플라스틱이 없는 시대를 상상할 수 있을까요?
​9%의 플라스틱만이 재활용된다.
우선 일회용 플라스틱부터 줄여야 한다.
캠페인만으론 안돼. 제도적 강제가 필요하다.

플라스틱에 의한 환경오염과 미세 플라스틱 문제로 인해 "탈플라스틱"과 "플라스틱 순환경제"가 뜨거운 논쟁거리가 되고 있다. 둘은 같은 의미다. 현실적으로 플라스틱이 현대인에게 줄 수 있는 편리함과 기능성을 대체할 만한 소재는 아직까지 찾을 수 없다. 결국 탈플라스틱은 개념적으로는 사용을 줄이는 것이지만 현실적으로는 사용 후 쓰레기로 배출되는 플라스틱을 다시 자원으로 순환시키는 것이다.

우리 생활에서 플라스틱이 없는 시대를 상상할 수 있을까요?

플라스틱은 가볍고 물성이 뛰어나며 가공이 용이하고 썩지 않으며 값이 상대적으로 싸기 때문에 우리 생활 구석구석에 쓰이지 않는 곳이 없다. 일상생활에서 사용되는 페트병부터 산업계에서 사용하는 강철보다 강한 엔지니어링플라스틱까지 다양하다. 플라스틱은 현대 문명에서 중요한 소재이고, 플라스틱 시대라 해도 과언이 아니다.

​종이와 유리, 나무를 재료로 한 제품을 제외하면 대부분 플라스틱 기반 제품이다. 샴푸 용기, 음식물 포장재 용기, 비닐류를 비롯해 전자제품, 자동차, 섬유 제품 등도 플라스틱 기반 제품들이다. 플라스틱은 석유 중 나프타로부터 원료를 생산하여 제품으로 만들어진 것이다. 이들 제품은 특히 가볍고, 내구성이 우수하고 부식성이 없으며, 전기절연성이 크고, 다양한 색상을 가미한 성형 가공이 용이하여 대량 생산이 가능하다.

​인류가 지금까지 만들어낸 플라스틱은 약 83억 톤이다. 플라스틱의 가장 중요한 장점 중 하나인 썩지 않는다는 특성은 폐플라스틱이 오랜 기간 자연계에서 분해되지 않고 남아 있게 한다. 또 값이 싸다는 장점은 폐기된 플라스틱들을 회수하고자 하는 노력을 감소시킨다. 현재 폐기된 플라스틱의 약 9%만이 재활용되었다. [1]

​플라스틱은 석유를 정제한 기초유분으로부터 다양한 기초화학제품을 경유해 합성된 고분자소재로, 원유에 함유된 탄소 원소에 수소와 산소가 더해진 구조로 이루어져 있다. 재생되지 않는 화석연료에서 유래되고, 사용 후 폐기 단계를 거치면 지구 생태계에서 수백 년 이상 고형 물질 형태로 잔류되거나, 인위적 열화학 분해 산물인 이산화탄소, 일산화탄소나 메탄과 같은 탄소 한 개를 가진 기체로 대기에 방출된다. 

​9%의 플라스틱만이 재활용된다

​이제까지 생산된 플라스틱의 약 9%만이 재활용되었고, 12%가 태워졌으며, 79%는 모두 땅속에 폐기물로 묻었거나 바다로 흘러들어갔다. 우리가 플라스틱을 사용 후 얼마나 함부로 폐기했는지 보여준다.[1] 이렇게 버려진 플라스틱이 일으키는 다양한 문제들은 단순히 미관상 좋지 않다 정도로 끝나지 않는다. 사람을 포함한 육상 생명체들에게 위협요인이 되고, 하천을 따라 바다로 흘러 들어간 뒤 해양 생물들의 생존도 위협하고 있다.

​버려진 폐플라스틱들이 햇빛과 마모에 의해 서서히 부서져 미세 플라스틱(직경 5mm 이하 플라스틱) 또는 나노플라스틱(1μm 이하 플라스틱을 말함)이 된다. 공업용 연마제나 치약 및 세안제 등에 포함되기도 한 ‘미세 플라스틱’은 우리도 모르게 몸 안으로 들어오고 있다. 이러한 미세 플라스틱은 육상생태계(조류 등)나 해양생태계(어류, 어패류 등) 생물체에게 섭취가 되기도 한다. 동물 체내에 축적이 일어나고, 최종적으로 인간이 섭취한다.개인별로 일주일 평균 신용카드 하나 정도 양의 미세플라스틱을 먹고 있다는 충격적인 연구 결과도 최근 보고되었다. 하지만 이러한 미세 플라스틱이 우리 건강에 얼마나 해를 끼치는지에 대한 연구는 아직 미진하다.

​사용 후 버린 플라스틱은 과연 어떤 경로를 거치면서 처리되고 있을까요?

​가정에서 분리배출 요령을 잘 익혀서 플라스틱을 분리 배출하면 모든 플라스틱은 순환이 된다고 생각하지만, 실상은 그렇지 않다. 플라스틱은 PP, PE, PET, PS, PVC, 우레탄, 나일론 등 종류가 워낙 다양하고, 하나의 재질도 되어 있지 않는 경우가 많다. 예를 들어, PET병의 몸체는 PET, 뚜껑은 HDPE, 비닐은 PP, 비닐 접착제 등으로 되어 있다. 또한 플라스틱에는 물성을 부드럽게 하거나, 열안정제, 색상을 위한 각종 염료, 산화억제제, 난연제 등 각종 첨가제가 들어 있다. 더 나아가 플라스틱은 식품이나 다른 이물질로 오염되기도 한다.

​따라서 이러한 복잡한 플라스틱의 재질, 종류, 첨가제, 이물질 등을 제거하여 재생원료로 생산하는 것은 매우 비용이 많이 든다. 또한 생산된 재생원료는 대개 품질이 낮아 수요가 많지 않다. 최근 환경부 통계에 의하면, 재활용품으로 배출된 플라스틱 폐기물의 거의 절반 정도는 재활용 원료로 탄생되지 못하고, 잔재물로 소각 및 매립하거나 시멘트 공장 보조연료로 보내야 하는 실정이다. 이러한 소각 과정에서 대기 중으로 온실가스를 배출하게 되고 궁극적으로는 기후변화에 영향을 미치게 된다.

​일회용 플라스틱의 퇴출을 위한 움직임

​엄청난 양의 폐플라스틱에 의한 환경오염이 점차 심각해지면서 전 세계적으로 일회용 포장재 및 용기에 사용되는 플라스틱을 금지하는 규제가 늘어나고 있다. EU는 작년 12월 20일, 일회용 플라스틱 사용을 금지하였으며 우리나라도 올해부터 대형마트를 중심으로 일부 젖은 식품에 대한 사용 이외에는 일회용 플라스틱의 사용을 금지하고 있다.

​우리가 편리하게 쓰는 일회용 플라스틱(예를 들어, 일회용 비닐 봉투, 플라스틱 컵, 빨대, 각종 플라스틱 식기류, 음식 택배포장재 등)은 적절하게 수거되지 않으면 강이나 바다로 흘러들어가서 육상과 해양 생태계를 오염시킨다. 우리 생활패턴을 바꾸어 일회용 플라스틱 제품의 사용을 자제하고, 사용되고 폐기되는 플라스틱은 최대한 재활용해야 한다. 다만, 의료계에서 사용되는 일회용 제품들은 감염 및 오염문제 예방을 위하여 지속 사용될 예정이지만 철저한 소각 등을 통해 올바른 절차에 따라 폐기되어야 한다.

​플라스틱 순환경제란 ?

​플라스틱은 다양한 라이프 스타일의 요구를 충족시키며 여러 제품에 두루 사용된다. 석유화학부터 자동차, 섬유산업에 이르기까지 산업경제 수요공급망의 핵심 소재로 기여하고 있다. 이러한 플라스틱의 사회경제적 순기능과 고도성장은 21세기 들어서며 기후변화 대비 탈석유와 폐플라스틱 환경오염이라는 대명제 아래 큰 변화를 맞이한다.​ [3]

폐플라스틱 환경오염이 발등의 불이 되면서 플라스틱 포비아 현상까지 나타나고 있다. 

• 쇼핑백 지참, 다회용 컵 사용과 같이 자발적으로 불필요한 플라스틱 사용을 줄이자는 시민운동 활성화

• 새로 태동한 사회적기업이 폐플라스틱 분리회수와 재가공을 위한 혁신적 아이디어를 실천

• 플라스틱 소재생산과 제품유통 분야의 대기업이 사회적 책임과 ESG 경영의 관점에서 플라스틱의 사용 후 순환 과정에 적극적으로 참여

​그러나 일회용 플라스틱 사용을 줄이기 운동과 같은 시민운동으로 플라스틱 문제를 해결할 수 없다. 플라스틱의 순환을 위해서는 전과정을 관리해야 한다. 생산-유통-소비-수거 및 재활용-재생원료 사용 등으로 순환구조를 만들어야 한다. 지금처럼 대량 생산-대량 소비-대량 폐기 등의 선형경제(linear economy)는 지속가능하지 않고, 순환경제(circular economy)로 전환하여 플라스틱의 생산되어 소비된 후 다시 순환하는 고리를 만들어야 한다. 

​순환경제는 물질을 버리지 않고 반복적으로 사용하는 생산 및 소비체계를 말한다. 물질을 반복 사용하여 천연자원의 사용과 쓰레기 배출량을 줄여서 인간의 경제활동이 생태계에 미치는 충격을 줄이자는 것이다. 순환경제와 대비되는 체계가 선형경제다. 물질의 흐름이 '직선의 형태'를 띠고 있다. 선형경제는 천연자원을 채굴한 후 한 번 사용하고 바로 쓰레기로 버리는 낭비적인 체계다. 자원고갈과 쓰레기 처리의 문제가 심각하게 발생할 수밖에 없다. [6]

​선형경제와 순환경제 사이에 재활용경제가 있다. 재활용경제는 선형경제와는 다르게 재활용을 통한 물질순환이 된다. 그럼에도 불구하고 물질의 주요 흐름은 선형경제와 차이가 없다. 재활용 행위가 자원투입량과 쓰레기 발생량을 줄이지 못한다. 지속적인 순환이 이뤄지는 것이 아니라 한두 번 재활용한 후 쓰레기로 버릴 수 밖에 없기 때문이다. 재활용경제의 재활용은 불완전한 재활용이다. 오늘날 우리가 하고 있는 플라스틱 재활용이 딱 그렇다. 한두 번 순환에 그치는 불완전한 재활용을 면면부절 이어지는 완전한 형태의 재활용으로 환골탈태시켜 순환경제로 나아가야 한다. [6]

선형경제에 의해 폐기된 플라스틱은 다양한 첨가제와 함께 지구 지표 토양과 수계에 산개되어 노출되는 반면, 순환경제가 구현되면 탄소중립과 생태계 잔류 방지로 플라스틱의 지속가능성이 확보된다.

이를 위해서는 생산 단계부터 재활용 용이성, 자원의 순환성을 고려하여 제품이나 포장재가 만들어지고, 수거 후 다시 재생원료로 생산된 후 공정에 재투입되는 산업 구조를 만들어야 한다. 이미 유럽을 중심으로 많은 국가와 글로벌 기업들이 플라스틱 제품의 친환경 설계, 재활용 용이성, 순환 공급망 구축에 투자와 사회적 책임을 다하고자 노력하고 있다. 이미 플라스틱 원료, 제품과 용기를 만들 때 재생원료 사용을 의무화하였고, 재활용 소재를 활용한 제품을 출시하고 있다. [2]

​플라스틱 순환경제로 가기 위해서는 어떻게 해야 할까? 페트병의 순환을 사례로 살펴보자. 페트병을 다시 페트병으로 반복해서 순환하는 것이 순환경제에 맞는 순환흐름이다. 이것을 닫힌 고리 재활용이라고 한다. 우리나라에서는 극히 일부의 페트병만 이렇게 재활용이 되고 있지만, 해외 선진국에서는 20~30% 정도는 이렇게 재활용을 하고 있다. 페트병이 다시 페트병으로 순환되는 비율이 높아질수록 플라스틱 순환경제로 조금씩 진전될 것이다. [6]

​현재 페트병은 국내외를 막론하고 가장 높은 비율로 재활용되는 것이 섬유제품이다. 긴 섬유로 만들어 옷을 만들거나 짧은 섬유로 만들어 솜으로 활용한다. 페트병과는 다른 용도로 재활용하기 때문에 열린 고리 재활용이라고 한다. 열린 고리 재활용의 문제점은 순환이 반복되지 못한다는 것이다. 섬유제품은 재활용률이 미미하다. 대부분 소각되거나 매립된다. 페트병 순환고리는 섬유제품에서 끊어져 버린다. 페트병 재생섬유로 옷을 만드는 패스트 패션 산업에 마냥 박수를 보낼 수 없는 이유다. 순환경제로 가기 위해서는 패스트 패션 산업이 섬유제품의 끊어진 순환고리를 만들어 페트병 순환의 고리가 끊어지지 않도록 해야 한다. [6]

​탈석유·탈플라스틱의 시대적 변화에 순환경제로의 전환 요구

​폐플라스틱 문제에 대한 심층 이해를 바탕으로 한 경각심과 올바른 문제해결 인식은, 정책과 경제주체 간 교감을 통해 지속적이고 효율적인 방향으로 구체화될 때 총체적 해법으로 구현된다. 근래 물리적 업사이클링이 화두로 회자되며, 폐페트병을 가공한 rPET(Recycled PET, 재생페트)를 용기 및 섬유제품화하거나, 폐열가소성 플라스틱을 복합수지화해 자동차부품과 건축재로 재활용 사업화하는 사례가 이어지고 있다.

​이와 같은 활동은 사용 후 수거된 폐플라스틱을 대상으로 하기에, 재활용 사업은 플라스틱 종류에 따른 원료별 수거, 회수, 분리, 세척건조 등 선행 조건에 크게 의존한다. 동시에 재활용 제품의 기능, 가격, 수요에 따라 현실적으로 시장 공급 환경의 불확실성도 크다. 자원의 친환경성과 이용효율성을 고려한 플라스틱 공급망 업스트림에서의 대응과 다운스트림 사용폐기 단계에서의 업사이클링이 병행될 때, 궁극적인 플라스틱의 기능혁신과 사용량 저감이란 두 가지 명제를 동시에 대처할 수 있다.

​이미 지난 20여 년간 유럽과 미국의 주도하에 일본, 중국이 추격하는 형세로 플라스틱의 원료인 석유를 재생가능한 원료로 대체하기 위한 노력이 현실화되고 있다. 이미 당을 원료로 석유계 PE를 대체한 그린PE가 출시됐고, 그린PP, 바이오페트, 바이오PC, 바이오PU, 바이오PA가 수년 내 시장 진출을 앞두고 있다. 별도로 생분해가 가능한 PLA, PBAT, PBS, PHA 수지도 이미 시장 형성이 이뤄져, LG화학과 CJ제일제당이 신규 생산을 진행 중이다. 지구온난화 방지를 위해 추진 중이던 탄소포집저장(CCS)은 근래 포집후이용(CCU) 중심으로 전환되었고, 기존 셰일가스와 함께 이산화탄소, 일산화탄소, 메탄과 같은 탄소 1개 분자물질을 이용한 플라스틱 합성이 바이오 플라스틱과 재활용 플라스틱(rPlastic)과 더불어 탄소순환 원료화의 3대 축을 이룰 전망이다. 이 모든 노력은 전 과정에서의 자원이용 효율성 및 순환성 고찰, 그리고 제품설계부터 반영된 에코디자인에 힘입어 더욱 실현 가능한 해법으로 발전하리라 전망된다. [1]

​순환경제로 인해 산업의 표준이 바뀌고 있다. 앞으로 재생원료를 사용하지 않는 제품은 물건을 팔기 어려운 시대가 분명 도래할 것이다. 순환경제는 단순히 환경의 문제가 아니라 산업경쟁력을 좌우하는 핵심문제가 될 것이다. 재생원료 사용이 의무화가 되면 신재료와 비교하여 가격이 비싸더라도 재생원료를 사용해야 한다. 재생원료를 안정적으로 조달하지 못하는 기업은 경쟁력을 상실할 수 있다. 산업계에서 요구하는 품질을 충족할 수 있는 재생원료를 상대적으로 저렴한 가격에 안정적으로 확보할 수 있는 기업 혹은 국가만이 시장에서 경쟁력을 확보할 수 있다. 순환경제로 가기 위한 규제강화에 대해 기업들은 반발할 것이 아니라 오히려 정부와 협력하여 규제를 넘어선 가일층의 노력을 해야 한다. [6]

​변화의 눈덩이는 이미 구르고 있다. 앞으로 점점 더 커져만 갈 것이다. 기업들이 당장 눈앞의 이익만을 보고 변화의 흐름을 도외시해서는 안 된다. '자원순환'이 '경제'와 결합하여 '순환경제'란 용어가 득세하는 이유에 대해서 숙고해야 할 것이다. 

​플라스틱 순환경제의 시작

스포츠용품 회사인 아디다스는 회수한 폐플라스틱을 원료로 사용하여 올 한 해만 1,100만 켤레의 운동화를 만들었다. 스페인의 축구 명가 레알 마드리드는 바다에 버려진 폐플라스틱을 회수하여 팀 응원복을 제작하고 있다.

​세계는 지금 순환경제 이행을 천명하고 있다. 주요 글로벌 기업들은 재사용 및 재활용이 가능하도록 제품의 설계를 바꾸고 있고, 재생원료 사용 비율을 늘리고 있다. 구글은 2022년부터 자사에서 생산한 모든 제품에 재생원료가 들어갈 것이라고 발표하였다. 코카콜라, 펩시, 네슬레, 유니레버 등은 2025년까지 자사에서 사용하는 플라스틱 포장재 내 재생원료 비율을 25~30%까지 높이겠다고 선언하였다. 2019년 기준 코카콜라는 포장재 내 재생원료 사용 비율이 9.7%, 펩시콜라는 4%, 유니레버는 5%라고 실적발표를 하였다. 2018년 대비 1~4 %포인트가 상승하였다. 기업의 자율선언은 앞으로 규제로 발전할 것이다. 이미 EU는 지침을 제정하여 2025년부터 페트병 내에 재생원료 사용 비율을 25%, 2030년까지 모든 플라스틱 용기 내 재생원료 사용 비율을 30% 이상이 되도록 규제하고 있다. 올해 부터는 플라스틱세를 도입하여 재생원료를 제외한 플라스틱 포장재 사용량에 대해 kg당 약 1,000원의 세금을 부과하고 있다. [7]

​많은 석유화학 제품들이 그러하듯이 화학산업의 특징 중 하나는 규모의 경제이다. 앞으로는 재활용이 점점 필수화되면서 생산량 자체가 줄어들 것이므로 기존 규모의 경제를 탈피한 비즈니스 모델에 변화가 요구된다. 예를 들어, 루프(Loop)와 같이 용기와 포장재를 지속 회수하여 내용물만을 바꾸어 배달해주는 서비스가 확대되면 전 세계 플라스틱 총 수요량도 줄어들 것이다. 즉, 기존에는 생산만을 담당했던 석유화학 기업들이 앞으로 회수 및 재활용을 염두에 둔 생산 및 서비스 기업으로 변신하게 될 것으로 예상된다.

플라스틱 순환 경제에서 대세로 떠오르고 있는 화학적 재활용

​현재 플라스틱의 재활용은 크게 세 가지 방식이다. 물리적 재활용(기계적 재활용)과 화학적 재활용, 그리고 열적 재활용이다. 이 가운데 열적 재활용은 플라스틱 폐기물을 단순하게 태워서 열로 재활용한다는 의미로 엄격히 따지면 재활용이라 볼 수가 없다.

물리적 재활용은 플라스틱 본래의 성질을 변형시키지 않고 단순한 공정으로 재활용품을 만들어내는 만큼 활용 과정에서 탄소를 적게 배출하고 비용도 저렴하다. 회수한 폐플라스틱을 잘게 분쇄해 펠릿(Pellet) 형태로 만든 다음 세척·선별·혼합 등을 거쳐 기존 원료와 적당한 비율(20~50%)로 혼합해 플라스틱 소재로 만든다. 비교적 단순한 기계적 처리 공정만을 거치기 때문에 매우 친환경적이다. 특별하게 많은 열을 가하지도 않고 변형도 주지 않기 때문에 에너지 투입도 가장 적은 에너지 효율적 방식이다.

​현재까지 재활용되는 폐플라스틱의 90% 이상은 물리적 재활용에 의해 재생 플라스틱으로 재탄생하고 있다. 여기에 재활용 제품을 만드는 과정의 저비용과 재활용 과정의 화학적·열적 처리가 적어 지구온난화의 원인인 탄소 발생도 저감시키는 최고의 재활용 방식이다. 하지만 재활용 원료인 페플라스틱의 분리수거와 세척과정 등의 제한으로 한계에 봉착하고 있다. 즉, 화학 구조 변화 없이 물리적인 형태만 바꾸다 보니 여러 화학제품이 혼합되거나 오염된 플라스틱엔 적용하기 어렵다.

​최근 들어 쏟아지는 폐플라스틱의 성분이 다양해 처리해야 할 전체 물량에서 물리적 재활용 비중이 낮아지고 있다.

여기에 재활용을 거듭할수록 질이 떨어지는 것도 해결해야 할 과제다.

​탄소 배출이 적어 가장 친환경적인 물리적 재활용 방식이 처리 용량의 한계에 부딪히고 있다. 이에 비록 비싼 비용과 기술적 한계로 인해 정체돼 있던 화학적 재활용이 새롭게 부상하고 있다.

​화학적 재활용은 많게는 수만 개의 단량체(monomer)가 모여 구성된 고분자 형태의 플라스틱을 화학적 반응을 통해 최초의 원료였던 단량체로 되돌리는 방식이다. 친환경과 비용 여부를 따지지만 않는다면 폐플라스틱을 원재료로 환원시켜 원래의 플라스틱으로 재탄생시키는 완벽한 방식이다. 하지만 이 같은 이론에도 불구하고 아직까지는 현실적으로 완벽한 재활용 제품 생산이 힘들다.

​화학적 재활용에 사용되는 주요 기술은 해중합과 열분해다.

​해중합은 기존 폐플라스틱을 화학적으로 잘게 쪼개 플라스틱의 기초 재료를 만드는 기술이다. 최초 플라스틱과 유사한 물성을 보이기는 하지만 물리적 재활용과 마찬가지로 원료가 되는 폐플라스틱이 단일 성분이라는 점이 전제조건이다. 현재 해중합 기술을 적용할 수 있는 제품은 페트, 폴리우레탄 등에 불과하다.

​열분해 방식은 폐플라스틱을 산소가 없는 반응기에 넣고 반응기 밖에서 열을 가해 분해하는 기술이다. 폐플라스틱을 가스와 오일, 잔류물 등으로 분해해 오일 등은 석유화학 제품의 원료로 다시 활용할 수 있는 만큼 혼합 플라스틱의 처리도 가능하다.

​혼합 플라스틱의 처리는 기술 개발과 투자 설비 등에서 높은 비용이 투입돼야 하고 많은 에너지 사용으로 탄소 저감에 긍정적이지 못함에도 불구하고, 화학적 재활용의 필요성을 부각시키는 요인으로 등장하고 있다. 이 같은 이유로 물리적 재활용의 획기적인 기술 개발이나 단일품목의 플라스틱 규제가 없는 한 향후 전 세계적으로 화학적 재활용이 대세로 자리 잡을 가능성이 높다.

​업계에 따르면 전 세계 화학적 재활용 시장 규모는 오는 2030년 410만 ton에 달하면서 전체 플라스틱 재활용 시장에서의 점유율이 20% 이상이 될 것이라는 전망이다. 

​국내 기업들도 플라스틱 재활용 기술 개발과 설비 확충에 줄지어 나서고 있다. 최근 SK종합화학은 2025년까지 5조원을 투자해 회사가 생산한 플라스틱을 모두 재활용할 계획이다. 원유 부산물인 나프타에서 에틸렌·프로필렌 등으로 분해한 기초 화학제품으로 플라스틱 소재·원료를 만드는 것에서 서서히 탈피해 폐플라스틱 등을 활용해 연료나 새 플라스틱 재료를 만든다는 것이다. 

​이외에도 GS칼텍스나 LG석유화학, 한화 등도 비슷한 방식의 사업 플랜을 공개한 바 있다. 

​한편, 미국 애크런대 고분자과학대학 왕쥔펑 교수팀이 재활용이 쉽지 않은 플라스틱을 완전 재활용할 수 있다는 연구 결과를 소개해 눈길을 끌고 있다. 지난달 18일 과학저널 ‘네이처 화학’에 실린 내용에 따르면 연구팀은 고분자인 중합체를 원래 재료인 단위체로 다시 분해할 수 있도록 처음부터 설계해 플라스틱의 지속가능한 화학적 재활용의 실마리를 찾았다. 

​고성능의 컴퓨터를 동원해 다양한 방법의 계산을 수없이 거듭한 끝에 적합한 이론적 단위체를 찾아냈다. 이후 이론적 단위체를 실제 단위체로 만들어내고 이 단위체 원료를 중합 반응을 통해 고분자 합성에까지 성공했다. 연구팀이 합성한 고분자는 기존 플라스틱의 특성인 열에 대한 안정성과 기계적 특성이 뛰어난 것으로 나타났다. 370℃의 고온에서도 분해되지 않을 만큼 열에도 강했다. [4]

​이렇게 얻은 단위체 원료를 다시 사용하고 중합해 수차례 반복해도 플라스틱의 물성이 떨어지지 않아 폐플라스틱에서 처음과 같은 고품질 원료를 뽑아낼 수 있다는 것이다. 또 새 플라스틱과 다른 유형의 플라스틱 불순물이 포함돼도 해결할 수 있다고 공개했다. 화학결합 구조가 다른 각종 플라스틱과 색상 유무를 떠나 여러 형태의 플라스틱 쓰레기를 섞어 처리해도 새 플라스틱의 분자만 분리해낼 수 있다는 것이다. 즉, 플라스틱 원료를 일일이 선별할 필요가 없어 재활용률을 100% 가깝게 끌어올릴 수 있다는 의미다. [4]

​이처럼 국내외에서 화학적 재활용이 폐플라스틱의 완벽한 재탄생을 위한 선봉장으로 대두되고 있지만 넘어야 할 산이 너무나 많다. 기술 개발과 설비 구비에 투입되는 값비싼 비용은 차치하고라도 물리적 재활용에 비해 훨씬 많이 쏟아 붇는 열과 전기 등의 에너지 사용이 큰 문제다. 과다한 에너지의 사용은 현재 구조에서 기상 이변의 주범인 탄소 배출을 피할 수 없다. 폐플라스틱으로 인한 환경 문제를 해결하기 위해 등장한 새로운 방식의 기술이 환경을 침해하는 또 다른 주범이 되어서는 안돼야 하기 때문이다. [4]

​플라스틱 순환경제의 장애요인

플라스틱 재활용은 왜 이렇게 힘들까? 

​재질별, 색깔별로 모아서 선별한다면 재활용이 되지 않을 이유는 없다. 이렇게 하기에는 비용이 너무 많이 든다. 플라스틱의 장점이 발목을 잡고 있다. 플라스틱은 다양한 방법으로 가공되어 기능을 부여받는 유기성 고분자물질이다. 플라스틱은 너무나 다재다능하므로 다양한 재질이 다양한 용도로 사용되고 있다. 심지어 여러 재질이 중첩되어 복합재질 제품으로 사용되고 있다. 성형성, 경도, 강도, 탄력성, 열저항성, 내화학성, 기체투과성, 생분해성 등에 따라 헤아릴 수 없을 정도로 많은 제품으로 시장에 공급된다. 다양한 재능을 가진 다양한 재질의 플라스틱 '어벤져스팀'이 연합하여 복합재질 포장재나 제품으로 사용되고 있다. 산소차단 능력이 뛰어난 재질과 수분차단 능력이 뛰어난 재질과 햇빛차단 능력이 뛰어난 재질을 한꺼번에 모아서 하나의 플라스틱 포장재로 만들고 있다. 가볍고 성형성이 뛰어난 플라스틱이 서로 다양한 재질이 연합하여 다양한 기능성까지 담보할 수 있으니 너도나도 플라스틱을 선호하게 된다. 기능성 측면에서만 보면 플라스틱은 신이 내린 물질이다. [7]

​재활용의 관점에서 보면 뛰어난 재능으로 다양한 분야에 진출하여 사용된다는 것은 아주 큰 약점이다. 색깔도 다양해지고 물질의 성능이 다양해지면서 재활용하기는 더욱 어려워지게 된다. 같은 재질과 같은 색깔끼리 모아야 같은 용도로 쓸 수 있는 재생원료가 만들어질 수 있는데, 플라스틱 사용과 용도가 다양해지면서 같은 재질과 같은 색깔의 플라스틱을 따로 모으기가 힘들어졌다. 플라스틱 재활용이 어려워졌다는 이야기다. 카멜레온처럼 다양하게 원하는 사람들의 요구에 맞추어 변신할 수 있어서 사용량이 증가했지만, 너무 다양해졌기 때문에 재활용은 어려워지는 역설이 발생하고 있다.

​플라스틱은 크게 열경화성과 열가소성으로 구분되는데, 이는 향후 플라스틱의 생애종료(End-of-life) 시점의 순환에서 중요한 변수가 된다. 경화과정 후 고형화된 열가소성 플라스틱은 녹은 상태에서 재성형이 가능한 반면, 열경화성 수지는 영원히 경화된 형태로 유지되기에 점유율 20% 시장 대상으로 추가적인 재자원화 방안 수립이 요구된다.

​플라스틱의 생산과 사용, 폐기까지 전 주기적 자원순환은, 탄소 원소 중심 순환과 화석원료 사용 저감에 따른 천연자원의 재생가능성 및 플라스틱 소재 제품 생산소비의 지속가능성과 직결되어 있다. 그러나 근래 폐플라스틱 이슈에 대한 사회 전반의 인식과 대응에는 플라스틱 전 생애에 걸친 생태환경부하, 자원순환, 소재대체, 기능대체, 지속가능성의 효과에 대한 객관적·통합적 분석이 결여되어 있다.

종합해보면 플라스틱 재활용을 방해하는 근본 원인은 플라스틱 재질과 용도의 다양성에 있다. 같은 재질이라고 하더라도 용도에 따라서 첨가제가 달라질 수 있기 때문에 물질의 성능은 미세하게 차이가 발생한다. 이렇게 따지기 시작하면 한이 없어진다. 동시에 소비자가 이 문제에 대응하기에는 아득해진다. 소비자가 플라스틱을 세척하고 라벨을 떼고 배출하는 정도만으로는 플라스틱 순환경제로 갈 수 없다. 결국 생산 단계나 재활용 단계에서 큰 변화가 필요하다. [7]

​우선 생산단계에서 변화가 필요하다. 제품설계가 단순해져야 한다. 마케팅의 관점에서는 포기할 수 없겠지만 겉보기 휘황찬란한 천박함으로 더 이상 순환경제로 갈 수 없다. 단일 재질, 단일 색상, 단일 디자인으로 가야 한다. 당장 갈 수 없더라도 갈 수 있도록 방향을 잡아야 한다. 단일재질이 복합재질 ‘어벤져스팀’의 성능을 발휘하도록 기능성이 향상되어야 한다.

​단기간에는 쉽지 않다. 생산자의 기술투자와 기술개발의 방향성을 단순하면서 화려한 제품을 만드는 것으로 잡는다면 중장기적으로는 변화가 일어날 것이다. 축적된 세월의 누적된 고민이 필요하다. 순환경제를 향한 백년대계가 필요하다. 

​생산단계의 근본적인 변화가 필요하지만 한계가 있다. 재활용 단계의 기술혁신이 필수적이다. 즉 재활용 단계의 재활용 기술 개발을 통해 여러 재질과 색상, 첨가제가 섞여 있다고 하더라도 다시 플라스틱 원료로 쓸 수 있는 기술과 설비를 개발해야 한다는 것이다. 플라스틱 녹여서 다시 재생원료로 사용하는 전통적인 방식의 플라스틱 기계적 물질재활용 기술의 업그레이드도 필요하지만 열분해 방식 등의 화학적 재활용 등 선진화된 기술의 개발 및 상용화도 필요하다. 

​플라스틱 순환경제 사회로 가기 위해서는 생산단계, 유통단계, 소비단계, 선별 재활용 단계 등 물질순환의 전 과정의 혁신이 필요하다. 기존의 오래된 관행과 경험만으로 앞으로 닥쳐올 격변의 시기를 헤쳐나갈 수 없다. 그런데 우리나라는 플라스틱 재활용 산업이 현실에 안주하려는 것은 아닌지 우려스럽다. 생산자책임재활용제도가 혁신을 선도하기보다 낡은 시스템의 생명을 연장하는 수단으로 오용되는 것은 아닌지 우려스럽다. 변화의 시기 스스로를 깨부수는 개혁은 고통스럽다. 그렇지만 이러한 고통없이 새로운 미래는 없다. 한국의 플라스틱 재활용 산업의 새로운 도약을 기대한다. [7]

​새로운 대안 ; 지속가능한 바이오화학 산업으로

​기존 석유화학 유래 플라스틱 대신 PHA(polyhydoxyalkanoate)와 같은 생분해성 플라스틱으로 대체하는 노력을 기울여야 한다. PHA는 천연 폴리에스터라는 고분자. 자연계에 포도당과 같이 탄소원은 풍부하고 질소나 인과 같이 필수 성장인자가 부족한 조건에서 미생물은 소중한 탄소원을 빼앗기지 않기 위해 탄소원을 고분자로 바꿔 보관한다. 세포 내 축적했던 고분자를 분해하여 성장에 사용하게 되어 100% 생분해 된다. 대사공학을 통해 다양한 단량체들이 생성되게 하고, 그들을 PHA합성효소로 중합하면 다양한 물성의 공중합체를 생산할 수 있다. 예를 들어, 농업용 멀칭필름을 PHA로 만들면 식물이 자라면서 그에 맞추어 생분해되므로 필름을 회수할 필요가 없다.

이처럼 일부 응용분야의 경우 생분해성 플라스틱을 사용하면 기존에 야기되었던 문제를 줄일 수 있다. 지금까지는 비용 문제로 상용화가 힘들었던 PHA, 폴리 유산계 공중합체, 지방족 폴리에스터 그리고 전분 유래 플라스틱 등 다양한 생분해성 플라스틱들이 각각의 물성에 맞는 응용 분야에서 사용될 수 있다.

​* 단량체 : 고분자화합물 또는 화합체를 구성하는 단위가 되는 분자량이 작은 물질

* 공중합체 : 합성 수지를 만드는 데 종류가 다른 단량체를 종합시킴으로써 특징있는 성질을 갖게하는 것.

* 멀칭필름 : 농작물을 재배할 때 경지토양의 표면을 덮어주는 비닐

* 폴리 유산 : 주로 용기나 컵으로 사용되며, 바이오매스로 만들어지는 생분해 플라스틱

​기존 석유화학 공정을 통해 생산되는 고분자 원료들을 포함한 화학 물질들이 점차 비식용 바이오매스를 원료로 친환경 지속가능 바이오기술을 통해 생산될 것이다. 비식용 바이오매스로부터 유래한 포도당이나 설탕 등은 미생물의 먹이가 된다. 이를 섭취한 미생물이 대사활동을 통해 우리가 원하는 화학물질들을 생산하는 과정 속에 대사공학은 생산효율과 수율을 높이는 데 기여했다.

​물론 바이오기술로 생산된 단량체들을 중합하여 만들어진 바이오 기반 플라스틱은 반드시 생분해가 되는 것은 아니다. 기존 석유화학 산업에 의해 생산된 플라스틱과 같지만 원료로 화석원료 대신 지속가능한 바이오매스가 사용된 것이 주목할만한 특징이다.

​[사례 ] GS칼텍스, 버려진 플라스틱이 친환경 복합수지로 재탄생 [5]

친환경 복합수지에 대한 A to Z

폐플라스틱은 매립, 소각, 재활용 순으로 해결되어 왔다. 하지만 매립과 소각은 대기오염과 토양오염의 문제를 야기할 수 있기에 가장 친환경적인 처리 방법은 ‘재활용’이다. 이미 국내는 폐기물부과금, 재활용부과금을 통한 재활용 플라스틱 사용 유인 정책이 시행 중이며, 해외는 EU에선 ‘2025년까지 재활용 플라스틱 사용 확대 선언’을 요구하고 있다. 이러한 친환경 트렌드 속 글로벌 기업들의 인식 변화를 위한 노력이 이어지면서 재활용 플라스틱 시장의 확대되고 있다.

​GS칼텍스 폴리머사업부문의 복합수지 사업은 재활용 플라스틱 시장의 성장과 발맞춰 지난 10년간 국내외 글로벌 기업을 대상으로 친환경 복합수지를 판매해왔다. 2019년 기준 복합수지 전체 판매량 22만 톤 중 친환경 복합수지는 2만 5천 톤을 기록하며 전체 복합수지 생산량의 10%를 넘어섰죠.

GS칼텍스 친환경 복합수지만의 특별함

​친환경 복합수지는 폐플라스틱을 활용해 만들어진 기능성 플라스틱이며, 기존 복합수지와 동일하게 자동차 내외장재나 세탁기/에어컨/냉장고 등 가전제품 부품재료로 널리 사용될 수 있다. 또한 폐플라스틱 처리를 통해 생산되어 온실가스 감축 효과가 뛰어나다는 장점을 가지고 있다. 친환경 복합수지 생산을 위해 폐플라스틱을 재활용할 경우 연 6만 1,000톤의 이산화탄소 감축 효과가 있다. 이는 소나무 930만 그루를 심은 것과 같은 효과가 있는 것이죠.

​GS칼텍스 친환경 복합수지만의 특별함은 무엇이 더 있을까요? 고객의 니즈에 맞춘 친환경 복합수지 솔루션을 제공한다는 것이 또 하나의 특별함이다. 원가절감을 위해 친환경 복합수지를 사용하는 고객과 친환경 제품을 적극 사업 모델에 적용하여 수익을 창출하고자 하는 고객 등 고객마다 요구하는 친환경 복합수지의 기준은 서로 다르다. GS칼텍스는 축적된 역량을 바탕으로 제품 단가, 강도나 색상을 포함한 물성, 폐플라스틱 비율 등을 조절하여 고객의 요구에 맞춘 적합한 솔루션을 제공하고 있다.

친환경 복합수지 사업을 통한 오픈 이노베이션

​친환경 복합수지 연간 생산량은 2만 5,000톤이며, 초기 생산량에 비해 2.5배 이상 성장했다. 지속적인 친환경 복합수지 사업의 성장을 위해 GS칼텍스는 ‘Closed Loop Model’을 구축하고 있다.

친환경 원료는 신재와 달리 동일한 물성, 품질로 대량 수급이 어렵다. 그건 대규모 석유화학설비에서 생산되는 신재와 달리 친환경 원료는 다양한 곳에서 조달되기 때문이다. 이를 해결하기위해 GS칼텍스는 국내외 폐기물 업체 및 전처리 전문 업체와의 협업을 통해 친환경 원료를 안정적으로 대량 수급하고 있다. 또한 친환경 원료는 수명이 다한 제품으로부터 얻어지기 때문에, 그 과정에서 물성이 저하된다. 그 물성을 보완하는 과정에서 GS칼텍스의 ‘업사이클 기술’을 이용해 국내외 고객별 맞춤 솔루션을 제공하게 된다. 고객들은 사업에 친환경 제품을 접목하여 국가별 환경 규제를 충족할 수 있으며, 더 나아가 환경적 책임에 일조하며 순환 경제 구축에 한걸음 다가가게 되는 것이죠. 

[참고자료]

1. 한 눈으로 보는 지속가능한 플라스틱 순환경제(Circular Economy), GS칼텍스 미디어허브, 이상엽 교수 | KAIST 생명화학공학과

2. 지속가능한 플라스틱 순환경제 구축을 위한 방안, 김상용 교수 | 과학기술연합대학원, GS칼텍스 미디어허브

3. 폐플라스틱 문제와 순환경제 구축, 장용철 | 충남대학교 환경공학과, GS칼텍스 미디어허브

4. ‘플라스틱 순환 경제’에서 대세로 떠오르고 있는 화학적 재활용, 에너지단열경제 이승범 기자, 2021-09-02

5. 버려진 플라스틱, GS칼텍스 친환경 복합수지로 재탄생하다, 백민정 선임 | 브랜드관리팀, GS칼텍스 미디어허브 

6. 플라스틱 순환경제, 산업의 패러다임이 바뀌고 있다, 홍수열 자연순환사회경제연구소, LifeIn Social Solution Media 2022-09-16

7. 플라스틱 재활용은 왜 이렇게 어려울까?, 홍수열 자연순환사회경제연구소, LifeIn Social Solution Media 2022-09-16