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발전하는 수처리용 분리막 기술
  • 임호동 기자
  • 승인 2021.01.10 09:57
  • 호수 136
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KIST 연구진이 개발한 햇빛으로 재생할 수 있는 수처리 분리막

오·폐수 처리, 정수 등 기본적인 물 관리부터 중수도, 초순수 생산, 해수담수화 등 다양한 물 산업에까지 필수적으로 사용되는 것이 바로 수처리용 분리막이다. 물 부족 위기와 물의 중요성이 심화되고 있는 상황에서 물 산업과 물기술의 기본이자 필수적인 수처리용 분리막 시장은 지속적으로 성장하고 있다. 그리고 국내의 수처리용 분리막 기술 역시 지속적으로 발전하고 있는 상황이다.

 

다시 쓰는 수처리 분리막

전 세계적으로 물 부족 위기가 심화되고 물과 물 기술의 중요성이 강조되고 있다. 이런 상황에서 수처리 분리막은 물 산업의 핵심소재로 꼽힌다. 분리막을 통한 수처리 방식은 말 그대로 선택투과특성을 살린 일종의 필터 형태의 수처리 방식이다. 제거하고자 하는 대상을 분리막을 통해 걸러내 물을 필요로 하는 최종 소비자의 요구조건 맞춰내는 기술이다.

기본적인 정수는 물론 최근 다양한 물 산업에 필수적인 요소로 쓰이고 있는 수처리 분리막은 물 산업의 핵심으로 꼽히고 있으며, 수처리 분리막 시장은 연평균 10% 내외의 성장률을 보이며 지속적으로 성장하고 있다. 그리고 세계 각국이 기술적 우위를 선점하기 위해 보이지 않는 경쟁을 펼치고 있다.

이러한 상황에서 우리나라에서 획기적인 수처리 분리막기술이 개발돼 이목을 끌고 있다. 바로 세척해 사용할 수 있는 수처리 분리막 기술이다. 수처리 분리막은 다양한 종류의 유기고분자와 세라믹과 같은 무기재료로 제조되는 데, 연속해서 사용하면 분리막 표면에 미생물과 슬러지가 쌓여 막 오염이 일어난다. 이렇게 오염된 분리막은 적어도 일주일에 한 번 정도 6시간 이상 화학 약품을 이용해 세척해야만 재사용 할 수 있다. 때문에 유지 비용이 상당히 많이 들뿐만 아니라 분리막이 약품에 의해 손상되고 수명이 줄어드는 등의 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 다양한 분리막의 개발과 적용 분야가 확대되고 있지만 이러한 막오염은 여전히 분리막 공정의 적용을 어렵게 하는 원인이 되고 있는 상황이다. 이러한 상황에서 한국과학기술연구원(KIST) 물자원순환연구센터의 변지혜 박사, 홍석원 단장 연구팀은 오염된 분리막 표면에 햇빛을 쐬면 스스로 세척되는 분리막 소재를 개발에 성공했다.

KIST 연구진은 가시광선에 반응하는 광촉매를 수처리 분리막 표면에 고정 처리했고, 이렇게 표면처리를 거친 분리막은 가시광선을 쐬었을 때 표면의 오염 물질을 완전하게 분해하는 데 성공했다. 특히 분리막 표면에 쌓인 고농도 대장균 및 황색포도상구균 같은 박테리아와 박테리오파지 등의 바이러스를 최대 1시간 만에 99.9% 제거했으며, 미생물뿐만 아니라 염료 등의 유기 오염물질과 중금속까지도 처리할 수 있었다. 쉽게 세척이 가능할 뿐만 아니라 10회 이상 반복 테스트에도 성능이 유지돼 내구성도 입증했다. 해당 연구는 국제학술지인 ‘Applied Catalysis B:Environmental’에 게재됐다.

KIST연구팀이 개발한 수처리 분리막은 기존 분리막이 가지고 있던 오염문제와 세척 및 관리 비용을 줄여줌은 물론 내구성 문제까지 해결해 함께 물 산업에 기여할 것으로 전망되고 있다. KIST 변지혜 박사는 “본 연구는 자연광을 이용하는 광촉매 기술과 수처리 분리막 기술을 결합해 수처리 공정의 효율이 향상될 수 있음을 보여줬다”며 “이러한 연구결과를 바탕으로 수처리 분리막 시장을 선도할 수 있는 차세대 분리막 신소재 개발에 힘쓸 것”이라고 전했다.

 

정수, 하수처리 등 수질 분야부터 수소, 초순수 등에 활용되고 있는 분리막 기술(사진은 코오롱글로벌의 저에너지 분리막 하수처리 기술)

발전하는 수처리 분리막

이외에도 수처리 분리막에 대한 연구와 투자가 늘면서 수처리 분리막은 점점 고성능으로 발전하고 있다. 1989년 중공사막(UF)필터 개발을 시작으로 수처리 분리막 기술에 강점을 가진 코오롱은 분리막 기술인 멤브레인 기술을 통해 수처리 분야에 기술력을 쌓아오고 있다. 코오롱은 멤브레인을 수처리, 정수 등 물 산업은 물론 수소 시대를 맞아 수소차 연료전지의 필터에도 활용하며 성과를 내고 있다. 수소차 연료전지에 들어가는 코오롱의 필터는 수분만 통과시키는 멤브레인 기술을 적용해 외부에서 유입되는 공기와 미세먼지까지 걸러줌으로써 수소차의 완성도를 높이고 있다.

다양한 용도의 분리막 및 멤브레인 기술을 개발하고 있는 시노펙스 김천공장(사진 시노펙스)

나노기술 소재 전문부품기업인 시노펙스의 멤브래인 기술 역시 주목할 필요가 있다. 분리막 기술을 확보해 수입 의존도가 높은 고성능 필터의 국산화를 도모하고 있는 시노펙스는 물 산업은 물론 반도체, LCD 생산라인용 고성능 필터 등 다양한 수처리용 멤브레인 필터를 개발해 국내외에 공급해 호평을 받고 있다. 특히 시노펙스는 순수나 초순수가 필요한 반도체 및 전자 제품에까지 분리막 및 필터를 적용해 삼성전자와 LG 디스플레이 등에 보급하고 있다.

특히 지난해 LG화학으로부터 고성능 멤브레인 생산설비를 인수한 시노펙스는 김천공장을 확장·리모델링해 올해 4월부터 다양한 멤브레인 필터 양산에 돌입했다. 시노펙스는 수처리 분리막은 물론, 산소·질소 등의 기체분리용에서부터 의료기기·제약·바이오, 식음료 등의 초순수, 해수담수화 전처리 등 다양한 분야에서 필요한 멤브레인 제품을 제작하고 있다.

이처럼 과거 미국을 비롯한 선진국들이 선도하던 수처리 분리막과 멤브레인 기술은 국내 기술의 발전으로 격차가점점 줄어들고 있다. 앞으로 분리막 기술은 광범위하게 활용될 것으로 전망되는 만큼 이를 선도하기 위한 노력이 계속되기를 기대해본다.

임호동 기자  ihd3333@naver.com

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