산업화 후유증 지구온난화가 지구촌 물 기근 초래
황금거위 막 수처리 기술…물 산업 주도권 좌우
막 소재는 합성섬유…해수담수화 RO시장 급팽장

깨끗한 물을 확보하라! 지구촌 구석구석마다 물 기근 현상 때문에 난리다. 적도를 중심으로 한 아열대 지역뿐만 아니라 극지방에 이르기까지 물 부족에 따른 아우성이 빗발친다. 사람이 많이 모여 사는 온대지방도 마찬가지다. 지금 지구촌의 물 기근 현상은 산업화에서 비롯된 지구온난화 영향과 맞물려 나간다.

인간에 있어서 물은 생명수다. 이게 비단 인간뿐이랴! 지구상에 존재하는 모든 동식물은 물이 없으면 살지를 못한다. 물이 만물의 근원으로 불리는 이유다. 세계가 본격적으로 물 확보 전쟁에 빠져들었다. 18C 산업혁명은 이를 촉발시킨 분수령이라 할 수 있다. 인간이 주도한 산업화 바람은 지구온난화를 불렀다. 그리고 온난화는 사람들에게 대재앙, 물 부족이라는 부메랑을 안겼다.

지구의 지표면 70%는 물에 덮여 있다. 그러나 정작 동식물이 필요로 하는 물은 많지가 않다. 적도지역을 중심으로 한 아열대지역은 대표적인 사례로 꼽을 만하다. 건기와 우기로 나뉘는 기후 특성 탓 때문이다. 우기에는 폭우 영향을 받아 흙탕물이 넘쳐나고, 건기에는 지구온난화 영향을 받아 지표수가 거의 말라붙는다. 웅덩이의 오염된 흙탕물은 각종 질병을 부르는 온상 그 자체다. 이 지역 사람들에게 깨끗한 물은 그림의 떡이나 진배없다.

한국도 다를 바 없다. 물 맑았던 금수강산은 과거의 이야기로 통한다. 지금 한국은 UN이 정한 물 부족 국가다. 장마 때 장대비 같은 폭우가 내리지만 이때를 제외하면 거의 갈수기 상태를 맞는다. 여기에 산업화, 공업화 바람은 대량의 물 수요를 불렀다. 전국 각지마다 당장 마음껏 마실 수 있는 깨끗한 물 찾기가 흔치 않다.

세계 각국마다 물 확보가 초미의 관심사다. 물 확보는 물의 산업화까지 불렀다. 해수의 담수화, 폐·하수처리, 정수처리, 먹는 물 사업 등이 그것이다. 물 산업, 수처리 사업이 본격적으로 새로운 성장동력원으로 자리매김에 들어간 것이다.

물 산업의 주도권은 수처리 기술 유무에 달렸다. 수처리 기술은 막(膜,Membrane)의 기술전쟁이라 할 만하다. 막이 수처리 기술의 집약체로 평가받는 이유다. 막의 기능은 특정 성분을 선택적으로 통과시키게 한다. 이는 입자 분리라는 일반 여과(Filtration) 뿐만 아니라 액체에 용해된 용존물질이나 혼합기체의 분리까지 가능케 한다.

특히 막여과(Membrane Filtration) 기술은 고액분리, 이온분리, 가스분리 등을 행하는 핵심기술로 꼽힌다. 이 기술은 정수처리, 하·폐수처리, 해수담수화, 식품 및 의료분야 등 다양한 분야에 사용된다. 막여과 공법은 제거되는 입자의 크기에 따라 역삼투(RO;Reverse Osmosis)법, 나노여과막 또는 저압역삼투(NF;Nanofiltration)법, 한외여과(UF;Ultrafiltration)법, 정밀여과(MF;Microfiltration)법, 전기투석(ED;Electrodialysis)법으로 나뉜다.

막의 소재는 합섬소재가 중요한 역할을 한다. 고분자 막(유기막) 용으로 사용되는 합섬소재는 폴리프로필렌(PP), 폴리에스터 섬유, 폴리에틸렌(PE), 폴리아미드(PA) 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리술폰(PSF), 셀룰로스아세테이트(CA), 테플론(PTFE) 등이다.

PP섬유는 내화학성과 내용해성이 중요한 필터미디어 분야에서 다양하게 활용되는 소재다. Wetlaid PP직물은 RO·UF 멤브레인의 나권형 포장모듈에 사용된다. 폴리에스터 섬유 또한 Wetlaid 형태로 RO·UF 멤브레인의 보강재로 쓰인다. 고분자 분리막은 분리 성능 극대화를 위해 막 소재의 선정 및 막의 물리적 구조형상에 따라 다양한 분리형태를 보인다. 분리막을 이용해 만든 각종 분리막 모듈은 평판형, 광형, 나권형, 중공사형, 유로형 등이 있다.

막의 적용분야 또한 다양하다. ▲순수 및 초순수 분야 : 해수의 담수화, 용수의 전처리, 탈염, 초순수 제조 ▲낙농·수산·축산 분야 : 치즈 유당으로부터 젖당(lactose)회수, 어육가공 배수로부터 아미노산의 분리농축 ▲식품가공분야 : 과즙의 농축, 포도주 제조, 당액의 농축 정제, 전분공업 배수처리, 커피추출액의 농축 ▲의약품분야; 발열물질(Pyrogen)제거, 생약의 농축 정제, 의료 의약 용수제조 ▲화학공업분야 : 석유화학공업 배수처리, 사진공업 배수로부터 유효물질 회수, 펄프폐수로부터 리그닌(Lignin) 회수 ▲섬유 염색분야 : 염색폐수로부터 염료의 회수 ▲표면처리 및 기계공업분야 : 함유배수처리, 알루미늄(Aluminum)전착도료 회수, 도료폐수에서 유효 금속회수 ▲수처리·배수처리분야 : 하수, 건물배수의 처리, 이온교환 재생액의 처리, 방사성 세탁 폐수처리, 병원, 연구소 배수처리등으로 나뉜다.

2012년 기준 세계 막 시장 규모는 2조2000억 원에 달했다. 시장은 RO·NF 멤브레인 1조 원, UF 멤브레인 1조2000억 원으로 대별된다. RO·NF 시장은 2007년 6000억 원 규모였지만 5년 동안 67%라는 초고속성장을 질주하면서 2012년 1조원 시장으로 덩치를 키웠다. 특히 이 기간 동안 시장비중은 염수(32%→31%), 해수담수(16%→21%), 가정용(13%→14%), 초순수(12%→14%), 재이용(9%→11%), 기타(18%→15%) 등을 보인 가운데 해수담수 및 초순수 시장의 성장이 두드러졌다. 앞으로 RO·NF 시장은 수자원 부족에 따른 하·폐수 재이용 시장 확대, 중동 및 미주지역 물 부족과 관련 해수담수 대형 프로젝트 증가, 지표수 사용 증가에 따른 오염 심화 영향을 받아 내오염성 제품 수요증가로 연계되면서 매년 15%내외 성장이 기대된다.

현재 세계 막 시장은 UF 멤브레인 시장이 주류를 이룬다. 2012년 기준 세계 UF 시장 규모는 상수도 35%, 산업용수(29%) 하수재이용(26%) 해수담수(10%) 비중을 보이면서 1조2000억 원에 달했다. UF 멤브레인 시장은 GE(30%) SIEMENS(15%) Hyflux(14%) AsahiKASEI(14%) Pentair(7%) 등 5대 메이저 시장비중이 80%에 이른다. 특히 엔지니어링 협력 및 보유관계 유지가 상하수처리용 UF 매출 증대에 큰 영향을 미친 것으로 나타났다. 앞으로 세계 UF 시장은 연간 18%내외 성장률을 이어갈 것으로 전망됐다.

5대 메이저 영향력은 국내 UF 시장에도 그대로 투영됐다. GE(23%) AsahiKASEI(23%) SINENS(14%) 등 해외업체 국내 시장 점유율이 무려 70%에 달했다. 국내 업체는 에코니티(14%) 코오롱(5%) 시장점유율을 보인 가운데 H2L 제일모직 LG전자가 2011년부터 시장참여에 나선 상태다.

RO 멤브레인은 앞으로 세계 막 시장을 이끄는 차세대 주자로 꼽힌다. 2011년 기준 세계 RO 멤브레인 시장은 8800억 원 시장에 달했다. RO 멤브레인 판매액은 다우·NITTO DENKO가 각각 2억5000만 달러, 도레이와 웅진케미칼이 각각 8000만 달러, KOCH·GE·VONTRON 등이 1억212만 달러를 보이면서 2강2중 구도를 형성했다. 특히 웅진케미칼은 RO 생산능력 세계 3위에 올랐다.

세계 수처리 시장이 황금거위로 떠올랐다. 깨끗한 물 확보가 세계 각국의 분명한 아젠다 인 것도 명확하다. 그리고 총성없는 물 전쟁 전운이 지구촌을 휩쓴다. 물 산업 기술이 앞으로 세계경제의 패권을 좌우하는 신예기라 한다면 너무 비약적인 발상인가?

수처리 기술 앞세워 26兆 국내시장 지키자
외국 메이저 아성에 효성 코오롱 웅진C 등 7개업체 출사표

2020년 26조 원 물 산업시장을 선점하라. 국내 물 산업시장 성장세가 가파르다. 최근 환경부가 발표한 물산업육성전략에 따르면, 국내 물 산업 시장은 2008년 12조 원 규모에서 올해는 17조 원 시장으로 급팽창 할 것으로 전망됐다. 5년 만에 약 42%에 이르는 고성장세다. 그리고 2020년까지 7년간 약 52%에 이르는 초고속성장을 질주하면서 26조 원 시장으로 덩치를 키운다. 2008년 기준 국내 물 산업시장은 상수도 5조4000억 원, 하수도 4조5000억 원, 먹는 샘물 4500억 원으로 나타났다.

물 산업시장의 요체는 수처리 기술이다. 그리고 수처리 기술의 핵심은 막이다. 특히 분리막을 기반으로 한 막여과 기술이 정수처리, 해수담수화 등 수처리 기술의 핵심으로 떠오르면서 물 산업시장의 성장을 주도해 나가고 있다. 세계 수처리용 멤브레인 시장은 2012년 2조2000억 원에 달했다. 2008년 대비 연간 13%씩 고성장을 거듭하면서 물 산업시장을 이끄는 황금거위로 자리매김을 확고히 한 것이다.

수처리 시장을 겨냥한 국내 기업들의 참여가 줄을 잇는다. 2010년을 기점으로 수처리 시장에 뛰어든 업체는 줄잡아 7개사에 이른다. 수처리 기술은 국내 화섬업체가 이끌어왔다. 효성 코오롱인더스트리 웅진케미칼 등 3사다. 여기에 에코니티 H2L 제일모직 LG전자가 가세했다.
그렇지만 국내 수처리 시장은 외국 메이저의 놀음판이다. 지금 외국 메이저 국내 시장 점유율은 70%에 이른다. 7:3을 깨겠다는 토종 기업들의 반격은 역량이 어디까지일까? 수처리 시장 선두주자 효성 코오롱인더스트리 웅진케미칼 3사의 수처리 사업 역량을 점검해 봤다.

효성에바라엔지니어링(주),
에너지 절감형 중공사막 개발 등 정수막 국산화
효성그룹 수처리사업 전담 업체는 효성에바라엔지니어링(주)다. 효성의 수처리사업은 1997년으로 거슬러 올라간다. 효성에바라엔지니어(주)는 당시 효성중공업 환경사업부와 일본 에바라와 합작회사로 출범했다. 지난 17년 동안 맑고 깨끗한 환경 추구를 위해 끊임없는 기술개발에 앞장서는 한편 고객과의 신뢰를 바탕으로 최고의 환경전문 기업으로 자리매김하는 데 주력해왔다.

효성에바라엔지니어링(주)는 외국산 정수막 의존도를 낮추기 위해 효성기술원과 함께 효성의 세계 최고 화섬 제조기술 접목에 나섰다. 2011년 에너지절감형 중공사막 개발과 함께 고 플럭스 저에너지 고회수율 침지형 및 가압형 정수용 분리막 개발에 성공했다. 현재 분리막을 이용한 수처리 사업 확대까지 계획하고 있다.

특히 정수용 분리막은 국내 최초로 침지형과 가압형을 모두 보유한 기술력을 바탕으로 막여과 고도정수사업 추진에 나섰다. 침지형 정수용 분리막 기술은 기존 기술대비 여과유속이 1.5배 이상 높고, 전력비를 40%까지 절감할 수 있는 기술력을 평가받아 2012년 국가녹색기술대상까지 받았다.

이와 함께 정수 및 하· 폐수 분리막 기술을 이용, 하수처리수 재이용 사업 추진에 나섰다. 하수처리수 재이용 사업은 하수처리장에서 처리된 하수를 강이나 하천으로 방류하지 않고 역삼투막 등의 분리막으로 다시 처리해 공업용수 등으로 재이용하는 것이다. 역삼투막 전처리로 자체 개발한 정수용 분리막 또는 MBR (Membrane Bio-Reactor : 분리막 생물반응조) 기술을 적용한 결과 공업용수로 사용할 수 있는 고품질의 용수를 생산할 수 있게 됐다. 하수재이용 시장은 2016년 1조4000억 원 규모에 이를 것으로 예상했다.

하수처리분야의 경우 부산 장림하수 고도처리(270,000㎥/일), 창원 덕동하수처리장(500,000㎥/일) 및 파주통일동산 하수처리장(6,000㎥/일) 건설공사를 수행했다. 특히 축적한 기술과 시공경험을 바탕으로 해외 카타르, 알제리 하수처리시설 건설공사를 Turn Key(설계·시공일괄입찰)방식으로 수주해 공사를 진행하고 있다.

폐수처리분야는 포스코 광양제철소를 시작으로 열연, 냉연 등 산업용수 및 냉각순환수 처리분야 국내 최고의 축적된 기술과 다양한 경험을 바탕으로 현대제철 당진제철소, 동국제강 등 대형 프로젝트를 성공적으로 이끌었다. 이 같은 기술력은 해외에서도 인정받아 브라질 USIMINAS 제철소 프로젝트 수주에 이어 성공적 수행으로 이어졌다.

먹는물 분야의 경우 국내 최대 시장점유율을 보유하고 있는 제주 먹는샘물 생산시설, 강원도 해양심층수 및 울릉도 해양심층수 육상플랜트 시설 준공을 통해 국내 최고의 분리막 수처리 설계 및 시공기술까지 보유하기에 이르렀다. 정수고도처리시설에 있어서는 축적된 기술과 경험을 해외에서도 인정받아 말레이시아 BRH 정수처리시설공사(40,000㎥/일), 거제 연초정수장(16,000㎥/일) 및 양평정수장(10,000㎥/일) 등 사업을 통해 뛰어난 정수용 분리막 시공실적을 거뒀다.

코오롱인더스트리(주),
수처리 넘어 신재생에너지사업으로 확대

코오롱그룹의 물 산업 전략은 토탈 솔루션 서비스 제공에 초점이 맞춰져 있다. 물 산업 핵심역량으로 꼽히는 분리막 제조(코오롱인더스트리)→시공 및 인프라(코오롱글로벌)→운영(코오롱워터앤에너지) 체제는 앞으로 물 시장 확대 견인차로 기대를 모은다.

물 산업의 성패는 수처리용 분리막 모듈의 기능에 달렸다 해도 과언이 아니다. 분리막은 정수처리 및 하·폐수처리장에서 오염물 및 찌꺼기들을 걸러주는 필터용 수처리 장치로 쓰인다. 코오롱인더스트리가 생산하는 분리막은 산업화에 따른 수질악화, 난분해성 폐수 증가로 인한 원수 수질 악화 및 환경규제 강화 등에 대응하는 최적 제품으로 주목받는 등 앞으로 수처리 시장을 이끄는 기대주로 떠올랐다.

코오롱인더스트리㈜는 1989년부터 분리막 연구에 들어가 2000년대 초반 대규모 정수처리 및 하·폐수처리에 적용할 수 있는 분리막 모듈 국산화에 나섰다. 특히 코오롱인더스트리㈜가 생산하는 분리막 모듈은 내화학성이 우수한 PVDF(폴리비닐덴디플루오리드) 코팅 복합중공사막을 자랑한다. 모듈은 우수한 투수성능과 내구성 및 경제성을 인정받아 다양한 수처리 분야에서 그 성능을 입증시켰다. 환경부 Eco-STAR 사업 일환으로 진행된 국내 최대규모 막여과 시범사업 영등포정수장(25,000m3/일) 막여과 플랜트와 구리하수처리장(6,250m3/일) 막여과 플랜트는 대표적인 사례다. 또 폐수처리의 경우 구미, 증평 및 인천  지역 등에 적용돼 안정적으로 운영 중이다.

코오롱인더스트리㈜ 맴브레인 사업은 수처리 분야에 머물지 않고 본격적으로 신재생에너지 분야로 사업확장에 들어갔다. 일차적으로 현대자동차와 공동으로 수소연료전지차량의 핵심부품인 연료전지용 막가습기 연구개발에 나섰다. 수소연료전지차 개발은 외부에서 수분을 공급하지 않고 물을 재순환시키는 시스템이 필요하다. 멤브레인은 이 연료전지에서 나오는 부산물 중 수분만 선택적으로 통과시키는 역할을 한다.

특히 기존 수소연료전지차 개발과 관련 친수성(親水性)이 강한 불소계 멤브레인을 이용했지만 단가가 매우 비싸다는 점 때문에 상용화에 걸림돌이 됐다. 코오롱인더스트리는 탄화수소계 재질에 스펀지처럼 얇은 다공성 구조를 만들어 불소계 제품만큼 수분 통과 성능이 뛰어난 ‘연료전지 수분 제어용 멤브레인 시스템’을 개발해 냈다. 막가습기는 앞으로 환경관련 규제가 더욱 엄격해지는 북유럽 국가들에 공급할 수소연료전지차량에 본격적으로 납품할 수 있을 것으로 기대를 모은다.

코오롱인더스트리㈜가 생산하는 수처리용 분리막 모듈은 전용 설비화/자동화로 인한 품질 향상과 안정적 생산능력에 힘입어 대규모 수처리 플랜트 시장의 요구에 부응하면서 앞으로 큰 경쟁력 발휘가 기대된다. 특히 수소연료전지용 막가습기 기술을 기반으로 연료전지 핵심소재 및 이에 따른 제품들의 적용으로 개발범위를 확대하는 등 분리막 연관 사업분야를 새로운 성장동력으로 삼아 2020년까지 지속적인 투자에 나선다.

웅진케미칼(주),
FO 압력지연필터 개발…차세대 성장동력원으로
웅진케미칼(주)는 RO NF UF MF를 생산하는 국내 유일 수처리 종한 필터 메이커다. 웅진케미칼은 1994년 국내 최초 역삼투 분리막 개발과 함께 1997년 사업화에 성공하는 등 수처리 분야 탁월한 생산기술력을 자랑한다. 이 기술은 2002년 해수담수용 역삼투 분리막 개발로 연계된다. 특히 내오염성 RO 제품은 2003년 세계일류상품 선정과 함께 2011년 웅진케미칼을 대한민국 세계일류상품 유공기업으로 선정되는 영예까지 안겼다.

한국 막 기술의 리더 웅진케미칼이 차세대 멤브레인 시장 견인차로 새로운 자리매김에 나선다. 앞으로  세계적으로 급성장이 예상되는 ‘정삼투 멤브레인 필터(FO;Foward Osmosis)의 개발과 조기 상용화’가 그것이다. 웅진케미칼은 이를 위해 지난 7월 미국의 연구기업 포리페라(Porifera)사와 ‘고분자 복합막 정삼투 멤브레인 필터 공동개발’을 위해 100만 달러 규모 지분 투자 계약을 체결했다.

포라페리사는 탄소나노튜브 및 정삼투필터로 잘 알려져 있다. 특히 미국 정부의 다양한 국책과제 수행과 함께 기업들과 풍부한 공동개발 경험을 보유한 글로벌 R&D 전문기업으로 올초에 정삼투 멤브레인 필터 개발에 성공했다.

기존의 역삼투방식은 인위적 압력으로 순수한 물을 얻어내지만 정삼투방식은 물의 자연적인 삼투 현상을 이용하는 기술이다. 이 기술은 해수담수시 역삼투방식에 비해 약 50%에 이르는 에너지비용을 절감시킨다. 이 뿐만 아니다. 최근 각광받는 세일가스 폐수처리, 식음료 농축공정 및 제약산업과 침출수 처리, 각종 폐수재활용 등 전 세계적으로 고속성장세에 있는 산업분야에 활용이 가능하다.

웅진케미칼은 또 정삼투원리를 이용, 국토해양부가 주관하는 발전용 압력지연필터 개발 국가 연구 프로젝트에 참여하는 등 신재생 에너지원 개발 개척자로서 행보를 본격화했다. 정삼투 개발을 위한 지분투자와 압력지연필터 프로젝트 참여는 웅진케미칼의 필터기술력이 세계최고 수준인 것을 보여주는 큰 사례다.

웅진케미칼은 올해 필터사업으로 1500억 원 매출을 예상했다. 특히 수처리 해외거점을 통한 비즈니스는 글로벌 시장을 겨냥한 포석으로 주목받는다. 중국과 미국의 필터 생산거점과 일본 인도 두바이 싱가포르 스페인 사무소는 거미줄 같은 비즈니스 네트웍을 자랑한다. 웅진케미칼의 필터사업은 RO MF에 이어 FO와 압력지연필터 등 차세대 제품들로 채워지면서 새로운  성장을 이끌어 나가는 동력원으로 그 위상을 확고히 했다는 평가다.

자료출처 : 한국섬유신문