촉매는 화학반응의 효율을 높여주는 소재로 석유정제, 석유화학, 자동차, 의약품, 식품 분야에 주로 투입되고 있다.
특히, 석유화학 프로세스 개발의 핵심 기술로 평가되며 탈탄소 사회 실현에 기여하는 프로세스 혁신에 중요한 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
최근 탄소중립 트렌드와 함께 글로벌 수요 증가가 기대됨에 따라 생산기업들은 기존 보유기술을 바탕으로 새로운 사업 기회 창출에 박차를 가하고 있다.

클라리언트, 중국 PDH 투자 타고 수익 “호조”
클라리언트(Clariant)는 글로벌 석유화학, 합성가스, 특수화학제품용 촉매 시장에서 최대 점유율을 차지하고 있는 메이저이며 중국에서 PDH(Propane Dehydrogenation)용을 중심으로 촉매 사업을 확대하고 있다.
촉매 사업은 PDH용, 배기가스 정화용으로 구성돼 있으며 블루수소 생산, 저탄소형 메탄올(Methanol) 및 암모니아(Ammonia) 등 제로에미션 화학제품 및 연료용으로 확장하고 있다.
Catofin 촉매는 러머스(Lummus Technology)의 PDH 공정에 특화돼 프로필렌 수율이 95-98%에 달하고 경제성이 우수한 것으로 평가된다.
PDH 반응, 촉매 재생, 증기 등 배출을 반복하는 간단한 프로세스로 원료 프로판(Propane) 순도가 낮아도 높은 프로필렌(Propylene) 수율을 확보할 수 있는 것이 특징이다.
클라리언트는 2023년 1분기에 중국이 NCC(Naphtha Cracking Center), MTO(Methanol to Olefin) 등 올레핀 생산설비 가동률을 낮추면서 수익 개선에 고전했다.
PDH 플랜트에서 생산하는 프로필렌은 PP(Polypropylene), AN(Acrylonitrile), 아크릴산(Acrylic Acid) 등 용도가 다양하나 재고 조정이 진행되고 있기 때문이다.
다만, 4월 이후 PDH 원료 프로판 가격 하락으로 가동률 개선이 이루어지어 상반기 촉매 사업 매출이 전년동기대비 25%, EBITDA(감가상각비 차감 전 영업이익)는 2배 폭증했다.
중국은 프로필렌 목적생산을 위한 PDH 투자를 계속 이어가고 있어 클라리언트 촉매를 사용하는 신규 플랜트들이 앞으로 3-4년 사이 잇달아 신규 가동할 것으로 예상되고, 2023년 하반기에만 랴오닝성(Liaoning), 광둥성(Guangdong), 푸젠성(Fujian) 등에서 6기가 가동한 것으로 파악된다.
여기에 기존 수요기업들도 2024-2025년 촉매 교환시기를 맞이함에 따라 수요 증가가 확실시되고 있다.

2025년까지 중국 생산비중 50%로 확대
클라리언트는 중국 생산비중을 2022년 35%에서 2025년 50%로 확대할 계획이다.
중국에서 2017년까지 기존 플랜트 포함 28개 설비를 대상으로 Catofin 공급계약을 체결했으며 2022년 저장성(Zhejiang) 자싱(Jiaxing) 촉매 공장 가동을 시작해 현재 풀가동하고 있다.
중국은 PP 등 주요 프로필렌 유도제품이 자동차 외장‧내장재, 전장부품, 5G(5세대 이동통신) 설비 등에 투입됨에 따라 PDH 포함 모든 프로세스를 동원해 프로필렌 생산능력을 2025년까지 4000만톤 이상으로 확대하고 이후 5700만톤 수준까지 늘릴 계획이다.
이밖에 에틸렌(Ethylene), SM(Styrene Monomer), MMA(Methyl Methacrylate)와 생분해성 수지를 원료로 사용하는 무수말레인산(Maleic Anhydride), 포름알데히드(Formaldehyde) 생산을 확대할 예정이어서 촉매 수요가  꾸준히 증가할 것으로 예상되고 있다.
클라리언트는 2030년 스코프1 및 스코프2 온실가스 배출량을 2019년 대비 각각 40%, 스코프3 배출량은 14% 감축하는 것을 목표로 하고 있다.
PDH 촉매 사업에서 수요기업 생산성을 향상시켜 에너지 절감 및 온실가스 배출량 감축을 이끌어내고 자싱공장에 태양광발전 설비를 도입하거나 후이저우(Huizhou)의 다야만(Daya Bay) 난연제 공장 사용전력을 100% 청정에너지로 전환하는 방안 등을 검토하고 있다.
아울러 중국기업 3사 포함 글로벌 질산 생산기업 10사에게 생산 프로세스 중 배출된 아산화질소(N2O)를 분해‧정화하는 촉매를 공급함으로써 이산화탄소(CO2) 환산 400만톤 이상의 온실가스 감축에 성공한 것으로 알려졌다.

에너지 전환해 온실가스 감축 강화
클라리언트는 촉매 사업에서 에너지 전환을 가속화하고 있다.
지속가능 사회 실현을 위해 그린 암모니아 생산, 이산화탄소 베이스 메탄올 생산용 촉매 개발 및 기존 에틸렌 촉매 개량, 커스텀 사업 확대 등을 진행하고 있다.
그린 암모니아 프로젝트는 오스트레일리아에서 암모니아 합성 촉매를 활용한 대규모 프로젝트를 개시했으며, 2024년 오만에서 차세대 합성 촉매를 사용한 지속가능 암모니아‧수소 생산 프로젝트에 착수할 예정이다.
이산화탄소 베이스 메탄올 생산용 촉매는 중국에서 상용화했고 덴마크 신재생에너지기업이 추진하는 세계 최대급 e메탄올 생산 프로젝트에도 메탄올 합성 촉매 MegaMax를 공급하기로 했다.
일본 도야마(Toyama) 공장에서는 SM 제조용 촉매 개발을 진행하고 있으며 고품질 SM 수율 향상, 고효율화, 에너지 소비량 및 이산화탄소 배출량 감축 등의 성과를 거둔 것으로 파악된다.
클라리언트 촉매는 이산화탄소 뿐만 아니라 아산화질소 감축에도 기여할 수 있어 친환경 수요 충족에 효과적인 것으로 평가되고 있다.

중국 경기침체로 석유화학용 침체 장기화
일본 촉매 시장은 국내 산업용 촉매 시장의 7배에 달하는 것으로 파악되고 있다.
연구개발특구진흥재단에 따르면, 국내 산업용 촉매 시장은 2020년 1조8000억원으로 연평균 5% 수준 성장세를 나타내고 있다.
반면, 일본은 생산액 기준 2021년 7670억엔(약 7조6700억원) 수준을 형성했고 코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 확산과 반도체 부족에 따른 자동차 감산으로 생산량이 감소했으나 2008년 글로벌 금융위기 이전 수준을 되찾은 것으로 파악된다.
일본 촉매공업협회에 따르면, 일본은 촉매 생산량이 2022년 9만7620톤으로 2021년과 비슷한 수준에 머물렀으나 출하량은 9만7631톤으로 전년대비 5.0% 증가했다.
다만, 출하량은 3년 연속 10만톤을 하회한 것으로 나타났다. 코로나19 관련 이동제한 조치가 해제되며 휘발유, 제트연료 수요 회복을 타고 석유정제용 출하량이 증가한 반면, 중국이 장기간 제로코로나 정책을 고수하며 합성수지 생산량이 줄어 고분자 중합용 출하량이 급감했고 자동차 배기가스 정화용 역시 반도체 부족 사태로 부진을 피하지 못한 것으로 파악된다.
2023년 상반기 생산량은 4만5334톤으로 16.0%, 출하량은 4만5352톤으로 13.0% 급감했다. 중국 경기침체로 에틸렌 가동률이 1년 이상 손익분기점 기준 90%를 하회함에 따라 석유화학 제조용, 고분자 중합용 촉매 생산이 크게 줄었기 때문이다.
반면, 자동차 배기가스 정화용은 반도체 부족이 해결되면서 회복 궤도에 올랐고 최근 배기가스 규제 강화를 타고 자동차 1대당 사용량이 늘어남에 따라 빠른 수요 회복 속도를 보일 것으로 기대되고 있다.
석유정제용 촉매 역시 코로나19 팬데믹(Pandemic: 세계적 대유행) 종료에 따라 휘발유, 제트연료가 호조를 나타내며 회복 추세를 나타내고 있다.
다만, 중국 경제가 예상만큼 개선되지 못함에 따라 석유화학용 수요 부진이 상당기간 이어져 전체 생산량 및 출하량이 10만톤대를 회복하는 것은 2025년 이후 가능할 것으로 판단된다.

이와타니, 지르코니아 안정화로 지속가능성 확대
이와타니산업(Iwatani)은 지속가능성을 키워드로 촉매 관련제품 공급을 확대하고 있다.
이와타니산업은 기존 희토류 관련 노하우와 네트워크를 활용할 여지가 충분하다는 판단 아래 수년 전 에너지 및 자원 절감에 기여하는 촉매 사업에 진출했으며 촉매 원료로 지르코니아(Zirconia), 몰리브덴(Molybdenum), 텅스텐(Tungsten), 세슘(Cesium) 등을 취급하며 안정된 공급체제를 확보했다는 평가를 받고 있다.
특히, 지르코니아는 원료 광석 지르콘 샌드를 오스트레일리아 자체 광산에서 생산할 수 있고 남아프리카 광산기업과도 연계하고 있어 품질 및 공급 안정성에서 우위를 갖추고 있다.
촉매 담체는 VOCs(휘발성 유기화합물) 정화용 허니컴세라믹 분야에서 높은 시장점유율을 확보하고 있으며 내충격성이 우수하다는 특성을 살려 공장 배기가스 정화설비 등 환경설비용 출하가 호조를 나타내고 있다.
화학제품용 촉매는 알루미나(Alumina), 스테아타이트(Steatite) 등 고품질제품을 수요기업 니즈에 맞추어 커스텀해 공급하고 있으며 폐촉매 리사이클 사업도 검토하고 있다. 

우크라이나 전쟁으로 귀금속 회수 본격화
러시아-우크라이나 전쟁은 촉매 생산기업들의 귀금속 회수 사업화에 큰 영향을 미치고 있다.
러시아는 자동차 배기가스 정화용 촉매에 사용하는 팔라듐(Palladium) 생산량의 40%를 차지하고 있으며 전쟁 후 러시아산 팔라듐이 수출입 규제 대상으로 지정되지 않았으나 주요 소비국들이 지정학적 리스크 축소를 위해 러시아산 의존도 낮추기에 박차를 가하고 있다.
촉매 생산기업들은 팔라듐 수급타이트에 대비해 폐촉매에서 귀금속을 회수하는 방안을 검토하고 있으며 주요 전방산업인 정유‧석유화학, 자동차 분야에서 탈탄소 요구가 확대된 것 역시 사업화에 탄력을 불어넣고 있다.
일부 생산기업들은 귀금속 촉매를 제조할 때부터 귀금속 사용량을 줄일 수 있는 기술을 개발하고 있으며 폐촉매에서 귀금속을 최대한 회수하거나 DX(Digital Transformation) 기술을 활용해 연구개발(R&D) 및 생산 효율성을 높임으로써 제조공정상 이산화탄소 배출량을 줄이는 곳도 있는 것으로 알려졌다.
이밖에 탈탄소 트렌드를 타고 차세대 에너지원 수소 및 암모니아 생산‧저장‧운반‧이용 밸류체인 구축, 이산화탄소-수소 베이스 메탄(Methane) 합성기술인 메타네이션 개발, 지속가능 항공연료(SAF) 상용화가 진행되고 연료전지 자동차(FCV) 동력원이나 폐기물‧바이오매스 원료 및 연료 등에 촉매가 사용되면서 신규 수요가 대거 창출될 것으로 기대되고 있다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com)