[마켓 리포트]

정수처리용 고분자 분리막은 스마트상수도의 근간이 되는 분리막 정수 공정의 핵심 제품
고도물처리산업은 2009년에 발표된 ‘신성장동력 종합추진계획’을 통해 정부가 향후 5년간 대규모의 자금을 투입하기로 한 17대 성장동력 중 하나이다. 깨끗하고 안전한 물의 생산과 공급을 목표로 하는 스마트상수도는 고도물처리산업에서 개발을 목표로 하는 STAR 브랜드이다. 스마트상수도는 분리막(membrane)을 이용한 정수방식에 근간을 두고 있기 때문에 정수처리용 분리막은 스마트상수도의 핵심이 되는 제품이다.

정부는 세계 최고 수준의 분리막 제품을 상용화해 국내뿐만 아니라 해외 시장 진출까지 목표로 하고 있다. 아울러 정수처리용 분리막은 국내외 물 시장 선점에 대한 정부의 의지가 다시 한 번 표명된 제9차 녹색성장위원회의 ‘물 산업 육성 전략’에서도 중요한 원천기술로 제시된 바 있는 제품이기도 하다. 분리막은 두 종류 이상의 물질로 이루어진 혼합물로부터 특정 물질을 선택도의 차이에 의해 분리하는 반투과성 장벽(semi-permeablebarrier)이다.  분리막을 구성하는 소재는 세라믹, 금속, 유리 섬유 등 다양하지만 가장 널리 사용되는 물질은 고분자이다.

정수처리용 고분자 분리막은 상수도와 같이 사람이 마실 수 있는 음용수(drinking water)의 생산을 목적으로 하는 고분자 소재의 분리막을 의미한다. 분리막에 의한 정수 공정은 다른 정수 공정에 비해 에너지 소모가 적다는 특징이 있다. 또한 분리 효율이 높고 사용이 쉬우며 소규모의 모듈 형태로 구성이 가능하여 필요에 따라 비교적 간단하게 확장할 수 있다. 이러한 장점들로 인해 국내외 정수처리용 분리막 시장은 점차 확대되고 있다. 수처리용 분리막은 기공(pore)의 크기에 따라 정밀여과막, 한외여과막, 나노여과막, 역삼투막 등으로 구분된다. 각 분리막의 세부 사양이나 요구 성능은 기술이 적용되는 국가별 수도법에 크게 의존하는 특성이 있다. 우리나라의 경우 2008년 12월 발효된 환경부 고시 제 2008-198호와 2009년 6월 30일에 발효된 수도법에서 수처리용 분리막의 요구 성능을 명시하고 있다. 이들 법령 및 고시에 의하면 정수처리용(수도용) 분리막은 수도용 막의 종류 및 특징과 같은 성능을 가져야 한다.

정수처리용 분리막 세계시장은 미국, 유럽, 일본이 주도, 국내 시장은 아직까지 초기 진입 단계
정수처리에 사용되는 정밀여과막과 한외여과막은 1993년 미국 밀워키에서 원생동물(크립토스포리디움)에 의한 수인성 전염병이 발생하면서 관심을 받기 시작했다. 병원성 미생물 등 일정 크기 이상의 오염 물질을 상수원으로부터 제거하기 위한 방법으로 분리막 공정의 도입이 본격적으로 고려되기 시작한 것이다. 그 이후 분리막 정수 공정의 신뢰성 향상, 저 에너지 소비량 실현, 내 오염성 향상 및 분리 대상의 제거율 향상 기술 등에 대한 연구가 진행되어 왔다. 현재 정수처리용 분리막 시장은 미국, 유럽, 일본이 주도하고 있으며 기술개발 역시 소수의 선진기업이 주도하고 있는 실정이다. 정밀여과막 시스템의 세계시장 규모는 2001년의 7억 6,900만 달러에서 2008년의 11억 1,800만 달러로 증가하였으며 2015년에는 15억 6,400만 달러에 이를 것으로 전망된다. 미국은 2001년 이후 세계 시장의 42% 내외를 점유하여 가장 큰 시장을 형성하고 있다.

유럽은 세계 시장의 25% 내외를 점유하여 미국에 이어 두 번째로 큰 시장을 형성하고 있다. 일본의 시장 점유율은 10% 내외이며 이는 12% 내외의 시장 점유율을 보이는 일본을 제외한 아시아~태평양 지역과 대등한 수준이다.

한외여과막 시스템의 세계시장 규모 역시 지속적으로 성장하고 있다. 2001년의 한외여과막 시스템 시장규모는 8억9,000만 달러였으며 2008년에는 15억 9,400만 달러로 성장했다. 2015년에는 28억 6,100만 달러 수준에 이를 전망이다. 미국과 유럽의 2001년 세계 시장 점유율은 31.0%와 31.2%로 거의 대등한 수준이며 2008년에는 미국이 33.0%로 소폭 상승하였고 유럽은 29.8%로 소폭 감소하였으나 큰 차이가 있다고 보기는 어렵다. 이와 같은 추세는 2015년까지 이어질 것으로 전망된다. 일본은 12% 내외의 점유율을 보이며 미소한 감소추세를 보인다.

국내 정수처리용 분리막 제조 기술 개발은 소수의 대학, 출연(연) 및 중소기업 위주로 이루어져왔다. 중대형 정수장에 적용되는 상용 분리막의 국산화는 하루 50,000톤 규모의 영등포 시범정수장이 2011년 4월 준공됨으로서 실현되었다. 이처럼 정수처리에 분리막 공정의 도입이 늦은 것은 기존의 수도법에 분리막 여과 공정이 포함되어 있지 않았기 때문이다.

그러나 2009년 개정된 수도법에 분리막 여과 공정이 포함되면서 국내시장은 초기 형성 단계에 진입하게 되었다. 아울러 정부의 강력한 물 산업 육성 의지와 세계적인 정수처리용 분리막 시장의 확대 등에 힘입어 정수처리용 분리막에 대한 관심은 급격히 증가하고 있다. 현재 국내 정수 처리규모는 계획되어 있는 막여과 정수장을 포함하더라도 220,400톤/일에 불과하다. 이는 정수 공정에 분리막 여과법이 허용된 시기가 2009년 중반으로 최근이었으며 그로 인한 기술적인 개발 부재가 원인이기도 하다. 그러나 관련 기술에 대한 연구개발과 영등포정수장의 시범 운영이 성공적으로 진행될 경우 향후 2~3년 후에는 정수 공정의 상당 부분이 분리막 정수처리 공정으로 급격하게 전환될 가능성이 있다.

미국의 GE 등 독일, 일본, 네덜란드의 기업이 전체 시장 69.8% 점유
막여과 정수처리 공정에서 분리막이 차지하는 비중은 전체 사업비의 10~15% 수준으로 그리 높은 편은 아니다. 그럼에도 불구하고 분리막 제조기술은 막여과 공정의 핵심기술로 평가되어 다국적 기업을 비롯한 다수의 기업들이 관심을 보이고 있다. 그러나 아직까지 분리막 제조시장은 소수의 기업이 점유하고 있는 실정이다. 2007년 정밀여과 및 한외여과 분리막의 세계 시장은 미국의 GE가 22.4%를 점유하여 선두에 있다. 독일의 Siemens(18.2%), 일본의 Asahi Kasei(17.7%), 네덜란드의 Norit(11.5%)를 포함한 4개 기업의 전체 시장 점유율은 69.8%에 이른다.

세계시장의 선두에 있는 GE는 이미 환경기술 분야에 집중할 계획을 발표하였으며 이 중에서 수처리 사업을 첫 번째로 지목한 바 있다. GE는 Osmonics, Ionics 및 Zenon 등의 수처리 관련 주요 기업을 인수하며 분리막 제조 분야에 진출하였다. 독일의 Siemens 역시 US Filter사를 인수하여 분리막 제조분야에 진출하였다. 기업 간의 연합도 적지 않게 이루어지고 있다. Remicon, Puron AG, Fluid System사와 연합한 KOCH Membrane System, Filmtec, Omex, Rohm&Haas와 연합한 Dow Chemicals 등이 좋은 예이다. 이처럼 해외의 거대기업은 상대적으로 소규모인 분리막 제조기업들을 적극적으로 인수·합병하거나 기업 간 연합을 통해 규모를 적극적으로 키워나가고 있다. 일본의 경우 Asahi Kasei를 비롯하여 Toray, Nitto Denko, Kubota, Metawater 등이 정수처리용 분리막을 제조하고 있다. 네덜란드의 Norit와 프랑스의 Aquasource 등도 정수처리용 분리막을 제조하고 있다. 독일의 Inge를 비롯하여 중국의 많은 저가 분리막 제조사들은 치열한 가격경쟁을 벌이고 있는 상황이다.

국내의 경우 2004년 환경부 수처리선진화사업단의 발족으로 정수용 분리막 개발이 본격화되었으며 이후에 수도법이 개정되면서 기업들이 관심을 가지기 시작하였다. 여기에 국내 물 산업 육성이라는 정부의 강력한 의지가 더해지면서 2008년을 기점으로 국내 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.

코오롱과 에치투엘은 영등포 정수장에 각각 25,000㎥/일 규모의 막여과 공정에 제품을 공급함으로써 상업 생산을 개시하였다. 효성은 최근 정수장에 분리막을 공급할 수 있는 국내인증제도인 한국상하수도협회의 단체표준표시인증을 확보하였고 웅진케미칼은 나노여과막에 대한 인증을 확보하였다. 제일모직과 LG전자는 비교적 빠른 속도로 정수를 포함한 수처리용 분리막 개발을 진행하고 있는 것으로 알려져 있다. 여기에 해외 제조사들까지 가세할 경우 국내 수처리 시장에는 치열한 경쟁이 벌어질 것으로 예상된다.

정부의 지원과 대기업의 참여로 관련 기술개발 활발한 추진 중, 분리막 신소재의 개발과 막 공정의 운영기술 개발로 한계 극복
정수 처리용 분리막의 국내 기술개발 동향은 환경부의 수처리선진화사업단이 발족된 2004년을 기점으로 구분할 수 있다. 2004년 이전에는 정수장에 적용 가능한 수준의 관련기술이 거의 없었으나 본 사업단을 통해 정수처리용 분리막 소재 개발, 막여과 공정 개발, 유지관리기술 확보 등이 상당부분 이루어졌다. 2010년부터는 지식경제부의 WPM(World Primer Materials) 사업을 통해 정수용 분리막에 대한 정부주도의 연구개발이 진행되고 있다. 제일모직, LG전자, 웅진케미칼, 코오롱, 효성 등의 대기업들은 자체적으로 정수용 분리막을 개발하고 있어 향후 국내 정수용 분리막 제조기술은 지속적으로 발전할 것으로 전망된다. 다만 향후에는 기존 소재의 한계를 극복할 수 있는 신규 고분자 소재의 개발과 함께 현재 선진국과 비교했을 때 아직까지는 미흡한 수준인 막 공정의 운영 기술에 대한 연구개발도 이루어져야할 것으로 보인다.

기술정보분석실 책임연구원 이혁재