최근 물 부족으로 정수처리 나노여과막 수요 증가
KISTI 산업정보분석실 김경호 (Tel: 02-3299-6010 e-mail: kimkho@kisti.re.kr)
| [ 요약 ] 1. 나노여과(NF)란 압력에 의해 구동되는 막을 사용하여 물질을 분리하는 기술을 말한다. 고분자 막, 무기 막(세라믹, 카본 등) 및 하이브리드 막(유기/무기) 세 가지 나노여과막이 개발되고 있으며, 정수ㆍ폐수처리, 식품ㆍ음료수, 화학ㆍ석유화학, 제약ㆍ생의학, 금속가공, 농업 등 다양한 분야에 사용되고 있다. 2. 나노여과막의 세계 시장은 2014-2019년 사이 CAGR 15.6%로 성장하여 2019년 445.1 백만 달러에 달할 것으로 예측되며, 국내 시장은 2019년 15.4 백만 달러에 이를 것으로 예측된다. 3. 최근 물산업이 중요한 이슈로 떠오르면서 나노여과막시장은 과학계와 산업계에서 점점 관심의 대상이 되고 있다. 특히 유기용매 나노여과막은 다양한 산업에서의 응용이 기대되며, 향후 10년 내에 나노여과 산업에서 가장 빨리 성장하는 분야가 될 것으로 전망된다. |
다양한 분야에 사용되는 나노여과막
여과란 액체를 다공성 매체(Porous Media)에 통과시킴으로써 액체로부터 입자상 물질을 제거하는 막분리 공정을 말한다. 현재 개발된 막분리 기술로는 정밀여과(Microfiltration, MF), 한외여과(Ultrafiltration, UF), 나노여과(Nanofiltration, NF), 역삼투여과(Reverse Osmosis, RO) 등이 있다.
나노여과란, 압력에 의해 구동되는 막(Membrane)을 사용하는 분리 기술로, 나노여과에 사용되는 막은 1~10nm 크기의 입자나 분자를 분리할 수 있다. 지난 수년간 고분자막, 무기막(세라믹, 카본 등) 및 하이브리드막(유기/무기)의 3가지 유형의 나노여과막이 개발되었다. 나노여과막은 정수·폐수처리, 식품·음료수, 화학·석유화학, 제약·생의학, 금속가공, 농업, 섬유, 고형폐기물관리 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
나노여과란 압력에 의해 구동되는 막을 사용하여 물질을 분리하는 기술을 말하며, 정수ㆍ폐수처리, 식품, 금속가공, 농업 등 다양한 분야에 사용되고 있다.
나노여과막은, 음용수를 얻기 위한 정수기술의 수요 증가, 산업공정에서 배출되는 재료의 재활용 필요성, 분리 및 정제를 위한 저비용 멤브레인 공정의 점진적 확산, 유기용매 처리 분야에 나노여과법의 침투 확대, 연구개발 활동의 급속한 증가 등으로 인해 수요가 향후 빠른 속도로 성장할 것으로 예상된다.
나노여과는 전술한 바와 같이 압력에 의해 구동되는 막을 사용하는 분리 공정이며, 저압 역삼투법(Low-pressur Reverse Osmosis, LPRO)으로도 알려져 있다. 나노여과 필터는 약 0.001 미크론 세공 크기를 갖고 있다.
나노여과는 대부분의 유기 분자, 거의 모든 바이러스, 대부분의 천연 유기물질 및 다양한 염류를 제거한다. 나노여과막은 1가 이온(나트륨, 칼륨 등)은 통과시키지만, 2가 이온(칼슘, 마그네슘, 황산염, 인산염, 탄산염 등), 3가 이온(알루미늄, 철 등) 및 그 이상의 이온들을 통과시키지 않는다. 그래서 NF는 경수(Hard Water)를 연수화(softening)시키는 데 자주 사용된다.
네덜란드의 에너지연구센터는 Twente 대학, Amsterdam 대학과 공동으로 고온에서 화학적 공격에 매우 높은 안정성을 나타내는 HybSi라 불리는 혁신적인 세라믹막을 개발했다.
최근 나노막 기술 개발을 보면, 2011년 7월 시카고 대학과 일리노이 대학은 아르곤국립연구소 나노재료센터와 공동으로 초박막 나노여과막을 개발했다. 이 초박막은 1.7nm 보다 큰 분자를 포획할 수 있다. 입자 크기, 표면 그룹의 유형 및 나노입자의 충전 기하구조를 변경할 수 있기 때문에, 다양한 MWCO(분획분자량)와 필터 성능을 갖는 막을 제조할 수 있다. 네덜란드의 에너지연구센터(Energy Research Center)는 Twente 대학, Amsterdam 대학과 공동으로 고온에서 화학적 공격에 매우 높은 안정성을 나타내는 HybSi라 불리는 혁신적인 세라믹막을 개발했다. Cerahelix(Orono, Maine)는 2013년 4월 30일 나선형 나노여과막에 대한 미국 특허(8,431,509)를 받았다. 이 막은 활성탄소 섬유를 사용하여 제조되며, 액체 및 기체 분리에 사용되며 1nm 크기의 분자를 분리하는 데 매우 효과적이다. Nagare Membranes은 2013년 담수화 막 제조 응용을 위한 탄소나노튜브에 기반한 새로운 막 재료를 개발했다.
정수 및 폐수 처리를 중심으로 시장 확대
세계 나노여과막 시장은 2014년 215백만 달러에서 CAGR 15.6%로 성장하여 2019년 445.1백만 달러에 이를 것으로 예측된다. 응용 분야별로는 정수 및 폐수처리가 가장 큰 부분을 차지하고 있으며, 2014년 160.8백만 달러(점유율 74.6%)에서 CAGR 16.1%로 2019년 338.5백만 달러(점유율 76.0%)에 이를 것으로 예측된다.
그 다음이 식품 및 음료 산업, 제약 및 생의학, 화학 및 석유화학, 금속 가공의 순이다. 세계 여과장치 시장에서 무역 규모 면에서 2011년 기준 한국은 3.4% 정도를 차지하고 있는데, 이 비율을 그대로 적용하면 국내 시장 규모는 2014년 약 7.3백만 달러로 추정되고, 또 2014~2019년 세계 시장 성장률 15.6%를 국내에 그대로 적용하면 2019년엔 14.9백만 달러로 예측된다.
나노여과막의 세계 시장은 2014~2019년 사이 CAGR 15.6%로 성장하여 2019년 445.1백만 달러에 달할 것으로 예측되며, 국내 시장은 2019년 15.4백만 달러에 이를 것으로 예측된다.
국내는 2008년을 기점으로 대기업들이 본격적인 정수용 분리막 개발을 시작하였다. 현재 정수처리용 분리막을 상업적 목적으로 생산하거나 관련 연구를 수행하고 있는 국내 기업으로는 코오롱, 웅진케미칼, 효성, LG전자, 제일모직 등의 대기업과 중소기업인 에치투엘 등이 있다.
물 산업 이슈로 인해 더욱 성장할 가능성
최근 전 세계는 물 부족으로 인한 물의 중요성이 더욱 강조되면서 물산업과 정수기술이 중요한 이슈로 떠오르고 있다. 특히 나노여과 분야에는 기술적인 면에서 새로운 형태, 기능 및 소재의 분리막이 등장할 것으로 예상된다.
예컨대, 유기용매 나노여과막(Organic Solvent Nanofiltration Membranes)은 나노여과 시장의 한 부문으로서 과학계와 산업계에서 점점 관심을 얻고 있다. 이 기술은 현재 아직 개발 단계에 있지만 향후 10년 내에 나노여과 산업에서 가장 빨리 성장하는 부분이 될 것으로 기대된다.
최근 물산업이 중요한 이슈로 떠오르면서 나노여과막시장은 과학계와 산업계에서 점점 관심의 대상이 되고 있다. 또한 향후 10년 내에 나노여과 산업에서 가장 빨리 성장하는 분야가 될 것으로 전망된다.
나노여과막 시장의 성장은 또한 새로운 응용 분야의 개발에 달려 있다고 할 수 있다. 즉 재생에너지의 형태로 사용하기 위한 바이오가스의 정제, 해양 동물로부터 콜라겐의 추출 및 분리, 귀금속 및 희토류 금속의 추출 및 회수, 휴대용 음용수 여과 시스템의 제작, 환경보호를 위한 오일 및 그리스(Grease)의 분해와 리사이클링, 폐액으로부터 황산염과 염화물의 제거 등에 나노여과막의 적용이 기대되고 있다.