 당화과정을거쳐당을제조하고, 이를미생물에먹여산업적으로유용한고분자의모노머 (monomer; 단량체 ) 를제조하고, 이모노머를중합하여생산한다. 현재대표적인바이오플라스틱인 PLA 는바이오매스유래의모노머인젖산 (lactic acid) 을중합하여제조할수있으며, 그제조방법은아래 Figure 2 과같다. 현재상용화되고있는 PLA 제품의가격과물리적성질이기존범용플라스틱인 PS 와유사한수준까지개발되어있어세계적으로빠르게수요가증가하고있다. 시장동향분석 세계시장동향및전망현재세계적으로상용화되어시장을형성하고있는바이오플라스틱은전분계수지 (starchbased resins), PLA, PHAs (polyhydroxyalkanoates) 등이대부분을차지하고있다. 바이오플라스틱의시장은환경규제가강한미국, 유럽, 일본을중심으로형성되어있으며, 세계적으로그시장규모는빠르게증가하고있다. 바이오플라스틱의세계시장은 2008 년 20 만톤 (7.93 억달러 ) 규모를형성하였으며, 5 년후인 203 년에는 90 만톤 (26 억달러 ) 규모로 4.5 배의급격한수요확대가예상되고있다. 특히, 전통적인바이오플라스틱인생분해성플라스틱은 7.7 만톤에서 3.5 만톤으로약.8 배성장할것으로예상되지만, 비분해성플라스틱은 2.3 만톤에서 58.5 만톤으로 25 배이상의폭발적인성장이예상되고있다. 이는현재에는시장에진입하지못하고있는 PE 및 PVC 계바이오플라스틱의본격적인시장진입이이루어지기때문으로분석된다. 비분해성바이오플라스틱의본격적인시장진입은제조사들의상용화플랜트설비가동시기조정에따라다소간의시기적인변화는있을수있지만, 비분해성바이오플라스틱이기존의범용수지를대체할수있다는점에서파격적인시장변화가일어날것으로예상된다. 특히신규소재의경우, 제품가공및성형단계에서조건이상이할수있고, 기존장비의지속적인사용이어려울수있지만, PE 및 PVC 는이러한장벽이존재하지않아시장진입은상대적으로용이할것으로판단된다. Figure 2. PLA 의제조방법. 지역및국가별시장동향및전망유럽은지난 2005 년 2 월플라스틱의친환경생산에대한자율협정을체결하였고, 국제적으로인정된표준안을준수할것을선언하였다. 이협약은주로포장재와일회용봉투의규제에초점을맞추고있으며, 궁극적으로는바이오플라스틱의생산과소비를촉진할것으로기대된다. 일본에서도점차강화되는환경규제로기업의바이오플라스틱적용이활발히진행되고있다. 주로일회용봉투, 식품포장재등에한정되어오던바이오플라스틱의용도를전자제품등으로확대하고있어향후의수요확대에도큰기여를할것으로기대된다. Table. World bioplastics demand by type World Bioplastics Demand(,000 ton) 6 98 200 900,950 Biodegradable 5 82 77 35 700 Nonbiodegradable 0 6 23 585,250 World Bioplastics Demand(mil. $) 345 478 793 2,600 5,20 Biodegradable 255 337 594 950,870 Nonbiodegradable 90 4 99,650 3,250 Price($/kg) 5.65 4.90 3.95 2.90 2.65 자료 : Industry Study 2548, World Bioplastics, 2009, the Freedonia Group, Inc. Vol. 5, No. 2
68 임대현 배국진 홍동숙 권일근 이준우 2008년지역별시장규모를분석해보면, 세계수요의약 96% 를서유럽, 북미, 아시아시장이차지하고있다. 2) 서유럽, 북미, 아시아의 2008년바이오플라스틱수요량은각각 7.7만톤 (39%), 5.8만톤 (29%), 5.8만톤 (29%) 규모를나타내고있으며, 5년후인 203년에는아시아의수요가특히빠르게증가하여각각 29.5만톤 (33%), 9.3만톤 (2%), 30.2만톤 (34%) 시장규모를나타낼것으로예상된다. 국가별로는 2008년을기준으로미국, 일본, 독일등선진국의수요가대부분을차지하고있으며, 경제규모에비해상대적으로선진화가늦은것으로인식되고있는중국도세계시장점 유율이세계 4 위수준인.5 만톤규모의수요를형성하고있어세계시장의 7.5% 를점유하고있다. 또한 203 년에도국가별순위및수요비중은일정부분유지될것으로예상된다. 그러나기존의주력시장이었던미국과유럽의비중이상대적으로감소하고, 아시아지역이세계시장의주력으로등장할것으로예상되고있다. 특히, 일본은세계에서가장큰시장을형성할것으로예상되고있으며, 중국과한국등의수요도꾸준히증가할것으로예상되고있다. 소재별시장동향및전망바이오플라스틱의소재별구성은전분계수지, PLA, 석유계생분해성수지, PHAs 가주를이루고있으며, 기타다양한소재들이응용되고있다. 기존의전통적인생분해성플라스틱은천연물고분자를이용한제품이대부분이었으나, PLA 가상용화되고석유계생분해성플라스틱이시장에진입하면서다양화되고있다. 특히범용플라스틱에유사한수준까지가격경쟁력을확보하고있는 PLA 의시장수요증가가예상된다. 반면에석유계생분해성플라스틱은친환경소재임에도불구 Figure 3. 바이오플라스틱의지역별수요시장변화. 자료 : World Bioplastics, the Freedonia Group(2009) 을토대로저자재구성 Table 2. World bioplastics demand by region (unit:,000 ton) North America 7 28 58 93 40 United States 5 25 50 64 340 Canada 2 5 20 49 Mexico 3 9 2 Western Europe 23 4 77 295 575 Germany 7 3 22 77 38 Italy 3 6 40 75 United Kingdom 3 5 9 37 73 France 3 5 8 29 60 Netherlands 2 3 6 25 5 Other Western 5 9 2 87 78 Europe Asia/Pacific 7 25 58 302 660 China 2 4 5 63 205 Japan 7 3 78 30 S. Korea 4 5 40 Other Asia/ Pacific 4 4 8 46 05 Other Regions 4 4 7 0 305 Latin America 2 2 2 69 56 Eastern Europe 4 34 03 Africa/Mideast 7 46 자료 : Industry Study 2548, World Bioplastics, 2009, the Freedonia Group, Inc. Figure 4. 바이오플라스틱의국가별시장점유율변화. 자료 : World Bioplastics, the Freedonia Group(2009) 을토대로저자재구성 Biomaterials Research 20
바이오플라스틱의시장분석및전망 69 Table 3. World biodegradable plastics demand by type World biodegradable plastics demand(,000 ton) 5 82 77 35 700 Starchbased resins 4 34 76 30 265 PLA 3 3 58 5 290 Petroleumbased resins 3 7 3 2 35 PHAs 2 5 60 Other biodegradable plastics 3 28 28 34 50 World biodegradable plastics demand(mil. $) 255 337 594 950,870 Price($/kg) 5.00 4.0 3.35 3.00 2.65 자료 : Industry Study 2548, World Bioplastics, 2009, the Freedonia Group, Inc. Figure 5. 전분계수지의업체별시장점유율 (2009, 생산능력기준 ). 하고그수요증가가상대적으로낮은수준이될것으로전망되고있다. 한편상대적으로환경부하가높은비분해성바이오플라스틱의시장은폭발적으로성장할것으로전망된다. 바이오플라스틱의수요확대를위한핵심요인은가격경쟁력의확보이다. 최근들어지속적인고유가와생산기술의발전으로기존플라스틱과의가격차가현저하게감소하고있고, 향후에도세계적인고유가가지속될것으로예상되고있어가격경쟁력은향후에도계속강화될것으로예상된다. 바이오매스를원료로하는비분해성바이오플라스틱은아직시장에본격적으로참여하지못하고있는실정이다. Polyamides 제품이일부시장에참여하고있지만그비중이미미하고, 향후시장의주력이될것으로예상되는 polyethylene, PVC 제품은시장에거의참여하지못하고있다. 그러나경제성이확보될것으로예상되는 203 년경이후부터는기존의범용플라스틱을대체하는시장의주력제품으로서의위치를점할수있을것으로전망되고있다. 업체별경쟁현황바이오플라스틱중에서전분계수지의경우 2009 년의생산능력은 323kt/yr 으로유럽이전체의 73% 를점유하고있다. 업체 Figure 6. PLA 의업체별시장점유율 (2009, 생산능력기준 ). 별로는 Biotec( 독 ) 이 20kt/yr 로가장큰생산능력을보유하고있으며, Novarmont( 이탈리아 ) 와 Rodenburg( 네덜란드 ), Livan( 중 ), Cereplast( 미 ) 등이그뒤를따르고있다. 전분계수지의주용도는포장용재료로서 Novarmont 의경우전체생산량의 75% 가포장재로사용되며, 나머지는대부분이농업용으로사용되고있다. 그러나향후타이어용충진재, 자동차의 PP 제품대체재, 전기재료등으로의응용분야확장이기대되고있다. PLA 의 2009 년총생산능력은 229kt/yr 이며, 이중 Natureworks ( 미 ) 와 PURAC( 네덜란드 ) 양사가전체시장의 94% 를차지하고있다. Naturewoks 의경우 PLA 생산량의 70% 가포장재로사 Table 4. World nonbiodegradable bioplastics demand by type World nonbiodegradable bioplastics demand (,000 ton) 0 6 23 585,250 Biobased polyamides 0 4 8 25 40 Biobased polyethylene 430 840 Biobased PVC & Other 2 5 30 370 World nonbiodegradable bioplastics demand (mil. $) 90 4 99,650 3,250 Price($/kg) 9.00 8.80 8.65 2.80 2.60 자료 : Industry Study 2548, World Bioplastics, 2009, the Freedonia Group, Inc. Vol. 5, No. 2
70 임대현 배국진 홍동숙 권일근 이준우 Table 6. Bioplastics demand by type (Korea) (unit:,000 tons) Plastic Resin Demand kg bioplastic/m ton plastic 2,750 3,850 5,290 0.76 6,500 2.3 7,800 5.3 Figure 7. PHAs 의업체별시장점유율 (2009, 생산능력기준 ). Bioplastics Demand Biodegradable : Polylactic acid Other Biodegradable NonBiodegradable 4 3 2 5 5 2 3 0 자료 : Industry Study 2548, World Bioplastics, 2009, the Freedonia Group, Inc. 40 2 5 7 28 용되며, 의류나가구용 Textile 이 28%, 그외농업용필름, 전기재료에각각 % 씩사용되고있다. 최근에는방열성 PLA 의개발로향후 Textile 용도의비중이높아질것으로예상된다. PHAs 의경우 2009 년의생산능력은총 80kt/yr 으로조사되었다. Telles( 미 ) 가 50kt/yr 으로전체의 62% 를차지하는메이저업체이며, PHB( 영 ), Tianan( 중 ) 와 Tianjin Green BioScience( 중 ) 이각각 3%(0kt/yr) 를차지하고있다. 현재 Telles( 미 ) 의 PHAs 는 80% 가포장재로사용되며, 나머지는농업용필름으로사용되는것으로알려져있다. 그러나 Telles 는향후 PHAs 의응용분야가전기전자재료, 건축용자재, 섬유분야로확장될것으로기대하고있다. 국내시장현황및전망국내수요는 2008 년 4,000 톤에서 203 년 5,000 톤으로 5 년간약 3.75 배가성장할것으로예상된다. 2008 년이후의 CAGR 은 5 년간 30.26% 를나타내며빠르게성장할것으로전망하고있으며, 203 년이후에도 5 년간 CAGR 2.67% 의높은성장을예상하고있다. 바이오플라스틱의국내시장과종류별수요를아래 Table 6 에나타내었다. 국내의바이오플라스틱수요는 2003 년까지거의존재하지않았다고볼수있으며, 2000 년대중반이후에본격적으로시작된것으로분석되고있다. 국내시장은꾸준하게성장할것으로예상된다. 특히, 현재의국내시장은경제규모에비교하면도입기라고볼수있으며, 향 후점차강화될것으로예상되는환경규제, 국민의식의성숙등으로더욱빠른성장이전망된다. 한편세계시장에서의국내시장점유율은 2.0% 이하로그비중이미미한수준이다. 특히세계 0 위권의경제대국이며녹색성장을강조하고있는우리나라의상황으로볼때, 상대적으로매우작은시장규모로볼수있다. 바이오플라스틱의종류별국내시장은현재대부분을생분해성의바이오플라스틱이차지하고있다. 그러나 203 년이후부터는세계시장의흐름과같이비분해성바이오플라스틱의수요가시장을주도할것으로예상이되고있다. 이는가격에매우민감한국내플라스틱시장의특성을반영한것으로, 상대적으로환경부하가적은생분해성바이오플라스틱수요는상대적으로낮을것으로예상된다. 결론 네이처웍스 (NatureWorks) 가시장을과점하고있는 PLA 로대표되는생분해성바이오플라스틱은아직은전체플라스틱수요에서차지하는비중이아직낮은상태이지만향후전망은매우밝은것으로판단된다. 특히, 생분해성에초점을두던패러다임에서벗어나새로운친환경소재의개념으로등장한바이오플라스틱은소재의원천이바이오매스라는점을제외하고는기존의플라스틱과대등한입장에있다. 즉, 생분해성이필수불가 Table 5. Bioplastics supply and demand (Korea) (unit:,000 tons) Polulation (million persons) GDP($)/Capita Gross domestic product (bil 2007$) 46.2 6,70 747 47.8 2,280,07 48.5 25,770,250 49. 30,040,475 49.5 36,570,80 Mfg Value Added (bil 2007$) Agricultural Vaue Added (bil 2007$) Plastic Resin Demand Plastic Resin Production 50 27.5 2,750 8,200 248 28.0 3,850 9,850 338 34. 5,290 2,640 396 33.2 6,500 4,200 484 33.5 7,800 5,200 Bioplastics Demand 4 5 40 +net export Bioplastics Production 자료 : Industry Study 2548, World Bioplastics, 2009, the Freedonia Group, Inc. 3 8 7 26 4 Biomaterials Research 20
바이오플라스틱의시장분석및전망 7 결한요소가아닌선택사항이되면서제품의가격경쟁력과물성을향상시키는데에불리한대부분의요소가제거된것이다. 바이오플라스틱의시장성장을위한핵심과제로는역시기존석유계플라스틱에대한가격경쟁력의확보이다. 최근들어지속적인고유가와생산기술의발전으로기존플라스틱과의가격차가현저하게감소하고있고, 특히일부제품은기존플라스틱과경쟁이가능한제품도있다. 바이오플라스틱의대표적인제품인 PLA 는가격과물성측면에서범용플라스틱인 PS (polystyrene) 와거의대등한수준에근접하고있다. 또한향후에도세계적인고유가가지속될것으로예상되고있어 PLA 의가격경쟁력은당분간계속유지될것으로예상된다. 따라서시장에서도 PLA 의수요가꾸준하게성장하고있으며, 향후에도바이오플라스틱수요확대에크게기여할것으로전망되고있다. 한편바이오매스를원료로하는비분해성바이오플라스틱은아직시장에본격적으로참여하지못하고있다. Polyamides 제품이일부시장에참여하고있지만그비중이미미하고, 향후시장의주력이될것으로예상되는 polyethylene, PVC 제품은시장에거의참여하지못하고있다. 그러나경제성이확보될것으로예상되는 203 년경이후부터는시장의주력제품으로서의위치를점할것으로전망되고있다. 또한, 수입소재의가공및제품화에주력하고있어국내시장확대에상대적으로미온적인현재의상황을극복하기위해서는신규바이오플라스틱의발굴과함께국제사회의일원으로서국가수준에맞는책임의식도필요한것으로생각된다. 특히바이 오플라스틱시장은환경규제가수요확대의핵심요인으로, 이를위한정책적지원이필수적이라고판단된다. 감사의글 본연구는산업원천기술개발사업 (003529) 의연구지원에의하여이루어졌으므로이에감사드립니다. 참고문헌. 제갈종건, 바이오플라스틱기술및시장동향, BioIn 스페셜전문가리포트, 200. 2. the Freedonia Group, Inc., World Bioplastics, Industry Study 2548, 2009. 3. 이강봉, 바이오플라스틱시대급속히도래, 사이언스타임즈, 200. 4. 김용환, 바이오플라스틱, News & Information for Chemical Engineers, 27(3), 298300 (2009). 5. 조재범, 바이오플라스틱, 친환경붐타고활기, EBN 산업뉴스, 2009. 6. 이준우, 바이오플라스틱, KISTI Market Report, (), 2427 (20). 7. 이준우, 정의섭, 김강회, 친환경소재기술 : 생분해성수지의실용화, 어디까지왔나?, 2004 년차세대유망아이템분석, KISTI, ISSN BA25 (2004). 8. 이준우, 박영서, 박창걸, 김기일, 생분해성플라스틱, 국가전략산업분석, KISTI, ISSN BW33 (2002). Vol. 5, No. 2