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분리막 기반 수처리시장 전망 및 향후 기술트렌드
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승인 2014.02.11  13:38:31
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기술사업화분석실 책임연구원 배국진 (Tel: 02-3299-6063, e-mail : baekj@kisti.re.kr)

 [요   약]

1. 수처리 기술은 기존 물리화학적 및 생물학적 공정보다 수질개선 효과가 우수하고 약품 사용이 배제된 환경친화적인 막분리 공정으로 진화하고 있는 중이며 막분리 공정에 사용되는 분리막은 분리 성능에 따라 크게 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역삼투막으로 분류된다.
2. 전 세계 분리막 기반 수처리 시장은 2012년 55.4억 달러에서 2020년 120.7억 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다.
3. 한국과 일본 지역에서의 수처리용 분리막 선도기업으로는 2011년 기준으로 웅진케미칼(13.8%), Toray(11.6%), Asahi Kasei(11.0%), Toyobo(8.4%), Econity(7.9%)를 꼽을 수 있다.
4. 분리막 기반 수처리 기술의 미래 트렌드로는 전력사용량 절감, 분리막 제조비용 절감, 하이브리드 및 기능성 분리막 개발, 분리막의 내구성 및 장수명성 증대, 고온 공정으로의 분리막 도입, 손상 필터의 재사용/수리 기술 개발, 세라믹 분리막의 적용 확대 등을 들 수 있다.

분리막 기반 수처리 기술이란?
지구표면의 70%가 물이지만 먹을 수 있는 물은 1% 미만으로 알려져 있으며, UN이 2025년 세계 인구의 절반 이상이 물 부족으로 고통 받을 것이라고 경고할 만큼 기후변화와 수질오염 등으로 물 부족현상이 심각하다. 이제 물은 더 이상 손쉽게 구할 수 있는 자원이 아니라 “블루골드”라 불릴만큼 중요한 자원으로 부각되고 있다. 따라서 가용한 물을 생산하는 수처리 시장에서 주도권을 잡기 위해 기업들의 기술경쟁은 치열하다. 수처리 기술은 기존 물리화학적 및 생물학적 공정보다 수질개선 효과가 우수하고 약품 사용이 배제된 환경친화적인 막분리 공정으로 진화하고 있는 중이다.

   
 
수처리에 사용되는 막분리 공정은 담수 시설 및 재이용 시설의 확산, 처리 시설의 콤팩트화, 새로운 오염원 제거, 슬러지 발생량 최소화, 규제의 강화 등과 같은   시장의 요구에 대응할 수 있는 최적의 방법으로 부상하고 있다. 사실 분리막 기술은 이미 20여년 전에 개발된 방식이다. 그럼에도 불구하고 높은 제품 가격과 과도한 전기 소모량 등으로 경제적 효용이 낮아 시장 확산이 더디었다. 하지만 분리막 제조기술의 발전으로 가격이 지속적으로 하락하고 있는 추세여서 전 세계적으로 그 채용이 증가하고 있는 상황이다.

분리막은 특정성분을 선택적으로 통과시킴으로써 입자 분리라는 일반여과(Filteration) 기능뿐만 아니라 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 선택적 투과성도 가지고 있다. 막분리 기술이란 분리막의 이러한 선택적 투과성을 이용한 다양한 분리 공정을 포괄적으로 의미한다.

   
 <그림 1> 분리막별 분리 특성
수처리에 사용되는 분리막은 물은 통과시키지만 부유고형물 등은 통과하지 못하게 하는 여과 역할을 함으로서 분리수를 사용가능한 깨끗한 물로 만든다. 분리막은 분리 성능에 따라 크게 정밀여과막(MF; Microfiltration Membrane), 한외여과막(UF; Ultrafiltration Membrane), 나노여과막(NF; Nanofiltration Membrane), 역삼투막(RO; Reverse Osmosis Membrane)으로 분류되며 소재에 따라 고분자, 세라믹, 금속으로 나뉘기도 한다. 분리막별 분리 특성은 <그림 1>과 같다.

분리막 기술을 활용한 수처리 산업은 분리막의 제조, 수처리 시설의 건설, 운영, 파이낸싱 등 다양한 요소의 밸류체인으로 구성되는데, 분리막 기반 수처리 산업의 밸류체인 및 대표 기업은 <그림 2>와 같다.
   
 <그림 2> 분리막 기반의 수처리 산업의 밸류체인

시장동향 및 예측    
Frost&Sullivan 자료에 따르면 전 세계 분리막 기반 수처리 시장은 2012년 55.4억 달러에서 2020년 120.7억 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다(CAGR 10.2%). 주요 성장요인으로는 음용수에 대한 수요 증대, 하수의 재이용율 및 분리막 기반의 담수화 시설의 증가, 환경 기준의 강화 등을 들 수 있다. 특히, 향후 급속한 산업화, 인구의 증가, 첨단 기술에 대한 요구에 기반하여 아시아-태평양 지역의 시장이 크게 증가할 것으로 예상되고 있다.
   
<그림 3> 세계 막분리 기반 수처리 시장규모

한국과 일본에서의 분리막 기반 수처리 시장은 2009년에 약 2.5억 달러에서 2017년에는 약 6억4천만 달러 규모로 성장할 것으로 예상된다(CAGR 11.9%). 세계여과장치 시장에서 무역규모면에서 2011년 기준 일본은 5.5%, 한국은 3.4% 정도를 차지하고 있는데 이 비율을 그대로 적용하면 한국에서의 시장규모는 2012년 약 1.4억 달러, 2017년 약 2.4억 달러규모로 추정된다. 하지만 2006~2011년 사이의 성장률은 일본이 8.6%인 반면 한국은 17.6%에 이르기 때문에 실제 시장은 이보다 더 클 것으로 추정된다.
   
 <그림 4> 한국 및 일본의 분리막 기반 수처리 시장규모

시장경쟁상황
2010년 기준으로 MF/UF, NF 및 RO(해수담수화에 사용되는) 시스템별로 세계시장에서의 업체별 점유율은 다음 <그림 5>와 같다. MF/UF막은 GE, Simens, Asahi Kasei, NF막은 Dow FilmTec, Nitto Denko, Toray, RO막 기반 해수담수화 시설분야에서는 Suez, IDE, Acciona가 주요 선도기업이라 할 수 있다. 하지만 RO막의 경우 분리막 자체만을 봤을 때는 Dow Chemical, Nitto Denko, Toray사가 시장을 과점하고 있는 선도기업들이라 할 수 있으며,  웅진케미칼, Koch Membrane Systems, Toyobo사가 약 5%내외의 점유율을 보이고 있다.
   

            MF/UF                                      NF                          RO(해수담수화 시설)

<그림 5> 분리막별 주요기업의 세계 시장 점유율

한국과 일본 지역에서의 수처리용 분리막 선도기업으로는 2011년 기준으로 웅진케미칼(13.8%), Toray
   
 <그림 6> 한국/일본시장에서의 주요기업 점유율
(11.6%), Asahi Kasei(11.0%), Toyobo(8.4%), Econity(7.9%)를 꼽을 수 있다. 웅진케미칼의 경우 RO막 분야에 서 한국시장의 60% 가량을 점유하고 있다. 그 외 국내 분리막 기반 수처리 관련 주요 업체 현황은 아래 <표 2>와 같다. 현재 분리막 생산기업인 웅진케미칼이 그룹 사정으로 인해 매각절차를 밟고 있어, 웅진케미칼 인수를 위한 관련 기업들의 경쟁이 치열한데 향후 웅진케미칼의 향배가 시장에 적잖은 영향을 미칠 것으로 예상된다.

 <표 2> 국내 막분리 기반 수처리 관련 주요 기업 동향

두산중공업

- 두산중공업은 2005년 말 분리막에 대한 원천기술을 보유한 미국 AES사의 수처리 부문을 60억원에 인수해 ‘두산하이드로테크놀로지“사를 설립, 관련 기술을 확보하고 시장 공략에 박차를 가하고 있음.

- 증발식 해수담수화 분야에서 세계 1위로 분리막 모듈 방식으로 영역을 확대하고자 하고 있음.

코오롱

- 코오롱은 코오롱FM(소재분야), 코오롱인더스트리(멤브레인생산), 코오롱생명과학(수처리제사업), 코오롱워터텍(수처리공법 수처리기자재), 코오롱건설(수처리 설비 건설 등), 코오롱워터앤에너지(수처리 시설 운영)와 같은 자회사들을 수직계열화하여 물산업 관련 소재/시공/운영 등 수처리 통합 솔루션을 구축하고 있음.

- 세계 4번째로 고도수처리용 분리막 기술 확보하였으며, 지경부의 세계시장 선점 10대 핵심소재 멤브레인 사업을 주관하고 있음.

제일모직

- 2010년 경기도 의왕R&D센터에 분리막 연구/개발을 위한 시험 생산설비를 구축

- 2013년에 수처리용 분리막 양산체제를 갖추고 수처리 사업을 본격적으로 시장할 예정에 있음.

효성

- 자체 개발한 가압형 중공사막 모듈이 한국상하수도협회 인증을 받으며 수처리 사업에 가속도를 내고 있으며, 향후 국내는 물론 세계 시장 공략에도 나설 예정에 있음.

삼성엔지니어링

- 하폐수, 정수 처리사업에서 초순수, 해수담수화 사업까지 확대하고 있음.

SK그룹

- SK에너지, SK가스, SK케미칼이 물산업에 진출하였음.

- SK케미칼은 주로 필름소재 기반 막 소재를 개발하고 있으며, 수처리제 생산 경험을 살려 2010년 하폐수처리장 위탁운영업체인 엔텍의 지분을 25% 인수하여 물산업에 진출함.

향후 기술트렌드
분리막 기반 수처리 기술의 미래 트렌드와 관련된 키워드로는 전력사용량 절감, 분리막 제조비용 절감, 하이브리드 및 기능성 분리막 개발, 분리막의 내구성 및 장수명성 증대, 고온 공정으로의 분리막 도입, 손상 필터의 재사용/수리 기술 개발, 세라믹 분리막의 적용 확대 등을 들 수 있다.3) 이를 정리해 보면 고품질화, 공법의 고도화, 투자/운전/관리비용 절감을 위한 방향으로 기술개발이 진행되고 있다고 할 수 있다. 이런 트 렌드에 부합하는 혁신적인 기술로는 미국의 NanoH2O사가 나노기술을 적용해 기존 RO막 대비 2배 이상 성능을 향상시킨 RO막, 일본 미쓰비시사가 개발한 환경온도 적응기능을 가진 지능형 소재를 들 수 있다. 이외에도 에너지 소비를 획기적으로 줄일 수 있는 역삼투 방식이 아닌 정삼투 방식의 분리막 기술도 개발되고 있다.

우리나라의 경우 2009년부터 막분리 공정이 본격적으로 도입됐으며 관련 산업 시장이 빠르게 성장하고 있지만 아직까지는 원천 소재 기술 부재로 선진 기업과의 기술격차가 존재하며 전문가들은 선진국 대비 70~80% 수준이라는 평가를 내리고 있다. 기술격차가 존재하는 상황에서 후발주자인 우리나라의 기업들은 꾸준한 기술개발 투자 및 시장참가를 통해 기존 선도기업이 버티고 있는 시장에서 경쟁해 나가는 것도 중요하지만 상기의 미래 트렌드에 부합하는 혁신적인 기술을 개발함으로써 시장의 재편을 시도하려는 노력도 필요할 것으로 판단된다.

 

 

 

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