제올라이트(Zeolite)는 촉매, 흡착, 이온교환 등 3개 기능을 통해 의류용 세제, 제습제 등 일상생활에 가까운 용도부터 석유정제‧석유화학용 촉매, 탈수 등 공업용까지 광범위하게 사용되고 있다.
합성 제올라이트는 실리카(Silica)와 알루미나(Alumina)를 주성분으로 취하는 결정성 알루미나규소산염의 총칭으로 크게 친수성 A형, X형 제올라이트와 실리카‧알루미나 비율이 5이상인 소수성 하이실리카제올라이트로 구분하고 있다.
최초로 상업화된 이후 50년 이상 지난 소재이나 설계 자유도가 높아 신제품 개발이 끊이지 않고 있으며 최근에는 친환경, 에너지 절감 등이 주력 용도로 급부상하고 있다.

대기오염 규제 강화 타고 수요 급증
A형, X형 제올라이트는 흡습‧소수성이 뛰어나며, 특히 실리카겔과 활성 알루미나와 같이 저온고습 영역에서 우수한 흡습‧소수성을 나타내는 것이 특징이다.
수분 외 이산화탄소(CO2)와 암모니아(Ammonia), 질소 등 기체에 대한 흡착력이 높아 다양한 기체와 액체의 건조‧분리정제용으로 사용되고 있다.
주로 나프타(Naphtha) 분해 가스와 벤젠(Benzene), 톨루엔(Toluene), MEK(Methyl Ethyl Ketone) 등 각종 용제 탈수, 공기분리 산소 PSA(압력스윙흡착법) 장치 탈수, 복층 유리 건조제, 에어컨, 제습기 제습제 등에 사용되는 것으로 파악된다.
의류 세제용 조제는 합성 제올라이트의 이온교환 기능을 살린 대표적인 용도로 오래전부터 최대 용도이나 최근 분말세제 대신 조제를 사용하지 않는 액체세제로 전환되며 수요가 감소하고 있다.
하이실리카 제올라이트는 내열성, 내산성이 우수해 자동차 배기가스 정화 촉매와 석유정제‧석유화학 프로세스 고정산화촉매, 휘발성 유기화합물(VOCs) 흡착 등에 사용되고 있다.
합성 제올라이트 생산기업들은 최근 세계적으로 수요가 급증하고 있는 환경 분야를 중심으로 신제품 개발을 본격화하고 있다.
특히, 배기가스 정화 촉매는 세계 각국이 배기가스 규제를 강화함에 따라 수요 증가가 기대되고 있다.
일부에서는 전기자동차(EV) 보급으로 배기가스 정화 촉매 수요가 감소할 것으로 예상했으나 트럭, 버스 등은 디젤 자동차가 대다수이고 아직 연료 인프라와 중량, 주행거리 문제 때문에 전기자동차 전환이 어려워 합성 제올라이트 수요는 당분간 유지될 것으로 판단된다.
VOCs 흡착용 역시 하이실리카 제올라이트의 대형 용도 가운데 하나로 주목된다.
하이실리카 제올라이트가 활성탄으로는 대응이 불가능한 유해물질을 흡착하기 때문에 인쇄공장, 도장공장 등에서 채용이 활발한 편이다.
코로나19(신종 코로나바이러스 감염증) 확산 및 중국의 제로코로나 정책 등으로 일부 수요가 정체됐으나 세계 각국이 대기오염 규제를 강화하는 추세여서 아시아를 중심으로 시장 확대가 계속될 것으로 예상되고 있다.

코스모촉매, 고품질 특수촉매 사업 강화
코스모촉매는 제올라이트 기술을 바탕으로 고품질 특수촉매 사업을 확대하고 있다.
코스모촉매는 코스모정밀화학 시절 분말세제용 제올라이트 공급에 주력했으나 2014년 코스모촉매로 회사명을 변경하고 자동차 배기가스와 VOCs, 질소산화물(NOx) 제거용 고품질 특수촉매 전문기업으로 변신했다.
2023년에는 다년간 축적한 제올라이트 무기 항균소재에 대한 기술력을 활용해 나노구리 콜로이드 용액을 자체 개발했다.
나노구리 소재를 실내용 수성 페인트에 소량 첨가하는 것만으로도 대장균, 포도상구균 등 세균과 인플루엔자 및 휴먼코로나 바이러스에 대한 항균가능 평가 시 99.9% 이상의 성능을 발휘하는 것으로 확인됐으며 다른 나노구리 베이스 항균제품 대비 가격이 낮아 경쟁력이 우수한 것으로 평가된다.
또 용액 안정성이 뛰어나 실온에서 1년 이상 보관해도 나노구리의 산화 현상이 일어나지 않아 항균 및 항바이러스 능력이 장기간 유지되는 것도 강점이다.
코스모촉매는 계열사 코스모화학의 이산화티타늄(TiO2: Titanium Dioxide) 원료를 활용해 NOx를 제거하는 촉매용 이산화티타늄과 2차전지 양극재 첨가제로 들어가는 고순도 이산화티타늄도 개발했다.
특히, 양극재 첨가제 부문의 성장에 기대를 걸고 있다. 전기자동차 시장 확대로 양극재용 첨가제 수요가 더욱 증가할 것으로 예상되기 때문이다.
SNE리서치에 따르면, 글로벌 양극재 시장은 2021년 173억달러(약 22조8000억원)에서 2030년 783억달러(103조3000억원)로 급성장할 것으로 전망되고 있다.

한창산업, 방사능 이슈로 산소 장치용 호조
한창산업은 최근 일본의 오염수 방류로 제올라이트 사업이 주목받고 있다.
한창산업은 1985년 설립돼 중방식 페인트 기초 원료로 사용되는 아연말과 인산아연, 중앙집중 냉난방장치에 사용되는 리듐브로마이드, 흡착식 산소 제조장치용 제올라이트 사업을 영위하고 있다.
특히, 한창산업은 최근 일본의 후쿠시마(Fukushima) 제1원자력 발전소 오염수 방류 소식과 러시아-우크라이나 전쟁 이슈를 타고 제올라이트 사업이 부상하고 있다.
원자력 발전소 오염수는 기존에 도쿄전력(Tokyo Electric)이 다핵종제거설비(ALPS)로 정화해도 삼중수소가 걸러지지 않아 바닷물과 희석해 방류하게 됐으며 약 30년 동안 방류할 것으로 예상돼 방사능 해독 기능이 있는 소재들이 부상하고 있다.
러시아가 우크라이나와 전쟁을 시작하며 원자력 발전소 중심으로 포격에 나서면서 방사능 유출 이슈가 확대됐을 때도 제올라이트가 주목받은 바 있다.
한창산업의 제올라이트는 흡착식 산소 제조장치에서 중금속 제거 뿐만 아니라 방사능 해독이 가능한 것으로 알려졌다.

도소, 이산화탄소 흡착 그레이드 확대
일본은 분말세제가 액체세제로 대체되며 제올라이트 생산을 축소했으나 남아 있는 일부기업들은 친환경 트렌드를 따르며 신제품 개발에 박차를 가하고 있다.
도소(Tosoh)는 합성 제올라이트 사업에서 하이실리카 제올라이트 HSZ와 몰레큘러시브(Molecular Sieve) 제오럼(Zeolum)을 공급하고 있으며 자동차 배기가스 촉매와 화학촉매 뿐만 아니라 이산화탄소 흡착을 포함해 다양한 용도로 신제품 개발 및 위탁생산을 추진하고 있다.
HSZ는 높은 내열성과 내산성이 특징이며 석유정제‧석유화학용 촉매, 자동차 배기가스 정화 촉매, VOCs 흡착용으로 투입되고 있다.
도소는 자동차 배기가스 촉매용 HSZ의 내열성을 높여 2025년 이후 시행 예정인 유로7 대응 그레이드를 개발하고 글로벌 수요 증가에 대응할 방침이다.
또 공기에서 산소와 질소를 생산하는 공기심냉분리 전처리(수분과 이산화탄소 흡착)에 사용하는 합성 제올라이트를 활용해 이산화탄소 흡착용 신제품을 개발한 것으로 알려졌다.
기존제품을 개량해 흡착한 수분과 이산화탄소 탈착을 용이하게 했으며 HSZ와 제올라이트 양쪽에서 이산화탄소 흡착에 적합한 그레이드를 개발하고 있다.
이미 이산화탄소 포집제로 아민 회수액 개발을 마치고 실용화하고 있으나 아민 회수액을 활용하는 화학흡착은 발전소, 제철소 등 대규모 시설용인 반면 합성 제올라이트를 사용하는 이산화탄소 물리 흡착은 소‧중규모 공장에 적합한 것으로 평가된다.
이밖에 화학기업들이 최근 폐기물, 바이오매스를 활용해 메탄올(Methanol)을 기점으로 하는 화학 프로세스를 개발하고 있다는 점에서 합성 제올라이트가 메탄올 베이스 방향족, 올레핀을 얻을 때 적합한 촉매가 될 것으로 기대하고 있다.

레조낙, 수지와 함께 성형해 흡착성 부여
레조낙(Resonac)은 환경‧에너지를 중심으로 합성 제올라이트 사업을 계속 이어가고 있다.
레조낙은 UOP의 합성 제올라이트를 수입해 공급하고 있으며 자체 합성 제올라이트 생산기업인 유니온쇼와(Union Showa)의 회사명을 레조낙유니버셜(Resonac Universal)로 변경하고 공급체제 강화에 주력하고 있다.
레조낙유니버셜은 최근 흡착‧탈착 속도를 개선한 저밀도 합성 제올라이트를 개발했으며 산소 발생장치와 공기심냉분리장치용으로 공급하고 있다.
또 합성 제올라이트를 수지로 감싸 성형함으로써 소재 자체에 흡착성을 부여하는 패키지 사업을 진행하고 있으며 습기에 취약한 의약품, 전자소재 관련 패키지 분야에서 호조를 누리고 있다.
화학 프로세스 정제 분야에서는 합성 제올라이트에 활성 알루미나를 조합시켜 특수표면가공을 실시한 하이브리드 신제품을 개발했다.
이밖에 VOCs 흡착 등 배기가스 처리용 소수성 제올라이트를 환경용으로 공급하고 있으며 하니컴로터용 합성 제올라이트로 일본 시장점유율 1위를 확보하고 있다.
최근 합성 제올라이트로 폐용제에서 불순물을 흡착하고 정제하는 리사이클 사업을 추진하고 있으며 제올라이트 생산기업 최초로 합성 제올라이트 리사이클에도 나서 주목된다.
합성 제올라이트는 활성탄과 달리 내열성이 높고 소성되지 않기 때문에 가열재생이 가능한 것으로 알려졌다.
미즈사와화학(Mizusawa Industrial Chemicals)은 A형 제올라이트와 하이실리카 제올라이트를 비즈형부터 미분체까지 수요기업의 가공 용도에 맞추어 다양한 형태로 산업용 가스와 VOCs 흡착필터, 제습기 등 조습제, 촉매, 페인트, 접착제 건조제, 탈취제용으로 공급하고 있다.
또 합성 제올라이트의 PVC(Polyvinyl Chloride) 내열성 확보, 폴리올레핀(Polyolefin) 필름 블로킹 방지 기능을 활용하고 독자 개발한 미세가공 및 변성기술을 통해 수지 첨가제를 개발해 공급하고 있다.
주로 PVC, PE(Polyolefin), PP(Polypropylene)용 첨가제를 공급하고 있으며 앞으로 대상 수지를 넓혀나갈 계획이다. (강윤화 책임기자: kyh@chemlocus.com)