전 세계 분리막 시장을 선도하고 있는 다국적 기업들이 PTFE 막 개발에 박차를 가하고 있다. 이러한 움직임을 봤을 때 단기간 내에 경쟁력 있는 PTFE 막을 생산해 시장에 진입할 수 있다면 예상외의 커다란 반향을 가져올 수 있을 것이다.

또한 환경부에서 전략적으로 시행하는 에코이노베이션 사업(에코스마트 사업)에서도 대기업들은 지속적인 PTFE 막 개발에 열을 올리고 있다.

그러나 현재 PTFE 막은 국내에서 생산한 경험이 전혀 없으며 심지어 PTFE 막 제조 경험 전문가 또한 전무한 상태로 국내 개발에 대한 필요성이 절실한 상황이다.

이에 (주)유진엔바이텍(대표이사 김용창)은 ‘PTFE(Poly Tetra Fluoro Ethylene)를 활용한 MBR 미세여과 침지형 막(이하 PTFE 막)’을 순수 국내 독자기술로 개발하는 데 성공해 분리막 시장의 선두주자로 주목받고 있다.

실증 완료 이제는 상용화 단계

1998년 진우환경기술연구소로 설립된 MBR(Membrane Bio Reactor) 수처리 전문 업체 (주)유진엔바이텍은 한국과학기술연구원(KIST)과 공동으로 하·폐수 분야의 ‘침지식 평막을 이용한 하·폐수 고도처리’(환경부 신기술 검증 제80호, 신기술 인증 제136호, SAM공법) 공법을 개발했다.

이 공법은 전남 광영하수(7,500톤/일), 파주 통일동산 하수(6,000톤/일), 울진 후포하수(4,000톤/일), 울진 죽변하수(3,000톤/일) 등 공공하수처리 시장에 활발히 적용돼 시운전을 완료하고 가동 중에 있다.

그리고 정수 분야의 ‘간이 급속 정수시스템’(환경부 신기술 인증 제189호)을 적용한 이동형 정수 시스템을 개발해 수질 및 수량이 부족한 중국, 동남아 등 해외 판로 개척을 위한 상담을 활발히 진행하고 있다.

이에 (주)유진엔바이텍의 김용창 대표는 일찍이 MBR 공정에 필요한 막의 중요성을 절감하고 2008년부터 PTFE 국산 막 개발을 시작해 자체적으로 기술을 개발함은 물론, 1년 동안의 실증기간을 거쳐 현재 상용화를 위해 막 인증과 공정 인증을 신청해 놓은 상태로 오직 막 기술 개발에만 총력을 다해왔다.

국내 기업이 PTFE 막 제조 기술을 자체적으로 개발했다는 것은 유진엔바이텍의 개발 능력이 검증된 것 외에도 국가적으로 큰 의의가 있다.

이렇듯 유진엔바이텍이 독보적인 기술을 개발할 수 있었던 가장 큰 이유는 설립 이후 약 15년간 MBR 막에 대한 연구를 통해 국민에게 좀 더 좋은 물을 제공하고, 국내 기술로 세계 시장을 선도하고자 하는 김 대표와 직원들의 굳센 의지가 있었기 때문이다.

‘PVDF’막에서 ‘PTFE’막으로의 전환

우리나라는 아직까지 지방자치단체를 포함한 관공서의 분리막 정수시설 실적이 많은 편은 아니다.

그러나 맑은 물 공급에 대한 요구 증가를 감안했을 때 2009년부터 지자체를 포함한 고도정수개선사업의 일환으로 분리막여과 정수장의 신·증설이 급격하게 증가할 것으로 예상된다.

또 환경부 발주분의 경우 2009년 4개의 정수장처럼 국내산 분리막의 적용이 불가피할 것으로 보인다. 국내 정수 분야의 분리막 시장을 보면 작년 9월 말 기준으로 영등포 정수장시범사업, 의령우곡정수장, 진도동 외 정수장 등을 포함한 10개 정수장에서 사용되고 있는 분리막의 제조사가 모두 일본을 비롯한 외국제품인 것을 알 수 있다.

기존의 PVDF(Poly Vinylidene Di Fluoride) 분리막이 출시됐을 당시에는 시장의 요구에 부합하는 듯 보였으나 10년 이상 지난 현재에 와서는 시장의 새로운 요구를 충족시키기에 역부족인 것으로 보이며, 사용처 또한 제한적이라는 문제가 나타났다.

이에 PVDF 분리막을 능가하는 새로운 PTFE 막의 등장은 분리막 시장의 새로운 신소재라는 점에서 시장의 기대를 충족시키기에 충분했다.

PTFE는 PVDF보다 뛰어난 내약품성을 갖고 있으며 최대 여과 수온이 200℃로 내열성 역시 탁월하다. 또한 최대 85%의 공극률을 통해 높은 투과수량을 확보할 수 있고 내구성이 좋아서 오랜 수명을 유지할 수 있다는 장점이 있다.

이를 통해 기존의 PVDF 분리막이 갖고 있던 분리막 적용 시장의 한계를 극복하고 높은 성능과 경제성을 동시에 확보해 다양한 분야로의 유기 분리막 적용 활로를 여는 시발점으로 작용할 것으로 보인다. 또한 표면에 약 0.1μm 크기의 수많은 미세 구멍이 있어 강도 및 화학적 저항 측면에서 PVDF나 각종 합성수지를 능가한다.

이 외에 막 표면 청소뿐만 아니라 지속적이고 안정적인 작동이 용이하기 때문에 현존하는 최고의 유기 분리막이라는 평가를 받고 있다. 이러한 PTFE 막은 2015년부터 판매량의 50% 이상을 선점할 것으로 예상된다.

세정주기 ↑ 부지면적 ↓ 경제성 확보

PTFE 막이나 PVDF 막의 ‘P’는 폴리(poly)를 의미하는데 폴리는 곧 나일론이다. 즉 나일론을 마이크로 단위로 천을 짜듯이 만든 것이다. 이러한 기술은 이미 일본의 업체에서 특허를 받아 현재는 특허기한이 만료 됐다. 이에 국내에서도 PTFE 막을 개발하기 위해 연구에 돌입했으나 기술력 등의 이유로 개발이 늦춰지고 있는 상태다.

특히 나일론 자체는 물하고 섞이지 않으려는 성격이 강해서 친수코팅이 얼마나 잘돼 있느냐가 관건이다. 따라서 기존의 막은 친수성을 높이기 위해 막 표면에 친수성분이 들어있는 약품으로 처리를 했었다.

그러나 유진엔바이텍에서 개발한 PTFE 막은 막의 생명과도 같은 친수코팅을 위해 약품을 분사하는 방법이 아닌 열융착 방법을 사용했다. 그래서 막을 확대했을 때 아래에 보이는 그림과 같이 구멍이 나있고 투과용량이 많은 것을 확인할 수 있다.

투과용량이 많다는 것은 그만큼 막의 공극이 많고 여러 개의 구멍이 규칙적으로 배열돼있다는 것을 의미한다.

또한 투과용량이 많아서 막이 차지하는 부지 면적이 줄어들고 그만큼 세정주기도 길어지므로 유지관리비가 적게 든다는 의미이기도 하다. 기존의 평막 같은 경우 중공사 막에 비해 세정 주기가 길고 방법 또한 In-Line 세정이라 간편했지만 3~4개월에 한번씩, 1년에 3~4번 정도 세정을 해야 하는 번거로움이 있었던 반면 PTFE는 1년에 한번만 세정하면 된다.

사실 세정해야 하는 단위가 적다면 세정주기는 크게 중요하지 않다. 그러나 10만 톤 단위 이상으로 넘어가면 이야기는 달라진다.

특히 앞으로 공사가 필요한 사업장의 단위는 동탄 신도시가 12만 2,000톤, 부산개발공사가 34만 톤, 안양 박달동이 25만 톤 등으로 대부분이 10만 톤 이상이다.

이와 같은 양을 세정하는 것만 해도 많은 인력과 비용이 필요한데 PTFE 막은 그럴 필요가 없기 때문에 더욱 경제성이 높다. 아울러, 일반적으로 PTFE 분리막은 접착 혹은 유착이 어려운 것으로 알려져 있다.

왜냐하면 분리막 자체의 성질상 다른 재질과의 접착성이 용이하지 않기 때문이다. 이 때문에 국내 연구소나 기업들도 PTFE 분리막 개발에 많은 실패와 어려움을 겪고 있는 현실이다.

따라서 본 모듈 개발 시 이점을 염두에 두고 분리막의 전처리 및 개질화 등을 강구했으며 이를 토대로 분리막과 지지판인 수지의 안정적 융착에 성공했다.

김 대표는 “막이라는 것이 복잡하기도 하지만 굉장히 흥미로운 소재다. 기존의 막도 좋은 것은 알지만 워낙 고가에다가 운전하는데 어려움이 있어 축적된 노하우가 필요하다”면서 “그러나 PTFE막은 누구나 운영할 수 있도록 간단하게 구성돼 있어 별도의 관리인이 필요 없는 가장 적합한 공법”이라고 설명했다.

바이오·의료·이차전지 분야 등 다방면으로 활용가능

PTFE 재질의 막은 수처리 분야에만 국한된 것이 아니라 바이오 분야, 의료 분야, 이차전지 분야 등 무궁무진하게 사용할 수 있으며 그만큼 시장의 규모가 방대하다.

예를 들어 바이오 분야에서는 화학공정 중 클로로-알칼리(CA) 등 석유화학 공정에서 나오는 화학 약품이나 유기 용제의 정제, 포토레지스트(PR) 등 기능성 수지 제조 공정에 사용된다.

또한 석유화학 공정에서 발생하는 가스 분리, 바이오연료의 분리, 질소, 아르곤 등 고 순도 가스 제조에도 사용된다. 자동차나 산업용으로 개발되고 있는 이차전지 분야에서는 리튬이온전지 분리기(seperater)로서 단락을 방지하고 리튬 이온만 선택·가역적으로 투과시키는 데 사용된다.

이차전지 시장은 친환경 자동차의 급부상, 대용량 전력저장장치시스템 등장, 이차전지 대용량화 기술의 발전으로 새로운 기회를 맞이하고 있으며 전문기관의 보고에 의하면 이차전지 시장규모는 금액기준으로 세계 리튬 이차전지 시장 규모는 2009년 1조 2,227억 엔에서 2018년 3조 6,130억 엔으로 확대될 전망(한국수출입은행)이며 이중 이차전지용 분리막시장은 2020년까지 매년 17% 이상 증가할 것으로 내다보고 있다.

김 대표는 “이차전지는 일회용이 아닌 여러 번 사용할 수 있는 전지이기 때문에 일반 소비자에게 판매하게 될 경우 수요량이 많을 것”이라며 “현재 AAA사이즈의 건전지까지 개발이 거의 완료된 상태로 알고 있다. 특히 자동차는 한 번 구입하면 몇 년을 사용하고 미국의 경우 15년 이상까지도 사용하기 때문에 효율성이 더욱 높을 것”이라고 이차전지에 대한 기대감을 나타냈다.

더불어 의료 분야의 인공신장 등 인공장기의 역할로 혈액 투석(Dialysis) 기능, 각종 의료처치용 제품에 사용되며 의약품 정제, 수액, 주사제 등 제조 공정, 약물 전달, 진단 테스트, 피부 부착 금연보조제, 콘택트렌즈 등에도 사용된다. 이처럼 PTFE 막은 수처리 분야뿐만 아니라 여러 분야로 활용될 수 있어 유진엔바이텍 또한 사업 범위를 확대할 계획이다.

현재 (주)유진엔바이텍은 4,000톤 규모의 국내 모 공공하수처리장에 ‘PTFE’막을 적용했으며, 이외에도 적용범위를 늘려 확대해나갈 예정이고 자체적으로 개발한 기술과 국내에서 생산한 설비, 그리고 지금까지 쌓아온 경험을 통해 세계 시장의 막 산업을 선도할 계획이다. 약 15년 동안 외길을 걸어온 (주)유진엔바이텍이 국내 시장을 넘어 세계 시장을 재패할 날을 기대해본다.

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