합성 제올라이트(Zeolite)는 촉매기능, 흡착기능, 이온교환기능과 같은 특성을 활용해 의료용 세제 등 일상 분야에서 공업 분야까지 폭 넓게 활용되고 있다.
제올라이트는 발견된 지 반세기가 넘은 소재로 대체물질이 거의 없어 시장이 안정돼 있으며, 최근 환경 및 에너지절약 분야를 중심으로 용도 개발이 활발해지고 있다.
흡착제·촉매제로 채용 활발
제올라이트는 실리카(Silica)와 알루미나(Alumina)의 결정체이며 분자 구조 가운데 미세한 기공을 보유하고 있다.
미세기공은 실리카 및 알루미나와는 다르게 균일하기 때문에 선택성이 높고 강력한 흡착력을 발휘하며 결정 구조 가운데 칼륨, 나트륨, 칼슘 등 양이온이 포함돼 있어 이온교환 기능을 수행할 수 있다. 강력한 산성을 나타내기 때문에 촉매로도 활용할 수 있다.
제올라이트는 친수성 A·X형 제올라이트와 실리카·알루미나 비율이 5 이상인 소수성 하이실리카 제올라이트로 구분되며, 구조와 조성을 다양하게 조합할 수 있기 때문에 반응 및 흡착 대상물질에 맞추어 최적으로 설계된 신제품이 지속적으로 개발되고 있다.
A·X형 제올라이트는 선택 흡착력이 뛰어나고 특히 수분흡착이 저습도·고습도 영역에서도 활성 알루미나 및 실리카겔에 비해 수십배 가량의 높은 흡착력을 나타낸다. 질소 등 기체의 흡착력도 강해 기체·액체 등 광범위한 영역의 건조 분리정제에 활용되고 있다.
화학 플랜트는 각종 용제 및 고순도가스 정제에 흡수·탈수용을 채용하고 있다.
에너지절약·친환경주택용으로 보급되고 있는 복층유리용 내부 건조제 및 에어콘·제습기의 제습제, 열펌프 등에도 사용되며, 마스크 및 데오드란트 등에도 항균 처리한 제올라이트가 폭넓게 활용되고 있다.
세제용 빌더는 합성 제올라이트 수요 전체의 50% 이상을 차지하는 최대 용도이나 분말세제의 컴팩트화 및 제올라이트를 필요로 하지 않는 액체세재가 보급됨에 따라 내수가 감소세를 나타내고 있으며, 중국산 및 동남아산 등이 유입돼 일본산을 대체하고 있다.
하이실리카 제올라이트는 내열성 및 강산성 특징을 활용해 석유정제·석유화학의 고정산화 촉매제로 FCC(Fluid Catalytic Cracker)를 비롯해 수소화정제, 수소화분해, 이성화, 접촉개질 등의 각종 프로세스에 활용되고 있다.
촉매, 배기가스 정화용 중심으로…
수요 다양화는 환경문제와 관련이 있으며 자동차 배기가스 정화용 촉매가 대표적인 용도이다.
세계적으로 배기가스 규제가 강화되고 있는 가운데 촉매에 요구되는 기능도 높아지고 있어 산학이 신소재 개발을 위한 연구개발을 적극화하고 있다.
도료 및 인쇄 공장 등에서 배출되는 VOCs(휘발성 유기화합물)의 흡착용 수요도 확대되고 있다.
제올라이트는 활성탄이 제거하지 못하는 유해물질도 처리 가능하며 내열성이 우수하고 고온 재생이 가능하기 때문에 수요가 활성탄에서 제올라이트로 전환되고 있다.
가정용 공기청정기 등의 민간용도도 유망 분야로 생활수준이 향상됨에 따라 청결·건강에 대한 관심이 높아지고 있는 개국 수요가 신장하고 있으며, 바이오가스 및 바이오 에탄올 정제·분리도 성장이 기대되고 있다.
Tosoh, HSZ 생산능력 확대
Tosoh는 스페셜티군을 성장 분야로 정의하고 투자를 적극화하고 있다.
성장세가 뚜렷한 하이실리카 「HSZ」와 Molecular Sieves 「Zeolum」을 중심으로 사업을 추진하고 있다.
Tosoh가 생산하는 합성 제올라이트는 실리카와 알루미나가 규칙적으로 연결된 균일한 미세기공을 형성하고 있다. 자동차 배기가스 정화 촉매용으로 수요가 많으며 신흥국에서도 배기가스 규제가 매년 강화됨에 따라 수요가 꾸준히 신장할 것으로 기대되고 있다.
Tosoh는 수요 확대에 대응하기 위해 2014년 11월 Nanyo 공장에서 가동한 No.3 HSZ 공장을 강화하고 있으며, HSZ의 해외 최초 플랜트를 말레이지아에 건설해 2017년 중반 상업운전을 시작할 계획이다.
2015년 폭스바겐(Volkswagen) 배기가스 조작사건으로 화제가 된 자동차는 질소산화물(NOx) 저감 기술이 환원제에 연료를 사용하는 「LNT 시스템」인 반면, HSZ를 적용하는 기술은 요소수를 사용하는 「요소 SCR 시스템」이다.
LNT는 승용차 등의 소형차에 채용되고 트럭 등 대형차 대부분은 요소 SCR 시스템을 채용하고 있기 때문에 Tosoh에게는 별다를 영향을 미치지 않을 것으로 파악되고 있다.
Zeolum은 높은 흡착 선택성, 흡수성을 강점으로 내세워 PSA 산소 발생용 흡착제 등에서 채용실적을 쌓고 있다.
특수 처리를 통해 바인더계를 제올라이트로 전환한 탈바인더도 강점 가운데 하나로 흡착 성능을 20% 향상시켰다.
Mizusawa, 합성 제올라이트 통해 고부가화
Mizusawa Chemicals는 활성백토를 비롯한 흡착기능 소재와 PVC(Polyvinyl Chloride) 안정제 등 수지첨가제를 중점적으로 공급하고 있다.
합성 제올라이트는 차별화 전략을 밑받침하는 가장 중요한 생산제품으로 「MIZUKASIEVES」 브랜드로 A형 제올라이트, 13X 제올라이트 이외에 촉매로 활용 가능한 하이실리카 제올라이트를 갖추고 있으며, 구슬에서 미립분자까지 수요처의 가공용도 및 요구성능에 맞추어 다양한 형태로 공급하고 있다.
필터, 조습제, 촉매, 도료·접착제 건조제, 탈취제 등 폭넓은 용도로 사용되고 있으며, 제올라이트를 수지첨가제에 활용하고 있는 것도 강점이다.
합성 제올라이트에는 PVC의 내열성 확보, 폴리올레핀(Polyolefin) 필름의 블록킹 방지 기능이 있으며 필름의 투명도를 훼손하지 않는 특징이 있다.
독자의 미세가공 및 변성 기술을 활용함으로써 수요처의 가공용도와 니즈에 대응한 수지첨가제를 다수 개발·공급하고 있다. PVC, PE(Polyethylene), PP(Polypropylene)가 중심이나 앞으로는 대상을 확대하고 수요처의 가공 방식에 적합한 소재를 개발하는데 주력할 계획이다.
세제용 빌더는 Lion과의 합작으로 타이에서 빌더용 A형 제올라이트 이외에 활성백토, 알루미나, 실리카겔 등 다양한 무기소재를 공급하고 있다.
Union Showa, 수요처 니즈에 적극 대응
Showa Denko와 미국 UOP의 합작기업 Union Showa는 제올라이트 생산체재를 확대했다.
하이실리카 제올라이트를 UOP로부터의 수입해 의존해 왔으나 2014년 12월 Higashi Nagahara 공장에 생산설비를 완공함에 따라 일본산 대체가 이루어지고 있다.
Yokkaichi 공장에서 친수성 합성 제올라이트를 생산하고 있으며 Mie와 Hukushima 공장은 일본 및 아시아 수요에 대응하고 있다.
신제품은 자외선 및 가시광조사로 발광하는 신규 형광체를 개발했다.
NEDO(신재생에너지·산업기술종합개발기구)의 조성을 통한 산학관 연계 공동 프로젝트로 개발했으며 제올라이트의 종류 및 은 배합을 변경함으로써 발기파장이 변해 다양한 색을 내는 것이 가능하다.
기존 형광체와는 달리 고가의 희귀금속을 사용하지 않을 뿐만 아니라 무기소재이기 때문에 내구성이 뛰어난 것이 특징으로 LED(Light Emitting Diode) 조명 이외에 고급 브랜드 가방 등 진위 감정용 특수 잉크 등으로 수요가 증가할 것으로 기대하고 있다.
양산체제는 정비를 완료했고 신규 형광체는 2016년 1월부터 샘플 출하를 시작했으며, 신규 용도로는 바이오가스, 바이오 에탄올의 정제 분야에 주력할 방침이다.
Union Showa는 Hukushima 원자력발전 사고에 따른 오염수 처리에도 제올라이트를 채용하고 있다. 미국 Three Mile 섬 원자력 발전 사고 당시 오염수 처리실적을 보유하고 있는 UOP의 합성 제올라이트와 함께 Hukushima 오염 상황 및 처리시스템에 맞춘 독자의 제올라이트를 공급하고 있다.
