
환경보호에 에너지 절감 활용 응용부문 개발 … MOF 제습제 주목
합성 제올라이트(Zeolite) 시장이 점차 확대되고 있다.
합성 제올라이트는 실리카(Silica)와 알루미나(Alumina)를 주성분으로 제조한 결정성 알루미나 규산염의 총칭으로, 분자구조 중에 미세한 구멍을 보유해 분자 여과작용이나 극성 흡착작용, 촉매작용, 이온 교환작용 등을 발현하고 있다.
천연물을 포함해 그동안 약 200종의 구조를 확인했으며 기본적인 구조적 다양성 뿐만 아니라 실리카와 알루미나 조합 비율을 변경하거나 금속이온 등 조성 변경에 따라 가능한 조합이 무궁무진한 것으로 파악되고 있다.
이와 같은 다양성을 활용해 광범위한 용도에 투입되고 있으며 연구 또한 기초부터 응용부문까지 다양하게 추진되고 있다.
합성 제올라이트는 크게 친수성인 A형, X형 제올라이트와 실리카/알루미나 비중이 5 이상인 소수성 하이실리카 제올라이트로 구분하고 있다.
A형, X형 제올라이트는 선택 흡착력이 강해 기체·액체 흡수와 분리정제 등에 사용하고 있다.
활성 알루미나 혹은 실리카겔과 같은 건조제에 반드시 필요한 저온·고온영역에서의 흡습성이 뛰어난 것이 특징이다.
공업용에서는 각종 용제와 나프타(Naphtha) 분해로 탈수, 냉각 프레온 탈수 등 다양한 프로세스에 채용되고 있다.
아울러 생활과 밀접한 영역에서는 적층유리의 김서림을 방지하는 건조제로 합성 제올라이트 보급이 확대되고 있고 건조(Desiccant) 타입 제습기에 사용하는 제습제로도 이용되고 있다.
요구되는 특성은 에너지 절감이기 때문에 생산기업들이 저온에서 재생할 수 있는 합성 제올라이트 개발에 박차를 가하고 있다.
하이실리카 제올라이트는 내열성, 내산성이 높아 석유정제·석유화학 고정산화촉매 등에 사용하고 있다.
최근 수요가 증가하고 있는 것은 환경 및 에너지 절감 관련 분야로, 공장의 배기가스를 처리할 때 VOCs(휘발성 유기화합물) 흡착제거에 합성 제올라이트가 활용되고 있으며, 특히 대기오염이 심각한 중국을 중심으로 수요가 꾸준한 증가세를 나타내고 있다.
또 합성 제올라이트는 발암성이 지적되고 있는 화학물질 등 활성탄에서 제거하기 어려운 유해물질을 흡착할 수 있다는 점에서 인쇄공장 등 유기용제를 사용하는 사업장의 공조필터 등으로도 채용이 늘어나고 있다.
자동차 배기가스용 촉매 용도 역시 세계적으로 배기가스 규제가 강화됨에 따라 수요가 증가하고 있다.
이온 교환기능을 활용해 세제용 빌더로도 투입하고 있다.
물에 녹아 있는 칼슘이나 마그네슘을 이온 교환으로 포집해 물로 연화시키고 세정력을 높이는 작용을 하고 있다.
다만, 세제빌더용은 그동안 제올라이트의 최대 용도로 자리를 잡았으나 최근 제올라이트를 사용하지 않는 액체세제 보급이 보편화됨에 따라 수요가 감소하고 있다.
이에 따라 일본은 더이상 자체 생산하지 않고 있으며 중국, 한국산 등 수입제품으로 수요를 충당하고 있다.
2011년 동북지방 대지진으로 후쿠시마(Fukushima) 원자력발전소가 폭발했을 당시에도 이온 교환능력을 활용하기 위해 각종 제올라이트를 투입한 바 있다.
한편, 한국화학연구원이 실리카겔과 제올라이트를 대체할 수 있는 제습제를 개발해 주목된다.
금속과 유기물질을 결합한 금속유기골격체(MOF)로 만든 MOF 제습제는 수 나노미터(10억분의 1m) 크기의 미세한 구멍들이 나 있는 수분 흡착제로 공기 중 수분 흡착비율이 높고 수분을 쉽게 떼어낼 수 있어 수분을 머금은 제습제의 건조·재생에 소비되는 에너지가 적은 것으로 알려졌다.
실리카겔·제올라이트 등으로 이루어진 제습제는 건조시키기 위해 온도를 섭씨 100-200도로 높여야 하지만, MOF 제습제는 70도 이하의 폐열로도 재생이 가능하기 때문으로, 실리카겔 제습제를 사용한 냉방기와 비교해 전력 소모량을 40% 이상 줄일 수 있는 것으로 나타나고 있다.
화학연구원은 2020년까지 시제품 테스트를 완료하고 2021년 출시를 목표로 2020년 4월8일 냉난방기기 생산기업 에이올코리아와 MOF 제습제를 이용한 제습냉방기 기술이전 협약을 맺었다. (강윤화 선임기자)