전 세대가 행복한 환경을 위해, 효성화학 멤브레인 솔루션
물 부족 현상의 가장 큰 원인을 알고 계신가요? 바로 기후 위기입니다. 기후는 여러 해에 걸쳐 일정 지역에 나타난 강수량, 기온, 바람 등의 평균 상태를 말하는데요. 이러한 기후에 위기가 왔다는 것은 물 부족을 비롯해 해수면 상승, 생태계 붕괴 등 지구 환경에 심각한 위험이 도래했음을 의미합니다. 수자원 고갈에 대응하는 전 세계 수처리 기술 지구 표면의 70%는 물이지만 우리가 마시고 쓸 수 있는 담수는 약 3%에 불과합니다. 기후 위기로 이 3%마저 빠르게 고갈되고 있는데요. 예를 들어 해수면이 높아지면 지하수층에 염수가 스며들어 담수 자원이 오염됩니다. 수온 상승은 호수, 강 같은 수자원의 증발 속도를 높이죠. 나아가 수질 및 생태계에도 영향을 미쳐 공중 보건에 문제가 발생합니다. 원전이나 물을 직접 발전에 이용하는 수력 발전소 가동도 어려워져 에너지 위기가 가속화될 수 있죠. 이미 시작된 물 부족 현상을 극복하고자 세계 곳곳에서는 지리·기후적 특성과 수자원 상황에 맞춰 다양한 방안을 강구 중입니다. 사막 기후로 물 부족을 겪는 중동 국가에서는 오래전부터 해수 담수화 기술에 매달리고 있습니다. 바닷물을 가열해 증발시키는 1세대 기술에 이어 농도가 진한 바닷물에 높은 압력을 가해 담수를 만드는 2세대 역삼투법, 그리고 기존 공정보다 낮은 온도와 압력으로 물을 생산하는 막 증류법도 시도하고 있죠. 자체적으로 접근할 수 있는 상수원이 부족했던 싱가포르는 뉴워터(NEWater) 프로그램(폐수 재사용 기술)을 도입해 자급률을 높였습니다. 15만 가지 과학 실험을 거쳐 30년간 개발한 끝에 고도 정수 처리(미세 여과, 역삼투, 자외선 소독)로 하폐수를 음용이 가능한 수준까지 끌어올렸습니다. 국토의 25%가 해수면보다 낮은 네덜란드 역시 수자원 관리가 절실했는데요. 인공 습지, 홍수 방지 숲, 모래 여과 시스템 등 자연 모방 기술로 취수 환경을 개선하고 재해를 예방하고 있습니다. 무엇보다 생태계와 조화를 이루는 방식이라 화학 약품 사용은 최소화하고 경제성을 살릴 수 있었죠. 이렇듯 대체 수자원 기술 시장은 매년 커지고 있습니다. 한 조사 기관에 따르면 세계 수처리 시장은 2025년 1,000조 원, 2030년에는 1,500조 원을 넘어서리라 예측합니다. 생존 요소인 만큼 많은 국가가 정책적으로 수자원 관리에 나서고 있죠. 동남아시아 등 기후 위기 취약 국가에 공적 지원 사업을 펼쳐 수자원 관리 시장 개척을 도모하는 선진국 사례도 눈에 띕니다. 지속 가능한 수자원 관리의 막을 올린 멤브레인 앞서 소개한 수처리 방법들의 공통점은 ‘멤브레인(Membrane)’을 사용했다는 것입니다. 멤브레인은 원하는 물질(깨끗한 물)만 통과시키고 그 외 물질은 걸러내는 반투과성 ‘막(膜)’인데요. 기공 사이즈 0.03㎛(머리카락 굵기 2,000분의 1)의 중공사 분리막을 이용해 여과가 이뤄지죠. 이는 물리적, 화학적, 생물학적 오염 물질에 효과적입니다. 실제로 멤브레인을 수처리 시스템에 활용하면 물속 오염 물질, 대장균 등을 99.99% 이상 제거할 수 있습니다. 근미래에는 효율적인 전력망 구축과 함께 수질 관리가 필수적입니다. 여러 측면에서 멤브레인이 스마트 워터 그리드(Smart Water Grid)를 구현할 핵심 기술로 인정받는 이유죠. 첫째, 높은 효율로 크고 작은 불순물을 없애 깨끗하고 안전한 물을 공급합니다. 둘째, 화학 물질 사용은 줄이고 물 재사용과 자원 절약에 기여해 환경친화적입니다. 셋째, 증류나 결정화 같은 전통적인 열적 분리 공정에 비해 가열이 요구되지 않아 에너지 사용량이 적습니다. 넷째, 확장성이 남달라 음용수 정화, 산업 폐수 처리, 해수 담수화 등 다양한 분야에 적용됩니다. 국내 최초를 이끈 효성화학의 기술 ▲ 멤브레인 가압형 프로레스 트레인 멤브레인 시장 규모는 계속 성장 중입니다. 수처리가 화학이나 증류 방식에서 멤브레인 방식으로 대체되고 있기 때문이죠. 기술 혁신으로 효율성이 높아져 비용이 하락한 점도 한몫했습니다. 수처리용 멤브레인은 공공 상하수, 산업용수, 담수, 초순수(Ultrapure water) 등으로 대상 범위도 넓은 편입니다. 과거 멤브레인은 소수의 글로벌 기업이 시장을 주도했습니다. 당시 국내 기업들도 멤브레인 사업에 관심을 가졌으나 원천 기술이 부족해 기술 격차가 컸죠. 그럼에도 효성화학은 포기하지 않고 연구 개발 및 투자를 거듭해 점차 경쟁력을 확보해 나갔습니다. 국내 멤브레인 상용화가 이뤄지던 1990년대, 효성은 그간 쌓은 기술력으로 정수기용 분리막을 자체 개발하고 장영실상을 받습니다. 효성 멤브레인의 시작이었죠. 2000년 산업용 멤브레인 기술 개발을 기점으로 현재까지 괄목할 성장을 보여주고 있습니다. 2011년에는 국내 최초로 침지식 정수 처리 기술을 고안해 가압형 막 모듈* 인증을, 2단 침지식 정수 처리 시스템 등으로 환경부에서 ‘환경 신기술 인증’을 획득하기도 했습니다. 지난해 자체 신기술로 제주도 내 정수장 두 곳에 분리막 모듈부터 공법 기자재까지 납품하며 국내 사업 범위도 더욱 확장했습니다. * 막 모듈: 일정 개수의 막을 균일한 형태의 용기 내 설치해 일체화하거나 묶음 형태로 일체화해 여과 기능을 하도록 만든 장치. ▲ 다양한 용도로 쓰이는 침지형 중공사막 HSF-BS 01. 수처리 산업의 핵심 소재 ‘침지형 중공사막 HSF-BS/HSF-MBR’ 국내 유일의 기능성 막 모듈인 HSF-BS는 정수, 하폐수 처리뿐만 아니라 오염도가 상대적으로 높은 원수(수돗물이 되기 전의 물)에 주로 쓰입니다. 원수를 채운 탱크에 멤브레인을 넣어 대기압보다 낮은 압력으로 투과시키는 방법을 취하죠. HSF-MBR은 세계 최고 수준의 운전 유량을 자랑하는데요. 운전 유량이 높을수록 같은 시간 동안 정수 여과량이 많아 효율이 좋다고 평가됩니다. 고도의 자동화 시스템으로 인건비를 절감하고, 유기물 제거율도 기존 대비 3~4배 이상입니다. 또한, 침전 및 여과 공정을 생략해 설치 면적을 최대 50%까지 감소할 수 있는 제품입니다. 02. 효성의 독자적인 방사 기술을 적용한 ‘가압형 중공사막 HSF-CP’ 복합 멤브레인 구조인 HSF-CP는 NIPS*와 TIPS** 공법을 동시에 적용했습니다. 덕분에 내구성 및 내화학성이 뛰어난 건 물론 제거율, 투수성이 확실하죠. 정수, 산업용수, 해수 담수 전처리 같은 수처리 산업의 핵심 소재라 오염도가 비교적 낮은 원수에 쓰입니다. 원수에 압력을 가해 멤브레인을 투과시키는 방식입니다. * NIPS(Nonsolvent-Induced Phase Separation): 비용매 유도 상분리법. 고분자 용액을 비용매에 담가 상분리로 멤브레인을 형성하는 기술. ** TIPS(Thermally-Induced Phase Separation): 열 유도 상분리법. 고온에서 고분자 용액을 냉각하여 상분리를 통해 멤브레인을 형성하는 기술. 효성화학이 열어갈 멤브레인의 미래 멤브레인은 물에서만 쓸모 있는 기술이 아닙니다. 필요한 물질만 여과하는 멤브레인 기술은 이미 에너지, 의료·생명과학, 식음료, 공기 정화 및 폐기물 처리, 반도체, 섬유 등 고부가가치 산업에서 활약하고 있습니다. ▲ 정수 외에도 필요 물질만 여과하는 데 탁월한 멤브레인 기술효성화학의 멤브레인 역시 기술 그 이상의 가치를 추구합니다. 운전 에너지를 40% 이상 저감하고, 정수 처리 과정에서 버려지는 물의 양을 30% 넘게 줄이며 환경친화적인 효과에 집중하고 있죠. 이에 더해 환경 신기술 인증*을 다수 획득해 수질 및 현장 특성에 최적화된 토털 솔루션을 제공하려 노력 중입니다. * 환경 신기술 인증·검증: 국내 최초 개발됐거나 외국에서 도입한 환경 기술의 개량 정도에 따라 기술 성능, 현장 적용 우수성 등을 평가하여 정부가 환경 신기술로 인증 부여하는 제도. 경제 발전, 자연환경 악화 등으로 물 부족이 지구적 문제로 떠오른 지금. 효성화학 또한 만들어내기만 하는 화학에서 벗어나, 지키고 개선하며 새 솔루션을 창조하는 화학으로 미래를 마주하려 합니다. 지속 가능성을 갖춘 제품을 개발하고자 전 구성원이 생산 공정과 자원 선순환 체계를 구축하는 데 마음을 다하고 있죠. 더 큰 숲을 내다보며 ‘The Next Chemistry’를 실현할 효성화학의 행보를 지켜봐 주시길 바랍니다.
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