도레이, 2026년 풀 카본 모듈 사업화 … 에어레인, SK와 시장 개척

이산화탄소(CO2) 분리막 시장이 확대될 것으로 예상된다.
이산화탄소만을 선택적으로 통과시키는 분리막이 습식과 건식 분리막 탄소 포집의 한계를 극복할 대안으로 주목받고 있다. 
이산화탄소 분리막은 화학물질이나 물 등을 사용하지 않아 폐기물 및 폐수가 발생하지 않고 모듈 형태로 제작하면 좁은 면적에 설치 가능해 설비, 배관이 복잡한 공장에 적합한 것으로 평가된다.
일본 경제산업성에 따르면, 2050년까지 탄소 포집 장비 시장에서만 연간 10조엔의 경제 효과가 발생할 것으로 예상되는 가운데 도레이(Toray)가 풀 카본(Carbon) 이산화탄소 분리막 모듈 사업화에 속도를 내고 있다.
도레이는 유기섬유로 만든 중공사를 탄소화해 내열성과 내약품성을 강화하고 8MPa의 내압성을 갖추는데 성공했다.
막 뿐만 아니라 지지체까지 탄소로 구성해 열악한 환경에서도 사용이 가능하며 연속생산 시 산화알루미늄(Aluminium Oxide) 등 세라믹계 대비 코스트 경쟁력이 우수한 것으로 평가된다.
단사 직경이 0.25밀리미터로 가늘면서 유연해 모듈 탑재량이 많고 부피당 막 면적이 커 효율적인 이산화탄소 분리가 가능하다.
PI(Polyimide) 분리막이 톨루엔(Toluene) 등 천연가스에 포함된 성분에 따라 이산화탄소와 메탄(Methane) 분리계수 유지율이 심각하게 열화되는 사례가 있는 것과 달리 불순물이 있는 환경에서도 성능을 유지한다.
아울러 제올라이트(Zeolite) 분리막에서 발생하는 수증기로 내부 미세공이 폐색되는 문제도 상대적으로 성능 저하 정도가 양호하며, 배기가스로부터 발생하는 섭씨 300-400도 고열에도 버틸 수 있다.
도레이는 실증 테스트를 거쳐 2026년 풀 카본 분리막 모듈을 상업화할 계획이며 계면중합 기술을 활용해 RO막(역삼투분리막)을 개량한 수소 분리막도 개발하고 있다.
현재 직경 2인치 타입을 거쳐 4인치 타입을 개발하고 있으며 대형화로 막 면적을 약 20배 확대할 수 있을 것으로 기대하고 수소분리 시장이 확대되는 2030년경 추가적인 모듈 대형화에 나설 방침이다.
국내에서도 2025년 2월 이산화탄소 포집ㆍ수송ㆍ저장 및 활용에 관한 법률 시행을 앞두고 관련 시장에 대한 관심이 증가하고 있다. 
롯데케미칼은 2021년 여수 1공장에 탄소포집 실증 설비를 구축하고 운영 및 연구를 지속해 국내 화학기업 가운데 처음으로 석유화학산업에 적합한 기체 분리막 탄소포집 공정을 상용 규모로 설계 완료하고 기술 실증 및 사업화를 추진하고 있다.
SK이노베이션과 SKIET(SK아이이테크놀로지)는 2023년 LiB(리튬이온전지) 분리막(LiBS) 기술을 이산화탄소 포집에 활용하기 위해 가스 분리막 전문기업 에어레인에 투자했다.
에어레인은 분리막 생산과 모듈·시스템 설계부터 생산, 기술 서비스 사업을 영위하고 있으며 해외 OEM(주문자 위탁생산) 생산 및 공동 개발을 통해 기술력을 쌓아 가스 분리막 전반에서 글로벌 수준의 기술력을 보유한 것으로 평가된다.
에어레인이 개발한 가스 분리막은 여러 종류의 기체 혼합물이 통과할 수 있는 미세한 중공사 형태로 이루어져 혼합기체가 중공사를 통과할 때 내부 분리막에서 흡수·확산하는 메커니즘을 활용한 선택적 투과 현상으로 기체를 분리한다.
에어레인은 포집한 이산화탄소를 고순도로 액화해 신선식품 유통 및 홈쇼핑, 조선 용도로 공급하는 사업도 추진하는 것으로 알려졌다. (윤우성 기자)