정부가 기후변화와 환경 위기에 전략적으로 대응하고 신성장동력 창출에 기여할 그린뉴딜 유망기업 100곳을 2022년까지 선정해 육성한다. 환경부와 중소벤처기업부는 지난해 9월 41개사를 1차로 선정하고, 올해 30개사를 추가하기 위한 공모를 2월 9일부터 진행한다. 이에 정책브리핑이 1차 선정된 몇몇 기업들의 신기술 사례를 소개한다. (편집자 주)
산업혁명으로 탄생한 화석연료는 인류에게 비약적인 발전을 선사했다. 하지만 무분별한 화석연료의 사용은 지구 온난화, 기상이변 등 지구를 병들게 했고 기후 위기라는 부메랑으로 되돌아왔다. 전세계는 기후 변화에 따른 기상 이변으로 탄소 배출을 감소시킬 수 있는 기능성 신소재 및 공정 개발에 막대한 예산을 투입하고 있다.
1급 발암물질로 분류된 미세먼지를 감소시키고 방어하기 위한 최종 제품에 사용되는 흡착제 수요는 꾸준히 성장하고 있다. 환경 기능성 소재 중 하나인 활성탄은 전세계적으로 가장 많이 사용하는 흡착 소재다. 활성탄은 넓은 비표면적과 세공의 크기 및 구조를 형성해 수질 및 대기 오염 물질 흡착에 이용된다. 하지만 활성탄 제조 공정과정에서 발생하는 온실가스는 산림파괴, 과량의 에너지 소모라는 환경문제를 야기하고 활성화 과정에서 사용되는 고온의 열로 인해 많은 양의 에너지 손실도 발생한다.
자이언트케미칼은 100% 해외 수입에 의존하던 기능성 흡착제인 ‘마그네슘실리케이트’ 합성 기술을 개발해 국산화에 성공했다. 대량 생산을 통해 국내 기업에 안정적으로 공급하고 있다. 나아가 조립 후 활성화 과정을 거치지 않아 친환경적이며 높은 내열성으로 화재 사고가 발생하지 않는 고성능·고기능성 ‘알루미늄실리케이트(Al2SiO3) 흡착제’를 개발 중이다.
자이언트케미칼 부설연구소 내부모습.
◆ ‘마그네슘실리케이트’ 국산화…친환경 ‘알루미늄실리케이트’ 연구
기존에는 활성탄을 국내에서 생산하지 못하고 전량 수입에 의존해야만 했으며 , 중국과 같은 추격 국가의 등장으로 넛크래커 현상(선진국에는 기술 경쟁, 개발도상국에는 가격 경쟁력에서 밀리는 현상)이 심화되고 있는 산업 분야 중 하나로 대응책이 요구됐다. 활성탄의 경우 자연파괴 및 환경문제로 원활한 생산과 공급에 국제기구로부터 견제를 받고 있어 사재기 현상이 발생하기도 했다. 이밖에도 해외 수입으로 인한 물량확보, 리드 타임, 재고 부담 및 환율변화에 따른 가격 불안 등이 문제로 지적됐다.
마그네슘실리케이트 구조 및 형태
이에 자이언트케미칼은 마그네슘실리케이트 흡착제를 개발해 국내 유일 국산화 마그네슘실리케이트 흡착제를 제조하는 기업으로 성장했다. 기능성 흡착제인 ‘마그네슘실리케이트’는 공업용, 식품용, 환경용, 의료용 등 다양한 분야에서 사용된다. 기능성 흡착제, 정제 및 다공성 구조의 장점을 이용한 약물 전달체로 광범위하게 이용돼 시장성이 크고 수요가 지속적으로 증가하는 추세다.
자이언트케미칼은 마그네슘실리케이트 국산화 성공에 힘입어 고성능·고기능성 흡착제인 ‘알루미늄실리케이트’를 개발 중이다. 지난해 ‘소재부품기술개발사업’을 통해 본격적인 알루미늄실리케이트 연구를 수행하고 있다.
◆ 친환경 흡착제…열적 안정성 및 흡착능력 우수
다공성 무기물인 ‘알루미늄실리케이트’는 높은 표면적과 우수한 열적 안정성을 가지기 때문에 매우 우수한 흡착제로 여겨진다. ‘알루미늄실리케이트’는 물리적 특성과 표면의 다양한 화학적 반응기를 활용해 우수한 흡착제로 활용되고 있어 활성탄을 대체할 수 있는 환경 소재다.
알루미늄실리케이트 합성은 Si(실리카)/Al(알루미늄) 비율, 합성 시 온도 및 교반 속도, 계면활성제 등의 실험 인자 조절을 통해 입도부터 비표면적까지 다양한 형상과 표면 특성의 입자 개발이 가능하다. 강동균 자이언트케미칼 대표이사는 “알루미늄실리케이트가 개발되면 대기오염 물질을 대상으로 높은 흡착능력을 가진 친환경 흡착제로 활성탄을 대체할 수 있다”고 말했다.
◆ ‘환경용 흡착제’ 수요 증가…경제·환경적 문제 해결 기대
대기 정화용 흡착제 산업은 환경, 에너지 이슈와 함께 국내외에서 빠르게 성장하고 있는 분야다. ‘중소기업 기술로드맵(2018~2020)’에 따르면 국내 공기정화 산업 분야의 시장 규모는 2018년 6조 8765억 원에서 2023년 8조 8181억 원 규모로 성장할 것으로 전망했다. 특히 우리나라는 미세먼지로 인해 대기오염 제어 분야의 성장세가 두드러지고 있다. 또한 유럽, 미국, 중국 비롯한 주요 국가에서도 대기, 식수 등 환경에 대한 의식 고찰과 관련 규제 및 법령 강화로 환경용 흡착제의 수요가 꾸준히 증가할 것으로 전망된다.
또한 실리케이트(규산염) 소재 산업은 석유·화학 산업을 중심으로 발전돼 고기능 고부가가치화, 그린에너지 및 기술의 융복합화가 가능한 분야로 대규모의 일자리와 안정적인 성장 동력을 창출하는 기반 산업이다.
선별적 흡착성능을 가진 대기 정화용 ‘알루미늄실리케이트’가 개발되면 흡착탑에 들어가는 활성탄 필터를 대체할 수 있다. 흡착탑 속 활성탄 필터는 화재 사고가 발생하면 대기 중으로 유독 물질이 배출돼 대기 및 수질환경에 큰 문제점이 발생하며, 흡착탑 보수를 위해 수천억 원의 경제적 손실이 발생한다. 따라서 ‘알루미늄실리케이트’ 사용은 기존 활성탄 사용에 따른 화재 사고로 유발되는 경제적·환경적인 문제점을 해결할 수 있어 갈수록 심각해지는 환경 문제를 늦출 수 있는 장점도 가진다.
