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플라스틱은 금속, 세라믹과 함께 우리의 삶에서 매우 광범위하게 사용되는 소재이다. 무게가 가볍고 쉽게 모양을 바꿀 수 있어 효율적으로 대량의 부품을 제조할 수 있기 때문에 생활용품뿐 아니라 전기전자, 수송기기, 우주항공, 3D 프린팅 등 첨단산업에 광범위하게 사용된다. 플라스틱은 연속적으로 사용 가능한 온도를 기준으로 일반 범용 플라스틱, 엔지니어링 플라스틱, 슈퍼엔지니어링 플라스틱으로 분류된다. 연속사용온도 기준으로 100℃ 이하인 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌 (polypropylene, PP) 등은 범용플라스틱에 속한다. 폴리카보네이트 (polycarbonate, PC) 등 연속사용온도가 100~150℃인 소재는 엔지니어링 플라스틱, 150℃ 이상은 슈퍼엔지니어링 플라스틱으로 분류한다. 범용 및 엔지니어링 플라스틱은 대체로 생활용품에 사용되기 때문에 대량투자, 대량생산, 대량 소비되는 산업구조를 가지고 있다. 이에 비해 몇몇 특수 용도의 엔지니어링 플라스틱 및 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 우주항공 등 용도가 한정되어 소량 다품종으로 생산되며 상대적으로 가격이 높다.

세계 엔지니어링 및 슈퍼 엔지니어링 플라스틱 소재 시장은 2014년 기준 총 886만톤(44조원)에서 향후 연평균 3.5%로 성장하여 2020년에는 1,080만톤(53조원)에 달할 것으로 전망된다. 전체 시장에서 폴리카보네이트, 폴리아미드 (polyamide, PA), 폴리옥시메틸렌 (polyoxymethylene, POM) 등 범용 엔지니어링 플라스틱이 93.5%를 차지하며 나머지 6.5% 내외가 슈퍼엔지니어링 플라스틱이다. 즉 현재까지는 엔지니어링 플라스틱은 대부분 일반적인 범용 엔지니어링 플라스틱으로 사용되며 특수한 용도의 슈퍼엔지니어링 플라스틱의 활용은 매우 제한적이다. 산업의 성장률 측면에서는 범용 엔지니어링 플라스틱의 연평균 성장률은 3.5%, 슈퍼 엔지니어링 플라스틱은 4.1%로 예상된다.

한국은 2013년 화학 생산액이 약 1,770억달러로 일본, 독일 등 선진국에 버금가는 세계 5위의 생산규모를 가진 화학산업 강국이다. 70년대부터 시작된 중화학공업 육성정책에 따라 원유에서 에틸렌 등 기초 화합물을 생산하는 석유화학 업스트림 산업과 이를 적용하여 제품을 만드는 다운스트림 산업이 체계적으로 발달되어 있다. 전체 석유화학 산업에서 플라스틱 산업의 비중은 출하액 기준 약 17%로 추정된다. 출하액의 절대량은 앞서 언급한 대로 범용 플라스틱이나, 1990년대에는 나일론과 PET (폴리에틸렌테레프탈레이트, polyethyleneterephthalate), 2000년대에는 폴리카보네이트 및 폴리이미드 필름의 사용이 늘어나며 엔지니어링 플라스틱의 비중이 점차 늘어나고 있는 추세다. 최근 전기전자산업의 발달로 웨어러블 기기의 사용이 늘어나고 친환경 미래형 자동차 시대가 도래하며 보다 물성(property)이 우수하며 가볍고, 친환경적인 소재에 대한 요구가 증대하고 있다. 이것이 엔지니어링 플라스틱을 여러 선진국에서 향후 새로운 성장동력으로 삼고 있는 이유이다. 엔지니어링 플라스틱의 성장을 이끄는 주요 요인은 다음과 같다.

1. 경량화


전세계적인 온실가스 감축과 각국의 연비규제 움직임으로 인해 보다 가벼운 자동차의 개발이 가속화되고 있다. 1.5톤 승용차의 무게를 10% 줄이면 연비가 3.8% 향상되고 이산화탄소 배기가스는 4.5% 감소하며 차체의 내구수명은 1.7배 증가하는 것으로 알려져 있다. 한국을 비롯하여 미국, EU 등은 강력한 연비규제를 이미 예고하였다. 이에 따라 각국의 자동차 제조업체들은 차량에 적용되는 소재의 경량화에 막대한 연구자금을 쏟아 붓고 있다. 여기에서 엔지니어링 플라스틱의 존재가치가 급부상한다. 슈퍼엔지니어링 플라스틱은 금속소재를 대체할 수 있을 정도의 강도와 내열성을 가진다. 또한 무게가 금속소재의 절반 이하여서 자동차 경량화에 필수적으로 사용되어야 하는 소재이기도 하다.

2. 친환경화

석유화학의 산물인 플라스틱은 실질적인 유해성 여부에 관계없이 친환경적이지 않다는 이미지를 갖고 있다. 따라서 엔지니어링 플라스틱이 시장에서 지속적으로 사용되게 하려면 친환경화가 필수적이다. 친환경화는 크게 세가지로 나눌 수 있다. 첫째는 소재제조 공정에서 발생하는 휘발성 유기 화합물(volatile organic compounds, VOC) 등 유해물질을 줄이는 친환경 공정, 둘째는 바이오매스 등 친환경 원료로 제조되는 바이오 플라스틱의 활용, 마지막으로 자연적인 작용에 의해 분해되는 생분해성 플라스틱(bio degradable plastics)의 사용이다. 보다 환경 친화적인 엔지니어링 플라스틱소재는 생활용품, 수송기기, 전기전자 산업 등 소비자와 밀접한 산업군에 바로 적용될 수 있을 것으로 보인다.

3. 기능화

만약 플라스틱이 자체적으로 열을 내거나 금속과 같은 광택을 낼 수 있다면 어떨까? 엔지니어링 플라스틱의 기능화는 적용되는 완제품의 고부가가치화와 밀접한 관련이 있다. 휴대폰과 같은 웨어러블기기는 특히 고기능화가 중요하다. 한국은 웨어러블 기기의 강국이므로, 엔지니어링 플라스틱의 고기능화는 관련 산업발전에 많은 영향을 끼칠 것으로 예상된다. 이처럼 향후 엔지니어링 플라스틱은 경량화, 친환경화, 기능화 되면서 국내뿐 아니라 세계시장에서도 꾸준하게 성장할 것으로 예상된다.

■ 향후 전망

1. 연구 및 투자

엔지니어링 플라스틱 소재를 지속적으로 개발하는 것은 기술적인 면에서 매우 중요하다. 이를 위해서는 긴밀한 산학연 협력이 선행되어야 한다. 대학에서는 기반 기술을 개발하고, 이와 더불어 엔지니어링 플라스틱에 특화된 인재양성을 병행해야 한다. 국공립연구소에서는 이를 바탕으로 소재의 물성 최적화 및 융복합기술을 개발하고, 기업에서는 사업성 및 경제성 분석을 통하여 세계시장에 적용할 수 있는 상용화 및 생산기술을 개발할 필요가 있다. 이렇게 개발된 기술은 여러모로 활용 가능하다. 앞서 언급하였듯이 우리나라의 엔지니어링 플라스틱 산업의 기반은 상대적으로 취약하다. 그러나 해외 자본의 적극적인 투자를 돌파구로 삼을 수 있다. 해외 자본을 유치하기 위해서는 입지와 인력이라는 두 가지 요건이 중요하다. 입지는 부지 접근성, 세제 혜택 등 하드웨어적인 측면이다. 반면 인력은 생산시설을 보다 효율적으로 운영하는 소프트웨어적인 성격이 강하다. 비록 국내 자본으로 생산하지 않더라도 해외투자를 활성화하려면 먼저 기본 기술과 인력을 확보해야 한다. 이미 일본의 도레이와 독일의 BASF 등은 직접 투자를 통해 국내에 PPS 및 PES 공장을 설립하여 해외 투자유치의 좋은 사례가 되었다.

2. 무역환경 변화

한국은 2015년 12월 중국과의 FTA를 정식 발효하였다. 소재산업측면에서는 한국의 개방 폭이 중국에 비해 상대적으로 크다. 중국에는 이미 다수의 해외 선진 글로벌 화학회사가 진출해 있어, 중국 내 글로벌 기업 생산품에 의해 국내 시장이 잠식될 수 있다는 우려가 있다. 그러나 아직도 많은 해외 기업들이 중국 진출을 희망하면서도 인력관리, 금융불안, 소득격차 등의 애로사항 때문에 투자를 망설이고 있다. 따라서 한국이 인력, 기술력, 국가브랜드 측면에서 중국보다 강점을 가지고 있다는 점을 적극적으로 활용하여 한중 FTA가 외국인 직접투자 유치에 긍정적인 효과를 내도록 유도해야 한다. 한국에 진출한 글로벌 소재기업은 국내 엔지니어링 플라스틱 분야를 활용하여 중국 시장에 진입할 수 있다. 즉 한국이 중국 시장 진출의 교두보가 되는 것이다. 일본의 도레이가 군산에 직접 투자한 PPS공장이 좋은 예이다. 미국 오바마 정부에서 적극적으로 추진되었던 환태평양경제동반자협정(TPP)은 트럼프 대통령이 취임 이후 탈퇴 선언을 하며 향후 전망이 불확실해졌다. TPP는 태평양 연안국가와의 FTA이지만 한국에 있어서는 실질적으로 일본과의 FTA이다. 엔지니어링 플라스틱 소재 측면에서 TPP의 불확실성은 호재다. 일본은 전자재료 등에 사용되는 플라스틱소재 강국이다. 일본과의 협상에서 국내 고부가가치 엔지니어링 플라스틱 산업을 지켜내기 매우 어렵다. 따라서 국내에서는 시간의 여유를 기회로 삼아 보다 적극적인 기술개발을 통하여 향후 일본과의 FTA를 대비할 필요가 있다.

3. 산업패러다임의 변화

4차산업혁명이 이슈다. 빅데이터, 공유경제, 자율주행자동차, 사물인터넷, 3D 프린팅 등의 키워드로 대표되는 4차 산업혁명은 이미 시작되었다. 기존의 산업구조가 허물어지고 새로운 산업이 등장할 태세다. 4차 산업혁명은 소프트웨어적인 측면이 강하지만 하드웨어로서 소재의 역할 또한 증대된다. 예를 들어 자율주행 자동차의 이슈 중 하나는 경량화이다. 사물인터넷에는 특수 플라스틱이 적용된 센서가 필요하다. 새로운 제품을 스마트하게 생산하는 3D 프린팅 분야에서도 엔지니어링 플라스틱 소재의 중요성이 강조될 것은 분명하다. 새로운 산업이 등장하는 이 시기에는 스타트업 기업에게도 많은 기회가 열린다. 슈퍼엔지니어링 플라스틱은 앞서 언급하였듯이 소량 다품종을 기반으로 한다. 이미 4차 산업혁명의 구조에 최적화되어 있는 분야이다. 대규모 부지나 막대한 투자 없이도 기술을 기반으로 소규모로 사업을 시작할 수 있다는 장점이 있다. 또한 스타트업 회사가 성장하면 기술 투자 형식의 해외 직접 투자나 M&A를 통한 해외 기업들의 국내 진출이 활발해 질 수 있다. 기업 및 정부에서는 4차 산업혁명에서 플라스틱소재의 중요성을 인식하고 적극적인 연구개발에 나서야 한다.

■ 결론

한국의 엔지니어링 플라스틱의 기술개발 및 생산의 역사는 선진국과 비교하면 아직 갈 길이 멀다. 그러나 엔지니어링 플라스틱이 경량화, 친환경화, 기능화에 대한 요구로 지속적으로 성장할 것으로 전망되는 만큼, 한국은 개발된 기술과 숙련된 인력을 바탕으로 적극적으로 해외 투자를 유치할 필요가 있다. 물론 FTA, TPP 등 무역환경의 변화와 4차 산업혁명 등 산업패러다임의 변화가 닥쳐오고 있지만, 적극적인 기술개발 협업과 스타트업 회사설립 등을 통해 강점을 살리면 엔지니어링 플라스틱 분야는 주력산업인 자동차, 전기전자 산업과 더불어 지속적인 성장이 기대된다.

By 김용석 박사
한국화학연구원 책임연구원 / yongskim@krict.re.kr