생분해성 고분자 기술의 발전사

20세기 중반부터 시작된 플라스틱의 대량 생산은 인간의 삶을 획기적으로 편리하게 만들었다. 그러나 그 이면에는 매립과 소각으로 인한 환경 오염, 미세플라스틱 문제, 해양 생물 피해 등 심각한 부작용이 뒤따랐다. 이에 따라 플라스틱을 대체할 수 있는 친환경 소재에 대한 관심이 높아졌고, 생분해성 고분자는 그 중심에 자리 잡게 되었다. 생분해성 고분자는 사용 후 자연환경에서 미생물에 의해 분해되어 이산화탄소와 물로 환원되기 때문에, 순환경제 실현을 위한 핵심 소재로 떠오르고 있다.
이 글에서는 생분해성 고분자 기술이 어떤 과정을 통해 발전해 왔는지, 초기 연구부터 2025년 현재까지의 흐름을 기술 중심으로 정리하고자 한다. 소재과학과 환경공학, 산업계 흐름을 아우르는 이 발전사는 향후 친환경 산업의 미래를 예측하는 데 중요한 기준점이 될 것이다.

 

1세대 기술: 생물 유래 고분자의 기초 연구 (1970년대~1990년대 초)

생분해성 고분자에 대한 연구는 1970년대 후반부터 본격적으로 시작되었다. 당시의 기술은 현대처럼 고분자를 설계하는 수준이 아니라, 자연에서 얻은 소재를 그대로 이용하는 데 중점을 두었다. 대표적인 물질은 **PHB(Polyhydroxybutyrate)**였으며, 이 고분자는 특정 미생물이 탄소원을 축적할 때 생성하는 천연 폴리에스터로, 생분해가 가능한 고분자로 주목받았다.
이 시기에는 셀룰로오스, 전분 등 천연 고분자나 그 유도체(acetate, ester 등)를 기반으로 실험적 활용이 시도되었으나, 물성(기계적 강도, 내열성 등)이 매우 약하고, 생산 단가가 높아 상업화에는 실패했다.
일본, 독일, 미국을 중심으로 연구가 진행되었으며, 생분해성 고분자의 존재 자체를 입증하고 기초 이론을 확립한 시기로 평가된다. 하지만 석유 기반 플라스틱 가격이 낮았고 환경에 대한 인식도 낮아, 상업적 시장은 거의 존재하지 않았다.

 

2세대 기술: PLA 기반 생분해 플라스틱의 부상 (1990년대 중후반~2010년대 초)

1990년대 후반부터 2010년대 초반까지는 생분해성 고분자의 기술적 성장이 본격화된 시기다. 이 시기의 핵심은 **PLA(Polylactic Acid)**의 개발과 상용화이다. PLA는 옥수수, 사탕수수 등에서 추출한 젖산을 탈수중합하여 만드는 고분자로, 투명성, 가공성, 물성이 뛰어나고 대량 생산이 가능하다는 특징이 있다.
1990년대 말 미국의 NatureWorks사는 세계 최초로 대규모 PLA 생산 공장을 가동하면서 생분해성 플라스틱이 본격적으로 상용화되기 시작했다. 이 시기의 PLA는 주로 식품 포장재, 일회용 식기류, 병뚜껑 등에 사용되었다.
또한, PHB 역시 유전자 조작 미생물을 활용한 대량 발효 생산 기술이 개발되면서 PLA와 함께 양대 축으로 떠올랐다. 하지만 PLA는 수분과 온도 조건이 맞지 않으면 자연 분해가 어려운 단점이 있고, PHB는 생산 단가가 여전히 높아 대중화에는 한계가 있었다.
이 시기의 기술 발전은 생분해성 고분자를 실험실에서 산업 현장으로 끌어올리는 전환점이 되었다.

 

 

사탕 수수에서 젖산을 추출 한다. 사진: Unsplash 의 engin akyurt

3세대 기술: 복합소재, 블렌딩 기술, 기능성 강화 (2010년대 중반~2020년대 초)

2010년대 중반 이후부터 생분해성 고분자 기술은 물성 개선과 기능성 강화 쪽으로 빠르게 진화했다. 이 시기의 핵심 키워드는 **“블렌딩”과 “나노복합소재”**였다.
PLA나 PHB처럼 생분해는 가능하지만 기계적 성능이 떨어지는 고분자를 보완하기 위해, PBAT(Polybutylene adipate-co-terephthalate), PBS(Polybutylene succinate) 등 유연한 성질의 고분자와 혼합하는 기술이 활발히 진행되었다.
또한, 고분자 내에 나노셀룰로오스, 나노점토, 그래핀 산화물 등을 첨가하여 인장강도와 내열성을 향상시키는 하이브리드 복합소재 개발이 진행되었다.
이 기술을 통해 생분해성 플라스틱이 농업용 필름, 의료용 패키징, 식품 접촉 포장재 등으로 응용 범위를 넓혀갔다.
또한 2019년부터는 유럽연합(EU)을 중심으로 일회용 플라스틱 규제 정책이 시행되면서, 생분해성 고분자 시장은 법적 기반을 갖춘 산업으로 급성장하게 된다.
이 시기는 기술적으로도, 정책적으로도 상용화 시대의 개막이라고 볼 수 있다.

 

생분해성 고분자 MART PRODUCTION님의 사진: https://www.pexels.com/ko-kr/photo/7767667/

 

4세대 기술: 지속 가능성과 산업 전환의 시대 (2020년대 중반~2025년 현재)

2020년대 중반, 특히 2025년 현재는 생분해성 고분자 기술이 **지속 가능성(Sustainability)**과 전 지구적 확장성을 핵심으로 진화하고 있다.
첫째, 옥수수나 사탕수수와 같은 식량자원을 사용하지 않고 비식용 바이오매스를 활용한 고분자 생산 기술이 주목받고 있다. 해조류, 목재 폐기물, 식품 잔재물 등을 원료로 하여 식량 위기와 경쟁하지 않는 차세대 바이오매스 기술이 상용화 단계에 진입하고 있다.
둘째, AI 기반 분자 설계 기술, 생물 전환 공정, 유전자 조작 미생물을 활용한 맞춤형 고분자 생산이 가능해지면서, 성능과 환경성을 동시에 만족시키는 스마트 고분자 연구가 활성화되고 있다.
셋째, 생분해 고분자에 대한 **국제 인증 기준(예: EN13432, ASTM D6400)**이 강화되면서, 글로벌 유통망에서도 생분해성 제품의 신뢰도가 높아지고 있다.
마지막으로, 탄소중립(Net Zero) 전략의 일환으로 생분해성 고분자가 자동차 내장재, 전자제품 패키징 등 고부가가치 분야로까지 확장되며 산업 전환의 핵심 소재로 자리 잡고 있다.
2025년 현재, 생분해성 고분자는 단순한 친환경 대체제가 아닌, 미래형 소재산업의 중심 기술로 진화 중이다.