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[이슈분석 202호] 바이오화학산업・정책 동향 및 시사점
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핵심R&D분야
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생성기관명
한국화학연구원
등록일
2021-11-12
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2021-11-12
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202

1. 바이오화학산업 개념 및 의의


□ 석유화학 중심의 화학산업 패러다임 변화를 위해서는 석유자원의 대체가 필요하며 이는 바이오화학을 통해서 달성 가능


º 기존 화학산업의 공정 및 탄소집약도가 낮은 화석원료 사용과 같은 점진적 감축전략과 함께, 원료대체(Alternative Feedstock) 등의 혁신적인 감축 필요


º 일찍이 업계 내에서는 화학산업의 지속가능성에 대한 논의가 활발히 이루어져 왔으며, 그 대안으로 제시된 것이 바이오화학


기존 탄소인 석유화학 원료를 탄소 기반 바이오화학 원료로 대체하여 온실가스 발생저감 및 친환경 산업으로의 전환 도모

 

º 세계 각국의 탄소중립 선언이 이어지는 가운데 바이오화학산업은 현재 당면한 환경오염과 기후변화, 자원고갈 문제에 대응하면서 우리 경제의 지속 가능한 발전을 

동시에 가능케 하는 산업인 관계로 그 중요성은 그 어느 때보다 높음


□ 바이오화학산업은 재생 가능한 생물자원인 바이오매스를 원료로 사용하여 산업적 목적의 최종 및 중간제품을 생산 및 응용하는 바이오산업을 총칭하는 개념


º 바이오기술이 적용된 분야 중 하나로서, 화이트바이오, 산업바이오 등으로 지칭


바이오기술생물체가 가지는 기능(유전번식성장자기제어 및 물질대사 등)과 정보를 활용하여 인류에게 필요한 물질과 서비스를 가공생산하는 기술을 의미


바이오기술은 응용 분야에 따라 레드(Red), 그린(Green), 화이트(White) 바이오로 분류, 적용 범위가 넓어지면서 레드바이오(보건의료)그린바이오(농업)화이트바이오(산업)’로 

확대



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º 바이오화학은 자원 관점으로는 화석연료에서 바이오매스로 대체를, 공정 관점으로는 바이오 리파이너리(Bio-refinery)로의 전환을, 최종 산출물 관점에서는 새로운 특성을 

지닌 제품군과 서비스 창출을 의미


생물체로부터의 분리정제기술 혹은 생명공학기술을 연구개발 또는 생산 과정에 이용하여 화합물을 제조 및 수입, 연구개발하거나 에너지를 획득하는 산업

[의약적 이용이 주가 되는 제품은 제외(국가기술표준원, 바이오산업 분류코드, 2016)


지구온난화, 자원고갈 등 환경변화에 대응하여 생물자원 및 생물공학기술을 활용해 에너지와 소재 등을 생산하고 관련 산업과 서비스를 창출하는 바이오 분야

(관계부처합동3차 생명공학육성기본계획(’17~’25), 2017)



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□ 바이오화학산업에 대한 범위는 기관별로 다양하며, 본 분석에서는 바이오화학산업에 대한 기존 범위를 토대로 포괄적인 동향을 살펴보았음


º 2016년 발표된 바이오산업 분류체계(국가기술표준원)에 따르면, 바이오산업 내 바이오화학에너지산업으로 분류하여 범위를 규정



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º 2017년 발표된 3차 생명공학육성기본계획에 따르면 소재 개발 및 생산, 분리정제 등 기반 기술뿐만 아니라 바이오매스 확보와 생물자원 발굴, 생태계 회복복원 등을 

포함



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º 2020년 「바이오산업 혁신 정책방향 및 핵심과제」에 따르면 바이오연료, 바이오리파이너리, 바이오플라스틱으로 구분



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□ 국가적 과제인 탄소중립을 달성하기 위해서는 석유에 기반한 기존 화학산업 패러다임 변화가 필요


º 기존 화학산업(석유화학, 정밀화학, 고무플라스틱)은 석유에 기반


석유는 단위당 열량이 뛰어나고 간편하게 취급할 수 있는 등 여러 장점으로 오랫동안 화학산업의 핵심 원료 역할


하지만, 석유는 정제 과정에서 다량의 이산화탄소가 발생하며, 석유화학 제품은 분해가 어려워 사용 후 폐기하는 과정에서도 다량의 온실가스가 발생하는 단점이 있음


º 화학산업은 철강산업과 더불어 산업의 쌀이라 불리며 이전 삶과는 차원이 다른 물질적 풍요와 안녕을 가져다준 동시에 대표적인 굴뚝산업이라는 인식이 만연하여 오랜 기간 환경오염의 주범으로 지목


세계 각국은 온실가스 감축을 넘어 탄소중립을 위한 정책을 추진 중이며, 우리나라도 2050년 탄소중립 실현을 목표로 제시하고 법제화* 추진

* 세계 14번째로 2050 탄소중립 이행을 법제화하기 위한 탄소중립녹색성장 기본법 국회 통과(’21.8.31)


하지만, 온실가스 배출량은 2018년까지 지속적으로 증가*하였으며, 석유에 기반한 국내 화학산업 온실가스 배출량은 46백만 톤CO2eq(’18)으로 철강에 이어 제조업 2위인 

온실가스 다배출 산업**

* 2018년 온실가스 총배출량은 727.6백만 톤CO2eq.이며, 1990년도 대비 149.0%, 2017년 대비 2.5% 증가하였고, 선진국 대비 높은 석탄발전 비중과 에너지 집약적 산업구조에 기인

** 화학산업은 기초유분(에틸렌, 프로필렌, 벤젠, 자일렌, 톨루엔, 부타디엔 등)의 생산량이 지속적으로 증가하고 있으며 이를 석유에 의존하기 때문에 2018년도 온실가스 배출량은 

1990년 대비 273.9%, 2017년 대비 13.1% 증가한 46백만 톤CO2eq을 기록


º 점차 강화되는 온실가스 감축 및 환경규제에 대응하기 위해 친환경 자원을 이용하는 화학산업으로 전환이 필요



2. 바이오화학산업 시장 동향


□ 글로벌 바이오화학산업에 대한 개념과 범위가 상이*하여 시장규모가 달리 산정되고 있으나 매년 10% 이상의 고성장이 전망되는 분야

조사기관에 따라 의약 및 농업식품 바이오 분야를 포함

 

º 시장규모는 좁게는 95억 달러에서 넓게는 6,417억 달러로 측정하고 있으며, 연평균 성장률은 8.9%에서 15.1%로 추정



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º 바이오화학 분야 선도국인 EU의 바이오기반 화학제품 카테고리별 총 생산과 바이오기반 제품 생산은 다음과 같음



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국내 바이오화학산업 생산 규모는 201715,944억 원에서 연평균 7.9% 증가하여 2019년에 18,551억 원 기록


º 내수 규모201714,810억 원에서 2019년에 17,340억 원 기록(CAGR 8.2%)


바이오화학산업에서 바이오연료 분야 생산 규모는 11,659억 원으로 전체 62% 차지


바이오 농약 및 비료 분야는 연간 119% 성장하여, 바이오화학산업에서 가장 가파른 성장세 기록


º 수출 규모20171,134억 원에서 2019년에 1,210억 원 기록(CAGR 3.3%)



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3. 바이오화학산업 해외정책 동향


□ 미국은 바이오매스 연구개발법에 따라 범부처 R&D 협력체계를 구축하고, 미국 농무부(USDA)를 중심으로 바이오화학 분야 지원 확대


º 미국은 2000바이오매스 연구개발법(Biomass R&D Act)을 시작으로 범부처 차원의 위원회인 바이오매스 연구개발 이사회(Biomass R&D Board)* 구성하고

부처 간 실무그룹을 구성하여 바이오매스 활성화를 위한 협업 진행

에너지부(DOE), 농무부(USDA), 교통부(DOT), 내무부(DOI), 국방부(DoD), 환경부(EPA), 국립과학재단(NSF), 과학기술정책실(OSTP) 8개 부처가 참여


º 2012국가 바이오경제 청사진(National Bioeconomy Blueprint)을 통해 연방 차원의 전략목표와 세부적인 실행과제를 제시


고령화, 건강, 에너지, 환경, 제조공정, 농업 등 경제사회 각 방면에서 생명과학을 통한 혁신 방안을 제시

 

º 바이오연료와 바이오기반 제품생산에 대한 지원금, 투자, 세금 보조 등 지원법령들을 지속적으로 제정하여 지원



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º 미국 정부는 바이오 자원의 사용을 늘리고 바이오기반 제품 개발 및 구매를 촉진하여 2030년까지 석유 소비량의 30%를 바이오화학 제품으로 대체하는 것을 목표로 제시

 

□ EU는 중장기 프레임워크 프로그램*을 통한 민관 합작투자형 대규모 R&D 지원

*프레임워크 프로그램(Framework Program, FP)범유럽 차원의 대규모 R&D 프로그램으로 중장기 계획을 수립하고, 그에 수반한 공동연구, 재정 지원 등을 지원


º 호라이즌 2020유럽 2020에 연계하여 추진된 EU8번째 프레임워크 프로그램으로, 2020년까지 770억 유로의 예산 지원 및 광범위한 기관의 참여를 통한 성과 

창출을 목표로 함


유럽 20202010년부터 유럽의 향후 10년을 위한 미래 전략으로, 스마트 성장지속가능한 성장포용적 성장을 우선순위로 선언하고 이를 달성하기 위한 바이오경제의 

중요성과 다양한 자원의 활용이 필요함을 제시



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º 「호라이즌 2020산하에 민관이 합작으로 투자하여 바이오기반 산업연합*을 설치하고 가치사슬 전반에 걸친 전주기 지원

*Bio-Based Industries Joint Undertaking; BBI JU


총사업비 37억 유로(EU 10, 민간 27억 유로)으로 바이오매스 공급, 바이오 리파이너리 기술개발, 시장, 제품 및 정책 활성화 추진



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º 또한, 플라스틱 빨대 및 식기 유통금지, 국가별 감축목표 수립 등 플라스틱 제품 사용 규제안 채택(’18.10) 및 바이오플라스틱 관련 R&D 지원 활발


호라이즌 2020사업에서 생분해성 플라스틱 기술개발 과제 급증


중국은 국가정책에 바이오화학을 반영하여 대규모 연구비, 인프라, 인력 투자를 전략적으로 지원


º 2011년부터 2015년까지 진행되는 중국 125개년 계획, 바이오화학산업(제조분야) 발전을 위한 로드맵 수립



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º 2021년부터 2025년까지 진행되는 중국 145개년 계획을 통해 바이오화학을 중국 차세대 경제성장 동력산업으로 집중 육성



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최근, 농업용 비닐, 일회용 식기 부문을 생분해성 플라스틱으로 대체하기 위해 농업용 비닐 관리 방법(농업부, 20), 플라스틱제품 관련 금지 세분화 기준(범부처, ’20) 등을 발표



4. 바이오화학산업 국내정책 동향


□ 우리나라는 바이오화학을 바이오산업의 미래기술로써 인식하고 법령 및 정책 등을 통한 초기수요 창출 및 신성장동력 확보에 노력 중


º 2012년 발표된 바이오화학 육성전략을 통해 고유가 및 선진국과의 기술격차 극복과 바이오경제 시대에 대응하기 위한 바이오화학산업 지원정책 수립


본격적으로 바이오화학산업을 육성, 지원하고자 하는 정책의 시작으로 산업화 기반구축을 주요 목표로 설정



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º , 바이오경제를 주도하는 글로벌 바이오강국 실현을 목표로 20173차 생명공학육성기본계획제시



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º 2019년 범부처 차원의 바이오산업 혁신 TF 구성 및 바이오산업 혁신 정책방향 및 핵심과제를 발표하여 바이오화학으로 정책분야 확대


기존 레드바이오 위주에서 자원환경 등 글로벌 난제의 대안으로 급속한 성장이 예상되는 그린화이트 바이오 분야까지 정책분야 확대


바이오산업의 특성과 현황을 감안하여 성장잠재력을 폭발시킬 수 있는 5대 추진전략을 마련하고 혁신 파급력이 큰 10대 핵심과제를 선정



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º 2020바이오산업 혁신 정책방향 및 핵심과제와 연계한 10가지 세부 추진과제(Action Plan)를 발표


바이오화학산업과 직접적으로 관련된 화이트바이오산업 활성화 전략포함


º 2020화이트바이오산업 활성화 전략을 통해 초기수요 창출을 위한 제품 보급확산 제도를 구축, 산업생태계 활성화를 위한 지원 강화


화이트바이오산업 활성화 전략을 통해 바이오플라스틱 확대, 화이트바이오 고부가가치 제품 중심 밸류체인 강화, 산업생태계 활성화 기반구축을 토대로 관련 산업을 

체계적으로 육성


시제품 개발을 통한 실증사업 및 바이오플라스틱 인증제 운영 등 바이오화학 분야의 소비촉진을 위한 구체적인 지원정책이 포함



5. 결론 및 정책제언


□ 바이오화학산업은 과거의 선언적 개념에서 머무르지 않고, 석유화학을 대체하는 패러다임 시프트형 산업으로 필요가 아닌 해야만 하는 분야가 될 것

 

º 기존에는 단순 탄소저감을 목표로 하였으나, 현재는 한국을 비롯한 주요국이 탄소중립이라는 도전적이고 정량적인 목표를 설정*

주요국 탄소중립 달성 목표한국EU미국(’50), 중국(’60)


º 이를 위해 주요국은 기존 온실가스 감축전략과 함께 바이오화학 등의 육성을 통해 순환경제를 정착하고 에너지 및 자원 효율향상을 꾀하고자 함


또한, 탄소국경세* 등 탄소 다배출 규제가 강화됨에 따라 글로벌 기업을 중심으로 ESG** 경영, RE100*** 등을 도입 중

탄소국경세 : 탄소 배출을 많이 하는 국가의 제품에 대해 관세를 부과하는 제도로서 온실가스 배출량이 많은 국가에서 배출량이 적은 국가로 상품서비스가 수출될 때 적용되는 

무역관세 중 하나

** ESG환경(Environmental), 사회책임(Social), 기업지배(Governance)의 약자로 기업을 대상으로 사회윤리적 책임과 지속가능성을 평가하는 핵심지표

*** RE1002014년 영국의 비영리단체인 기후그룹(The Climate Group)과 탄소공개프로젝트(Carbon Disclosure Project)가 처음 제시한 사업으로, 재생에너지로 생산 전력만 100% 사용해 

제품서비스를 제공하는 개념


향후에도 강화되는 탄소규제 대응하고자 바이오산업에 대한 시장요구가 바이오화학 제품(플라스틱, 포장재 등)에서 바이오 에너지 부문으로, 수요기업의 범위가 

기존 일용소비재기업 중심에서 IT서비스 분야를 포괄하는 형태로 확대될 전망


□ 바이오화학 기술은 아직 경제성이 낮아 개별기업에서 개발하는 데 한계가 있어, 기업 차원에서는 바이오 및 화학기업과의 전략적 제휴를 검토하고 정부 차원에서는 

초기시장 정착을 위한 정책적 지원 필요


º 국내 기업들도 바이오화학에 대한 중요성을 인식하고 바이오플라스틱 등 관련 분야 투자 및 상용화 기술확보에 노력하고 있으나, 바이오플라스틱은 현재 석유계플라스틱에 비해 경제성이 낮아 사업화가 어려운 문제가 있음


º 글로벌 화학기업은 바이오기업과의 합작투자 및 공동연구, M&A 등을 통해 바이오화학산업 발전을 주도하고 있으며 정부도 민관 합작투자(BBI JU, EU)를 통해 R&D 수행 중


최근 IT 기술 발전으로 기술개발 주기 단축과 이종산업 간 융복합이 가속화되는 추세에 따라 기업 간 협력에 기반한 개방형 혁신전략(Open Innovaion)은 더욱 확대될 전망



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º 또, 주요국 정부는 초기 수요창출 노력이 필요한 분야임을 인식하고 정책지원 중


증세방지법, 바이오연료 세금 확장 정책, 바이오우선 프로그램(미국), 플라스틱 사용 규제(EU), 농업용 비닐 관리 방법, 플라스틱제품 관련 금지 세분화기준 발표(중국)


이에, 목적과 수요를 중심으로 기업 간 협력강화*와 함께 사용촉진을 위한 시장창출, 인증 및 소재기술 개발 등 바이오화학 초기도입의 정책적 지원**이 필요

바이오기업과 석유화학기업 간 네트워크 형성을 위한 민-관 협의체인 화이트바이오 연대협력 협의체(’21.04)의 지속적 운영을 통한 이종 산업간 개방형 협력 기반 구축

** 바이오매스 등 석유대체 화학 원료로 만든 제품에 대한 인증, 사용 촉진제도(우선 구매 및 의무사용량 지정 등) 도입과 차세대 바이오화학 기술 및 제품 관련 투자세액 공제 등 

세제 혜택 도입


º 중장기적으로는 바이오화학 분야 원천기술 개발과 첨단 IT 기술융합 등 탄소중립 달성을 위한 탄소 산업생태계의 파괴적 혁신이 필요


우리나라는 경제규모 및 산업구조상 중국과 같이 바이오화학 분야 대규모 범용 인프라를 구축하기보다는 원천기술 개발 등 고부가가치 분야를 집중해야 함


주요 선진국 바이오 벤처기업을 중심으로 AI 및 빅데이터, 로보틱스 등 첨단 IT 기술을 활용한 화학 소재 개발 사례가 있음



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국내에서도 다양한 화학물질에 대한 효율적인 미생물 세포공장 구축이 가능한 시스템 수준의 최적화된 산업 균주개발을 위한 총체적인 원천기술 개발 중



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하지만, 2018년 기준 바이오화학 분야 중소벤처기업의 분야별 매출액 대비 연구개발비 비중은 전체 평균보다 낮은 6.5%를 기록하는 등 기업 중심의 바이오화학 R&D는 

부족한 편 (생명공학정책연구센터, 국내 바이오 중소벤처기업 현황 통계, 2021)


이에, 이종 산업간 기술융합, 전주기 바이오 리파이너리 기술 개발* 등 장기적 관점에서 바이오화학 분야를 선도할 수 있는 정책지원 확대 필요

원료-전환-제품화등 저가 바이오매스 원료로부터 소재 및 최종제품까지의 생산을 목표로 국내 확보가능 바이오매스 자원, 기술성숙도, 산업구조 등을 종합적으로 고려한 

기술로드맵 수립, 바이오화학 소재 다각화 및 고부가가치화 추진



※ 작성자 : 한국화학연구원 정책연구실 실장 최호철(hchoe@krict.re.kr), 화학정보팀 팀장 김용진(koine@krict.re.kr), 정주미 연구원(obersee@krict.re.kr)