세계적으로 물 부족 문제가 심각해짐과 동시에 환경규제가 강화됨에 따라 일본기업들이 수처리막(Membrane) 사업을 적극 확대하고 있다.
특히, 도레이(Toray)는 역침투(RO) 막 시장에서 해수담수화, 하수·폐수 재이용 용도를 중심으로 글로벌 점유율 1위를 유지하고 있는 가운데 경쟁력을 더욱 강화하기 위해 에너지 절약 타입을 투입할 계획이다.
후발주자인 한외여과(UF), 막분리 활성오니공법(MBR) 막도 차별제품으로 시장 개척에 박차를 가하고 있다.
특히, UF막은 2018년 미국 최대의 하수 식음료화 프로젝트 공모에 채택돼 뛰어난 성능을 인정받았다.
이밖에 정밀여과(MF) 막, 나노여과(NF) 막 등 모든 종류의 막을 직접 개발해 라인업하고 있으며 모든 영역에서 1위를 달성하기 위해 힘을 기울이고 있다.
에너지 절약 RO막으로 해수담수화
도레이는 세계 최대의 RO막 메이저로 자리 잡고 있다.
나선형 RO막은 해수담수화를 목적으로 다양한 지역에 채용되고 있으나 폐쇄해역에서 미생물이 번식하기 쉬운 사우디에서는 미생물 염소 살균에 강점을 보이는 중공사형 RO막이 주류를 이루고 있다.
그러나 최근에는 사우디에서도 에너지 코스트 감축 측면에서 나선형 채용을 확대하고 있다.
나선형은 중공사형에 비해 낮은 압력에서 가동할 수 있어 에너지 코스트를 줄일 수 있는 이점이 있기 때문이다.
중동은 해역 여건이 좋지 않아 적합한 나선형을 개발하기 어려웠으나 도레이는 RO막 표면과 막 사이에 삽입하는 스페이서를 개량하고 전처리에 사용하는 MF막 및 UF막의 성능을 향상시킴으로써 중동 해역에도 투입할 수 있는 나선형을 개발했다.
이에 따라 에너지 코스트 감축효과에 관심이 집중되고 있다.
사우디는 코스트 감축을 목표로 원유를 연료로 이용하는 증발공법에서 RO막 공법으로 전환하고 있으며 경쟁력 강화를 위해 해수담수설비를 국영에서 민영으로 전환하고 있어 신규 프로젝트에서는 나선형 채용이 증가하고 있는 것으로 알려졌다.
도레이는 히다치(Hitachi)와 공동으로 저압 가동에 따라 에너지를 약 20% 절감할 수 있는 해수담수용 RO막 실증시험을 사우디에서 진행하고 있다.
하수·폐수 재이용 용도는 세계 1-2위의 대규모 시설에서 모두 도레이의 RO막이 사용되고 있다.
재생물량이 일일 32만입방미터로 최대인 쿠웨이트 시설은 재생수를 농약용수로, 22만8000입방미터로 2위인 싱가폴 시설은 식음료용으로 이용하고 있다.
도레이는 2018년 4월부터 물 속 오염성분 부착을 억제할 수 있는 내오염성 RO막을 공급하기 시작했으며 하수·폐수 재이용 용도에서도 에너지 절약 대응을 추진할 방침이다.
RO막과 세트로 사용되는 UF막, MBR막은 도레이가 후발기업으로 이미 표준화된 규격이 있어 차별제품을 개발해 시장점유율을 꾸준히 확대하고 있다.
도레이의 UF막은 화학약품에 대한 내성 및 강도가 뛰어나고 오염성이 낮은 특징이 있어 수요처로부터 높은 평가를 받고 있다.
최근에는 미국 샌디에이고(San Diego)에서 진행된 하수 식음료화 프로젝트에 참여해 2010년부터 6년간 테스트를 거쳐 최종 수주에 성공했다.
도레이는 하수·폐수를 직접 식음료로 전환하는 시스템을 담당하며 RO막도 도레이가 수주할 가능성이 높은 것으로 알려졌다.
MBR막은 일반적인 중공사형이 아닌 평막형을 공급하고 있다.
층층이 쌓아 공간을 절약할 수 있으며 찌꺼기가 잘 얽히지 않아 염색공장에서 섬유찌꺼기 막힘을 억제할 수 있는 장점이 있어 하수·폐수처리, RO막과 조합한 하수·폐수 재이용 용도 등으로 사용되고 있다.
평막형은 2018년 모듈 최적화 및 기포상태 연구를 통해 에너지 변환효율을 3배로 향상시키는데 성공했으며 혁신적인 에너지 절약기술로 시장 투입을 앞두고 있다.
바이오 화학제품 생산 효율화도
도레이는 뛰어난 수처리 분리막 기술로 물 부족 및 폐수 문제를 해결할 뿐만 아니라 바이오화학산업 발전에도 기여하고 있다.
구체적으로 막을 이용해 사탕수수 착즙 후 남은 찌꺼기인 버개스(Bagasse)로부터 셀룰로오스당 등을 효율적으로 제조하는 막 이용 당화 프로세스, 셀룰로오스당을 원료로 바이오 화학제품 및 바이오 연료를 만드는 막 이용 발효 프로세스 실증시험을 동시에 진행하고 있다.
당화 프로세스에는 MF막, UF막, NF막, RO막, 발효 프로세스에는 MF막을 사용하고 있으며 기존 프로세스에 비해 에너지 소비량을 절약함과 동시에 생산수율을 향상시킬 수 있어 지속 가능한 저탄소 사회에 크게 기여할 것으로 기대하고 있다.
도레이는 세계에서 유일하게 모든 종류의 막을 직접 개발해 생산하고 있어 수처리 기술을 통해 축적한 노하우를 결집해 바이오 화학산업에 막 농축 기술을 도입하겠다는 목표를 세우고 있다.
막 이용 당화 프로세스와 관련해서는 2018년 7월 버개스를 사용하는 세계 최대의 실증설비를 타이에서 가동했다. 타이는 대규모 사탕수수 생산국으로 버개스가 풍부하기 때문이다.
버개스는 많은 유용물질을 함유하고 있으나 주로 발전용 연료로 투입되는데 그치고 있으며 활용되지 않은 채 폐기되는 것도 많아 유효활용이 선결과제로 자리잡고 있다.
도레이가 가동하고 있는 실증설비는 처리능력이 건조 버개스 기준 5000톤이며 셀룰로오스당 1400톤, 올리고당 450톤, 폴리페놀(Polyphenol) 250톤을 제조하는 것으로 파악되고 있다.
막을 이용함으로써 더욱 효율적으로 농축해 기존 증발농축공법에 비해 에너지 소비량을 50% 감축하겠다는 목표를 세우고 있다.
셀룰로오스당은 에탄올(Ethanol), 젖산(Lactic Acid), 숙신산(Succinic Acid) 등의 원료로 사용됨에 따라 다양한 바이오 화학제품 체인으로 전개할 수 있고 바이오 에탄올 연료로도 활용할 수 있어 브라질, 타이 등에서 보급되고 있는 자동차 가솔린(Gasoline) 혼합연료에 이용할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
올리고당, 폴리페놀은 화장품, 사료용 등으로 투입할 계획이다.
프로젝트는 도레이, Mitsui Sugar, Mitsui물산 3사가 기술적인 실증을 실시하고 있으며 신에너지·산업기술종합개발기구(NEDO)와 타이 국가개혁원(NIA)이 지원하고 있다.
2022년까지 시험을 계속하고 이후 버개스를 배출하는 제당기업에게 시스템을 넘길 예정이다.
도레이는 셀룰로오스당을 발효해 바이오 화학제품을 생산하는 시스템에도 막 기술을 도입하고 있다.
기존 발효 프로세스는 구입한 당을 모두 소비하면 생산이 끝나는 배치식으로 생산성이 낮은 단점이 있어 도레이는 투수성 및 내구성이 뛰어난 PVDF(Polyvinylidene Fluoride) 베이스 MF막을 분리막으로 채용해 균체 리사이클형 연속발효 프로세스를 완성했다.
장시간에 걸쳐 연속으로 발효함에 따라 잡균에 대한 고도의 대책이 필요하나 독자의 발효 프로세스, 막 기술, 연속 발효에 적합한 새로운 효모를 취득함으로써 오염 문제를 해결했다.
2011년 프로세스를 개발한 이후 2016년 도카이(Tokai) 공장에서 대규모 실증시험을 실시해 기존 배치식 발효 프로세스에 비해 10배 빠른 생산속도로 약 1개월간 연속 발효하는데 성공했다.
2020년 실용화를 목표로 양산기술을 더욱 향상시켜 타이를 시작으로 브라질, 인디아 등 사탕수수 베이스 에탄올을 생산하고 있는 국가에 기술을 적용할 방침이다.
AKC, 중국시장 중심으로 공세 강화
Asahi Kasei Chemicals(AKC)은 중국에서 수처리용 중공사 여과막 브랜드 Microza의 사업체제를 재정비한다.
중국은 환경규제 강화의 영향으로 수처리 관련 시장이 높은 성장률을 계속하고 있다.
이에 따라 AKC는 일본 후지(Fuji) 공장에서 생산해 수출하던 Microza를 현지생산으로 전환하기 위해 2018년 말 중국 항저우(Hangzhou)에 모듈 조립설비를 신규 건설하기로 결정했다.
Microza는 막 여과를 위한 중공사막으로 후지공장에서 중공사를 제조해 후지 및 항저우 공장에서 여과막 모듈을 조립하고 있다.
Asahi Kasei Microza(Hangzhou)는 후지 공장으로부터 PVDF 베이스 중공사막을 조달받아 한외여과(UF) 막, 정밀여과(MF) 막을 생산하고 있으며 상하수도 및 공장 수처리, 폐수 리사이클 등 일반수처리용을 중심으로 공급하고 있다.
지름 0.8마이크로미터와 0.1마이크로미터 그레이드에 주력하면서 용도에 따라 중공사의 굵기 및 구조를 최적화하고 있으며 오염도가 높은 물에서도 막히지 않아 투수성능 및 여과수의 수질 안정성을 장기간 유지할 수 있는 강점이 있는 것으로 알려졌다.
중국 정부는 2015년 4월 수질오염방지 행동계획을 발표한 후 오염물질 배출의 전면억제, 공업용수 순환이용 등에 나서고 있으며 지방정부가 세부적인 목표를 세워 행동계획을 추진하고 있다.
AKC는 전력 및 화학 분야 수요에도 대응하고 있다.
중국에서는 화력발전소 보일러용수를 순수화하기 위한 탁질 제거용을 비롯해 석탄화학 플랜트의 용수·폐수 리사이클 부문에 Microza를 보급하고 있다.
AKC는 중국 일반수처리 시장이 연평균 10%에 육박하는 성장률을 유지하며 글로벌 최대시장으로 부상함에 따라 현지생산체제를 완비하기로 결정했다.
현재는 중국 판매제품의 약 30%를 일본에서 공급하고 있으나 앞으로는 100% 항저우에서 공급할 수 있는 체제를 구축할 계획이다.
환경규제 강화에도 대응할 방침이다.
AKC는 하수 리사이클을 중점분야로 설정하고 있는 가운데 중국 정부가 하천수 오염 개선 행동목표를 마련함으로써 하수 및 폐수에 대한 관리규제가 더욱 강화될 것으로 예상되고 있어 비즈니스를 확대할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
우선 마케팅을 중심으로 수요 확보에 주력할 계획이다.
Asahi Kasei Microza(Hangzhou)는 2005년 설립한 이후 2006년 상업가동을 시작했다.
초기에는 하수처리, 공업폐수처리를 위한 막분리 활성 오니법(MBR)용으로 MR막을 공급했으며 서서히 일반수처리용 모듈제품으로 전환했다.
중국 수처리 시장은 현지기업과 해외기업이 시장을 양분하고 있으며 해외기업 중에서는 다우케미칼(Dow Chemical)이 1위, AKC가 2위를 달리고 있다.
AKC는 2019년 시작하는 중기 경영계획을 통해 중국시장에서 약 10%에 달하는 성장을 지속함으로써 고기능성 소재 사업의 수익성 제고에 기여할 방침이다.
