바이오플라스틱의 실제 탄소감축 효과는? 생산부터 폐기까지 따져봤다

△ 사탕수수 기반 바이오 폴리에틸렌(Bio-PE)의 전 생애주기 모식도로, 사탕수수 재배와 바이오에탄올 생산을 거쳐 바이오 폴리에틸렌이 제조되고, 이후 유통·사용 및 소각·재활용·매립 등 폐기 단계로 이어지는 과정을 나타냄

‘친환경 대안’으로 주목받는 바이오플라스틱은 얼마나 탄소배출을 줄일 수 있을까? 고려대학교(총장 김동원) 화공생명공학과 원왕연 교수 연구팀이 바이오 폴리에틸렌의 생산부터 폐기까지 전 생애주기를 분석해 실질적인 탄소감축 효과를 정량적으로 규명했다. 

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

*바이오매스(Biomass): 식물 등 생물에서 유래한 재생 가능한 유기물 자원으로, 석유 등 화석자원을 대체하는 연료·화학제품의 원료로 활용될 수 있음

기존 연구들은 주로 생산 단계의 환경성에 초점을 맞춰왔지만, 바이오 폴리에틸렌의 실제 탄소감축 효과를 판단하려면 폐기 단계까지 함께 살펴볼 필요가 있다. 이에 연구팀은 세 종류의 바이오 폴리에틸렌(Bio-HDPE, Bio-LDPE, Bio-LLDPE)을 대상으로 원료 생산부터 최종 폐기까지 전과정평가를 수행했다. 

*전과정평가(Life Cycle Assessment, LCA): 제품의 원료 생산부터 제조, 사용 및 폐기까지 전 과정에서 발생하는 환경 영향을 정량적으로 평가하는 방법

특히 생산 단계뿐 아니라 소각을 통한 에너지 회수, 매립, 기계적 재활용 등 실제 폐기물 처리 경로를 반영했다. 또한 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 그쳤다. 만약 국내 석유계 폴리에틸렌 생산량 27만 5천 톤을 바이오 폴리에틸렌으로 대체한다면, 연간 최대 약 116만 톤의 온실가스를 줄일 수 있다.

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. 즉, 생산 과정에서 바이오 원료로 전환하는 것뿐 아니라 폐기물 처리 방식도 함께 개선해야 감축 효과를 더욱 높일 수 있다.

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 연구 성과는 국토교통과학기술진흥원 및 산업통상자원부 산업기술혁신사업의 지원을 받아 수행됐으며, 국제 학술지 ‘Chemical Engineering Journal(IF=12.5, JCR top 4.0%)’에 10월 1일 자로 정식 출판됐다. 

*논문명: Cradle-to-grave life cycle assessment of bioplastics: Focus on end-of-life treatment

*DOI: 10.1016/j.cej.2026.179436

*URL:https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.179436

[연구진 사진]

△ (왼쪽부터) 고려대 화공생명공학과 성민제 석박사통합과정(제1저자), 안병찬 박사(제1저자), 원왕연 교수(교신저자)