고려대 연구진이 바이오매스에서 원료를 얻는 ‘바이오 폴리에틸렌’의 생산부터 폐기까지 전 생애주기를 분석해 탄소감축 효과를 정량적으로 규명했다. 생산 단계에서는 석유계 폴리에틸렌보다 온실가스 배출량을 90% 이상 줄일 수 있지만, 폐기 방식에 따라 감축 효과가 달라지는 것으로 나타났다.
고려대는 화공생명공학과 원왕연 교수 연구팀이 세 종류의 바이오 폴리에틸렌(Bio-HDPE·Bio-LDPE·Bio-LLDPE)을 대상으로 원료 생산부터 최종 폐기까지 전과정평가(LCA)를 수행했다고 2일 밝혔다.
바이오 폴리에틸렌은 사탕수수 등 바이오매스에서 얻은 원료로 만드는 플라스틱이다. 석유계 플라스틱과 화학적 구조와 성질이 같아 기존 생산·재활용 인프라를 활용할 수 있다. 다만 자연에서 분해되는 생분해성 플라스틱은 아니어서 사용 후 소각이나 매립, 재활용 등의 처리 과정이 필요하다.
연구팀은 기존 연구가 주로 생산 단계의 환경성에 초점을 맞춘 것과 달리 폐기 단계까지 분석 범위를 넓혔다. 소각을 통한 에너지 회수와 매립, 기계적 재활용 등 실제 폐기물 처리 경로를 반영하고 생산·소비 지역의 전력원과 해상 운송 거리가 탄소배출에 미치는 영향도 분석했다.
분석 결과 석유계 폴리에틸렌 1㎏을 생산할 때 발생하는 온실가스는 약 4.59㎏인 반면 바이오 폴리에틸렌은 0.39㎏으로 약 91.5% 적었다. 국내 석유계 폴리에틸렌 생산량 27만5000t(톤)을 바이오 폴리에틸렌으로 대체할 경우 연간 최대 약 116만t의 온실가스를 줄일 수 있다는 게 연구팀의 분석이다.
다만 폐기 단계까지 고려하면 탄소감축 효과는 처리 방식에 따라 달라졌다. 연구팀이 미국 환경보호청(EPA)의 폴리에틸렌 폐기물 처리 비율인 소각 9.6%, 매립 85.6%, 재활용 4.7%를 적용한 결과 바이오 폴리에틸렌 1㎏당 폐기 과정에서 약 0.13㎏의 온실가스가 추가로 발생했다.
연구팀은 바이오 원료로 전환하는 것과 함께 폐기물 처리 방식을 개선해야 탄소감축 효과를 높일 수 있다고 설명했다.
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 말했다.
이번 연구는 국토교통과학기술진흥원과 산업통상자원부 산업기술혁신사업의 지원을 받아 수행됐으며 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 1일 게재됐다.
