삼양내일 - PROJECT


삼양사가 개발한 이소소르비드(ISB) 및 ISB유도체 사진


전 세계에 탈플라스틱 열풍이 불면서 우리나라도 '바이오 플라스틱' 개발에 관심이 쏠리고 있다. 삼양그룹은 옥수수를 원료로 만들어지는 바이오 소재 이소소르비드를 활용해 친환경 소재 시장을 공략 중이다.


정리 Communication 팀


무분별한 플라스틱과 비닐 사용으로 지구의 건강이 위협받고 있다. 이에 지구 곳곳에 넘쳐나는 쓰레기를 줄이려는 노력과 함께 환경에 무해한 바이오 플라스틱 개발에도 관심이 집중되고 있다. 

바이오 플라스틱은 원료와 생분해성 두 기준에 따라 '바이오매스 기반' 혹은 '생분해성' 두 종류로 나뉜다. 생분해성 플라스틱은 흙, 바닷물, 퇴비화 설비 등에서 분해되는 플라스틱이며, 바이오매스 기반 플라스틱은 옥수수나 사탕수수 등 자연 소재를 원료로 만드는 플라스틱이다. 

바이오 플라스틱은 자연에서 생분해되거나 탄소 발생을 줄여 친환경적이지만 기존 플라스틱 대비 강도와 내열성이 떨어지는 한계가 있다. 또 최근에는 환경호르몬 문제가 커지면서 비스페놀A를 대신하는 바이오 BPA 소재 수요가 크게 증가하고 있다. 이에 삼양사 화학연구소는 바이오매스를 기반으로 친환경적이면서도 기존 플라스틱의 물성을 유지·개선할 수 있는 소재를 연구하기 시작했고, 바이오 BPA 소재로 활용도가 높은 이소소르비드(ISB·Isosorbide)를 개발하게 됐다.

이소소르비드는 옥수수에서 추출한 전분을 화학적으로 가공해 만든 바이오 소재다. 통상 바이오매스 소재를 플라스틱에 적용하면 물성이 저하되지만 이소소르비드를 적용한 플라스틱은 물성이 개선되는 것이 특징이다. 

이소소르비드를 활용해 만든 플라스틱은 내구성, 내열성, 투과성 등이 향상돼 모바일 기기와 TV 등 전자제품의 외장재, 스마트폰의 액정필름, 자동차 내장재, 식품 용기, 친환경 건축자재 등의 소재로 각광받고 있다.


식품과 화학 기술 융합으로 국내 최초 이소소르비드 상용화

삼양사는 식품 사업과 화학 사업을 동시에 영위하는 국내 유일의 기업으로, 식물 자원에서 전분을 추출해 가공하는 기술과 이를 활용한 화학적 처리 기술을 융합해 시너지를 창출하고 있다. 

삼양사 식품연구소(현 식품바이오연구소)는 식품 사업에서 제조·판매하는 전분당이 식품용 소재뿐 아니라 제철소, 골판지 제조 등 산업용 소재로도 활용 가치가 있다는 점에 주목해 1988년 생분해성 필름 개발을 시작으로 플라스틱 원료로 전분을 활용하는 연구를 다양하게 해왔다. 솔비톨(당류)을 생산하면서 얻은 지식과 경험을 바이오 연구로 확장한 것이다. 

삼양사는 약 6년간 350억여원의 연구개발비를 투자해 2014년 국내 최초, 세계 두 번째로 이소소르비드 상용화 기술 확보에 성공했다. 또 이소소르비드 개발 후 2년에 걸친 기술 융합을 통해 최적의 열가소성 전분과 컴파운딩 기술을 함께 개발했으며, 이소소르비드와 관련해 국내외 약 300개의 특허를 출원할 정도로 관련 기술에서 세계를 선도하고 있다.



삼양사는 이소소르비드와 관련해 국내외 약 300개의 특허를 출원할 정도로 관련 기술에서 세계를 선도하고 있다. 


설비 증설과 응용기술 개발로 화이트 바이오 소재 시장 선점

삼양그룹은 이소소르비드의 본격적 상업화를 위해 2019년 7월 전북 군산시와 투자협약을 체결하고 군산 삼양이노켐 부지 내에 연산 약 1만 톤 규모의 이소소르비드 공장을 짓고 있다. 

군산 공장은 8월 중 기계적 완공이 마무리되며, 이후 시운전 기간을 거쳐 11월부터 본격적인 가동에 들어간다. 상용 생산 이후에는 가동률 향상에 집중하고 설비 효율화를 통해 생산량을 늘리면서 시장 성장에 따라 점진적인 증설을 추진할 예정이다. 화이트 바이오 소재 시장이 지속적으로 성장하고 있는 만큼 향후 연산 3만~4만 톤까지 증설이 가능할 것으로 기대하고 있다.

삼양사는 이소소르비드 상업화를 앞두고 이소소르비드를 활용한 다양한 친환경 화학 소재도 적극 개발 중이다. 지난 4월에는 산업통상자원부가 지원하는 <바이오매스 기반 생분해성 폴리카보네이트(PC) 및 부품 개발> 과제의 총괄 주관 업체로 선정돼 원천기술 개발과 상용화를 동시에 추진 중이다. 이 과제는 국내외 총 12개 기업, 연구소, 학계 등이 참여해 이소소르비드를 이용한 '썩는 폴리카보네이트' 개발과 이 소재를 이용한 자동차용 내장재 부품 상용화까지 추진한다. 이소소르비드를 활용한 생분해성 폴리카보네이트 상용화에 도전하는 회사는 삼양사가 최초다. 폴리카보네이트를 물리적 방식으로 재활용할 경우 가격 경쟁력이 없어 그동안은 사용 후 매립 혹은 소각 처리가 일반적이었으며, 이 과정에서 독성 물질이 발생해 환경오염 문제가 대두됐다. 하지만 삼양사가 개발 중인 생분해성 폴리카보네이트는 특정 온도, 수분 등 퇴비화 조건에서 미생물에 의해 분해돼 환경오염 문제의 근본적 해결책을 제시한다.

최근에는 석유 유래 생분해성 플라스틱의 단점을 개선한 이소소르비드 기반 생분해성 플라스틱 개발에 성공했다. 이소소르비드 기반 생분해성 플라스틱은 바이오 소재인 이소소르비드를 함유해 석유 유래 소재 대비 탄소중립적이며 토양에서의 자연 분해 속도도 빠르다. 또 석유 유래 소재 대비 강하고 질겨 필름 형태로 가공할 때 더욱 얇게 만들 수 있어 플라스틱의 사용량 자체를 줄일 수 있다. 이번에 개발한 제품은 일회용 봉투, 농업용 멀칭 필름, 어망 등의 생산에 쓰인다.


오픈 이노베이션으로 연계 개발 진행 중 

화이트 바이오 소재 시장의 전망은 매우 밝다. 2015년 파리협정 이후 유럽은 적극적으로 바이오 소재 사용량을 늘려가고 있으며, 북미의 친환경 요구도 증가하고 있다. 우리나라 역시 2050 탄소중립을 선언하고 다양한 정책을 추진하고 있는 만큼 이소소르비드를 포함한 화이트 바이오 소재는 앞으로 꾸준히 수요가 증가할 것으로 전망된다. 

플라스틱과 같은 고분자 물질 생산이 가능한 이소소르비드를 상용화한 기업은 전 세계적으로 삼양사를 포함해 2개사밖에 없으며, 국내에서는 삼양사가 최초로 대량생산을 앞두고 있다. 그동안의 독점체제가 깨지는 만큼 수요는 충분할 것으로 전망된다. 다만 신규 소재라 여러 용도로 기존 소재를 대체할 수 있다는 것을 보여줘야 해 오픈 이노베이션으로의 연계 개발(C&D)을 적극 진행하고 있다. 삼양사는 앞으로 이소소르비드를 활용한 다양한 친환경 스페셜티 소재를 개발해 이소소르비드의 적용 범위를 확대하고 외부와의 적극적 협력을 통해 신규 시장 창출과 탄소 저감에 기여할 계획이다.


친환경 소재 개발로 글로벌 경쟁력 키울 것

삼양사는 이소소르비드를 토대로 이를 활용할 수 있는 신규 시장을 지속적으로 개척하기 위해  이소소르비드를 이용한 다양한 친환경 소재 개발에 나서고 있다. 

또한 다양한 이소소르비드 유도체들도 연구 중이다. 이소소르비드 유도체는 이소소르비드를 기반으로 구조를 조금씩 변형해 새로운 물성을 갖게 하기 때문에 접착제, 가소제 등 다양한 분야에 활용할 수 있다. 일례로 친환경 용매, 환경호르몬인 프탈레이트를 대체하는 친환경 가소제, 바이오 폴리올 등은 화장품, 건축자재, 폴리우레탄 등의 생산에 사용된다. 

이소소르비드 외에도 전분당을 활용한 또 다른 바이오매스 소재도 연구하고 있다. 삼양사는 폴리에스테르 원료가 되는 FDCA(Furan Dicarboxylic acid)의 합성 기술을 보유하고 있다. FDCA는 PET를 대체할 수 있는 물질로 나무, 옥수수 등 바이오매스로부터 제조되는 친환경 원료다. 

삼양그룹은 그룹 차원에서 의약바이오연구소, 식품바이오연구소, 화학연구소, 융합소재연구소의 유기적 협력을 통해 우리나라 화이트 바이오 산업 성장을 이끌어 나갈 것이다.




이소소르비드로 만든 친환경 제품


친환경 트렌드에 부합하는 화이트 바이오 소재는 고부가가치 사업으로 꼽힌다. 삼양사는 이소소르비드를 이용한 친환경 필름 소재, 페트병 소재 개발 등 다양한 응용 연구를 통해 적용 분야를 확대함으로써 친환경 트렌드를 선도할 계획이다.