고려대 원왕연 교수팀, 바이오 폴리에틸렌 전 생애주기 분석… 생산 단계 온실가스 91.5% 감축 확인

생산부터 폐기까지 전과정평가 수행… 국내 생산량 대체 시 연간 최대 116만 톤 온실가스 감축 가능

고려대학교 화공생명공학과 원왕연 교수 연구팀이 바이오 폴리에틸렌의 생산부터 폐기까지 전 생애주기를 분석해 실질적인 탄소감축 효과를 정량적으로 규명했다고 밝혔다.

바이오 폴리에틸렌은 사탕수수 등 바이오매스에서 얻은 원료로 만드는 플라스틱으로, 석유로 만드는 플라스틱과 화학적 구조와 성질이 같아 기존 생산·재활용 인프라를 그대로 활용할 수 있다는 장점이 있다. 다만 자연에서 분해되는 생분해성 플라스틱은 아니어서 사용 후에는 일반 플라스틱처럼 소각, 매립 또는 재활용 과정을 거쳐야 한다.

기존 연구들이 주로 생산 단계의 환경성에 초점을 맞춰온 반면, 연구팀은 실제 탄소감축 효과를 판단하려면 폐기 단계까지 함께 살펴봐야 한다고 보고 세 종류의 바이오 폴리에틸렌(Bio-HDPE, Bio-LDPE, Bio-LLDPE)을 대상으로 원료 생산부터 최종 폐기까지 전과정평가(LCA)를 수행했다. 특히 생산 단계뿐 아니라 소각을 통한 에너지 회수, 매립, 기계적 재활용 등 실제 폐기물 처리 경로를 반영했고, 생산·소비 지역의 전력원과 해상 운송 거리 변화가 탄소배출에 미치는 영향도 함께 분석했다.

분석 결과, 석유계 폴리에틸렌 1kg을 생산할 때 약 4.59kg의 온실가스가 발생하는 반면, 바이오 폴리에틸렌은 이보다 약 91.5%(1kg당 약 4.2kg) 적은 0.39kg에 그친 것으로 나타났다. 연구팀은 국내 석유계 폴리에틸렌 생산량 27만 5천 톤을 바이오 폴리에틸렌으로 대체한다면 연간 최대 약 116만 톤의 온실가스를 줄일 수 있다고 설명했다.

다만 탄소감축 효과는 폐기 방식에 따라 달라졌다. 연구팀이 미국 환경보호청(EPA)의 폴리에틸렌 폐기물 처리 통계를 바탕으로 실제 폐기 처리 비율(소각 9.6%, 매립 85.6%, 재활용 4.7%)을 적용해 계산한 결과, 바이오 폴리에틸렌 1kg당 폐기 과정에서 약 0.13kg의 온실가스가 추가로 발생했다. 이는 생산 과정에서 바이오 원료로 전환하는 것뿐 아니라 폐기물 처리 방식도 함께 개선해야 감축 효과를 더욱 높일 수 있다는 의미다.

원왕연 교수는 “바이오 기반 원료를 사용했다는 이유만으로 친환경성을 판단하기보다 생산부터 폐기까지 전 과정을 살펴봐야 한다”며 “바이오 원료 전환과 폐기물 관리 개선이 함께 이뤄질 때 효과를 더욱 높일 수 있다”고 밝혔다.

이번 연구에는 고려대 화공생명공학과 성민제 석박사통합과정과 안병찬 박사가 제1저자로, 원왕연 교수가 교신저자로 참여했다. 연구는 국토교통과학기술진흥원 및 산업통상자원부 산업기술혁신사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 성과는 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal(IF=12.5, JCR top 4.0%)’에 10월 1일 자로 정식 출판됐다. 논문명은 ‘Cradle-to-grave life cycle assessment of bioplastics: Focus on end-of-life treatment’다.

이번 연구는 바이오플라스틱의 친환경성을 생산 단계에 한정하지 않고 폐기 단계까지 포함해 정량적으로 평가했다는 점에서, 향후 바이오 기반 소재 도입과 폐기물 관리 정책을 설계하는 데 기초 자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.

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