배기가스 촉매와 VOCs 흡착용 신장 … 일본은 고부가화 강화
합성 제올라이트(Zeolite)는 실리카(Silica)와 알루미나(Alumina)로 구성된 결정성 다공질 규산알루미늄으로 촉매, 흡착, 이온교환 기능과 같은 특성을 통해 화학산업에서 다양하게 활용되고 있다.
설계 자유도가 높고 기능성을 부가하기 쉬운 이점이 있기 때문에 신제품 개발이 지속적으로 이루어지고 있으며, 최근 에너지 절감 분야에서 공동 연구가 활발해지고 있다.
분자구조 가운데 균일한 미세기공을 지닌 것이 최대 특징으로 분자 제거, 극성 흡착, 촉매, 이온 교환 기능을 발현하며 설계 자유도가 높아 그동안 200종에 달하는 합성 제올라이트가 탄생했다.
제올라이트는 친수성 A형, X형 제올라이트와 실리카·알루미나 비중이 5 이상인 소수성 하이실리카 제올라이트로 구분된다.
A형, X형 제올라이트는 흡습(탈수) 성능이 실리카겔 및 활성 알루미나에 비해 매우 높고 질소 등 기체 흡착력이 강하며 선택성도 높아 다양한 기체·액체의 건조·분리 정제 등에 활용되고 있다.
흡습제용은 나프타(Naphtha) 분해가스 및 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene) 등 용제나 공기분리 산소 PSA(압력스윙흡착공법) 장치의 탈수 등에도 투입되고 있다.
이온교환용은 의료 세제용 빌더에 활용되고 있다. 현재 합성 제올라이트의 최대 용도이나 분말세제에서 빌더를 사용하지 않는 액체세제 보급이 확대됨에 따라 수요가 감소하고 있다.
하이실리카 제올라이트는 내열성, 내산성이 뛰어나기 때문에 석유정제 및 석유화학 프로세스의 고정산화 촉매 기재로 유동층접촉분해(FCC), 수소화분해, 경질탄화수소의 방향족화 용도로 사용되고 있다.
환경보호용은 수요 신장이 기대되고 있으며, 특히 자동차 배기가스 처리용 촉매는 세계적으로 배기가스 규제가 강화됨에 따라 시장이 확대되고 있다.
VOCs(휘발성 유기화합물) 흡착용 수요도 증가하고 있다.
하이실리카 제올라이트는 내열성이 뛰어나고 활성탄과 같이 연소하지 않아 고온에서 재생 가능하기 때문에 VOCs를 함유하고 있는 배기가스를 처리하는데 최적의 소재로 평가되고 있으며 대기오염이 심각한 중국 등에서 규제가 강화됨에 따라 수요가 대폭 신장할 것으로 예상되고 있다.
Tosoh는 하이실리카 제올라이트 「HSZ」와 Molecular Sieves 「Zeolum」을 중심으로 사업을 추진하고 있다.
Tosoh가 생산하는 합성 제올라이트는 실리카와 알루미나가 규칙적으로 연결된 균일한 미세기공을 형성하고 있으며 목적물질을 높은 정밀도로 흡착·제거·분리하거나 촉매 반응 생성물을 높은 선택율로 취득할 수 있는 것이 특징이다.
HSZ는 높은 내열성 및 내산성이 특징으로 석유정제 및 석유화학 촉매로서 다양하게 활용되고 있는 가운데 세계적인 배기가스 규제 강화에 따라 자동차 배기가스용 촉매 수요가 크게 증가하고 있다.
세계적으로 대기오염 관련 규제가 강화되고 있는 가운데 VOCs 흡착용 수요도 신장이 기대되고 있다.
Tosoh는 2014년 11월 가동을 시작한 No.3 HSZ 공장의 풀가동을 지속하고 있는 가운데 수요 증가에 대응하기 위해 Nanyo 공장과 Yokkaichi 공장의 생산능력을 단계적으로 확대하고 있다. 아울러 HSZ의 해외 최초 생산설비를 말레이지아에 건설하고 있으며 2017년 6-7월경 상업가동을 시작할 계획이다.
수요가 높은 그레이드를 중심으로 유럽·미국 뿐만 아니라 아시아 지역에도 공급할 계획이다.
Zeloum은 높은 흡착 성능을 지닌 친수성 제올라이트로 석유화학 플랜트용 흡수제, 자동차 에어콘 및 냉장고용 냉매 건조, PSA 산소 발생용 흡착제, 반도체 배기가스 처리제, 복층유리 건조제, 의약품 보존제 등으로 다양하게 활용되고 있다.
특수처리를 통해 바인더계를 제올라이트로 전환한 탈바인더도 강점 가운데 하나로 흡착 성능을 20% 향상시킬 수 있는 것으로 알려졌다.
Showa Denko와 미국 UOP가 합작한 Union Showa는 환경 및 에너지 관련 분야에 주력하고 있다.
Union Showa는 Fukushima 원자력발전 사고 당시 미국 Three Mile 섬 원자력 발전 사고에서 오염수 처리 실적을 보유하고 있는 UOP의 합성 제올라이트와 함께 Fukushima 오염 상황 및 처리 시스템에 최적화한 독자의 합성 제올라이트를 잇따라 투입해 사고 수습에 크게 기여한 것으로 평가되고 있다.
각종 합성 제올라이트 이외에 활성 알루미나 등도 라인업하고 있어 공장 폐수 및 지하수 유해물질 제거 관련 시장을 개척해 나갈 계획이다.
공장 배기가스의 VOCs를 흡착·제거하는 로터용 Molecular Sieves의 일본 최대 메이저로 로터 생산기업과의 협력을 강화해 환경규제가 강화되고 있는 중국 등에서 판매를 확대할 방침이다.
수소 정제 분야는 성장시장으로 규정되고 있다.
본격적인 수소사회의 도래를 앞두고 연료전지자동차(FCV)용을 비롯해 수소 관련 기술의 연구개발이 활발히 이루어짐에 따라 수분 및 불순물을 효과적으로 흡착·제거하는 소재로서 합성 제올라이트의 채용이 확대되고 있다.
Mizusawa Chemicals은 주력제품인 기능성 흡착제와 수지첨가제의 고기능화 및 차별화를 위해 합성 제올라이트를 활용하고 있다.
합성 제올라이트는 「Mizuka Sieves」 브랜드로 공급하고 있으며 A형 제올라이트, 13X 제올라이트 이외에 하이실리카 제올라이트도 라인업하고 있다.
수요처의 니즈에 맞추어 다양한 형태로 제공할 수 있으며 산업가스 및 VOCs 흡착 필터, 촉매, 페인트 및 접착제 건조제, 탈취제 등에 다양하게 활용되고 있다.
Mizusawa Chemicals은 BTX 정제용으로 높은 점유율을 보유하는 활성백토 뿐만 아니라 알루미나, 실리카겔 등 합성 제올라이트 이외의 흡착제도 생산하고 있다.
수요처의 니즈에 대응하며 개발을 추진하고 있으며 다양한 생산제품 가운데 최적의 무기소재를 조합해 제공할 수 있는 것이 강점으로 파악되고 있다.
아울러 수지첨가제를 활용함으로써 합성 제올라이트의 고기능화를 도모하고 있다.
합성 제올라이트는 PVC(Polyvinyl Chloride)의 내열성 확보 및 폴리올레핀(Polyolefin) 필름의 블록 방지 등의 기능이 있다.
Mizusawa Chemicals은 독자의 미세가공 기술 및 변성 기술을 활용함으로써 수요처의 가공용도와 니즈에 대응한 수지첨가제를 다수 공급하고 있다. PVC, PE(Polyethylene), PP(Polypropylene)용 첨가제가 중심이나 앞으로는 대상을 확대하고 수요처의 가공 방식에 적합한 소재를 개발하는데 주력할 계획이다.
<화학저널 2017년 10월 30일>
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