환경과 에너지에 대한 높은 관심과 기술 혁신으로 '멤브레인(분리막)'이 미래의 핵심 소재로 주목 받고 있다고 LG경제연구원이 최근 밝혔다.

연구원은 글로벌 선도기업들은 미래를 준비하기 위해 멤브레인 생산설비를 증설하거나 사업 영역을 확장하고 있다며 국내 기업들도 적극적인 연구개발과 투자를 통해 다양한 사업 기회 확보를 고려할 필요가 있다고 밝혔다.

연구원에 따르면, 멤브레인이란 액체 또는 기체 환경의 혼합 물질에 대해 원하는 입자 등에 대해서만 선택적 투과 및 분리를 하는 제품을 말한다. 수처리에서의 멤브레인에서 전지에서의 세퍼레이터와 연료전지(Fuel Cell)의 멤브레인까지 그 세부 제조 공정은 달라도 선택적 분리를 수행한다는 점에서 본질은 동일하다고 말할 수 있다.

멤브레인은 분리 성능에 따라 MF(Microfiltration, 정밀여과막), UF(Ultrafiltration, 한외여과막), RO(Reverse Osmosis, 역삼투막) 등으로 분류되며, 소재에 따라 고분자, 세라믹, 금속으로 나눠지기도 한다.

연구원은 향후에는 에너지 분야가 시장 성장을 주도할 전망이라고 밝혔다. 연구원은 프리도니아(Freedonia Group) 보고서를 인용하면서, 2017년의 멤브레인 시장은 전체 규모가 76억 달러로 2007년 대비 연평균 9%의 성장을 전망하면서, 여전히 가장 높은 비중을 차지하는 것은 수처리 분야라고 지적했다.

연구원은 하지만, 전세계적으로 도시화, 산업화, 기후변화 등으로 물 부족이 심화될 전망이라며 이에 따라 담수화 부문의 성장이 두드러질 것으로 보인다며 성장성 측면에서 가장 돋보이는 시장은 2차 전지로 대표되는 에너지 분야라고 밝혔다.

모바일 기기, 자동차용 등으로 2차 전지의 지속적인 성장이 예상되는 데다, 에너지 발전 및 절감을 위한 멤브레인 수요도 점차 증가할 전망되기 때문이라고 연구원은 밝혔다.

연구원은 전지용 멤브레인의 주 수요산업이라 할 수 있는 리튬이온전지시장은 2014년 180억 달러, 2020년에는 430억 달러의 시장을 형성할 것으로 전망된다며 특히 하이브리드(HEV) 나 전기자동차(EV) 시장의 성장이 예상되면서 자동차용 멤브레인의 한 높은 성장이 기대된다고 밝혔다.

골드만삭스(Goldman Sachs) 등에 의하면, 2차전지용 멤브레인 시장은 2009년부터 2020년까지 연평균 17%의 높은 성장이 전망된다고 연구원은 밝혔다.

연구원은 또 에너지 발전분야의 대표격인 연료전지 시장도 장기적으로 높은 성장이 기대된다고 밝혔다.

연구원은 ‘프리도니아 보고서’를 인용하면서, 연료전지 세계 시장 규모가 2009년 26억 달러에서 2014년이면 약 136억 달러로 증가할 것으로 전망하고 있다며 일본의 경우 가정용 연료전지의 2008년 누적보급량은 3천 3백여 대에 불과하나, 2012년까지 10만대 보급을 목표로 하고 있다고 밝혔다. 최근 우리 정부도 ‘그린에너지산업 발전전략’에 따라 2020년까지 가정용 수소연료전지 10만대를 보급한다고 발표한 바 있다.

연료전지용 멤브레인으로는 듀폰(Dupont)의 내피온(NafionTM)이나 고어(Gore)사 등의 불소계 고분자 멤브레인들이 대표격이지만, 비불소계 고분자나 세라믹으로도 적용하고 있다며 이제 시장이 본격적으로 열리고 있어 제품 개발 경쟁이 본격화될 것으로 예상된다고 연구원은 밝혔다.

연구원은 또 “에너지 절감분야에서의 멤브레인 이용 사례로는 석유·화학 산업을 들 수 있다. 석유·화학 산업은 분리공정이 전체의 60~80%를 차지한다”며 “원유에 혼합되어 있는 물질 중 프로판과 프로필렌의 분리 등이 예”라고 밝혔다.

증류탑에서 순도가 높은 물질을 분리하기 위해 증류탑이 계속 높아지고 있고, 그만큼 에너지 소모도 많아지게 된다며 이러한 공정을 고효율 멤브레인으로 대체할 수 있다면 증류과정에서 발생하는 에너지를 절감할 수 있다는 것이다.

연구원은 “현재 석유·화학산업 분야의 멤브레인 이용은 많지 않은 편이나, 적용시 기대효과가 크기 때문에 미국의 멤브레인 테크놀로지(MTR), 독일의 GKSS연구소 등 많은 기업들이 연구개발에 뛰어들고 있다”고 소개했다.

연구원은 한편, "환경과 에너지 문제가 갈수록 강조되는 상황에서 미래에 각광받을 핵심 소재의 하나로 멤브레인을 주목할 필요가 있다”며 “이미 선진 기업들은 멤브레인의 중요성을 인식하고 적극적인 시장 확대에 나서는 한편 미래에 대한 대비에도 관심을 기울이고 있다”며 그 배경을 설명했다.

연구원은 그러면서 “국내 기업들 역시 최근 들어 멤브레인 사업에 대한 관심이 높아지고 있으나, 아직까지는 원천 소재 기술 부재로 선진 기업과의 기술 격차가 존재하는 것으로 파악된다. 그러나 멤브레인 시장은 아직 높은 성장 단계로, 향후의 발전 가능성은 풍부하다고 할 수 있다”며 “이에 따라 국내 기업들도 적극적인 연구개발과 투자를 통해 경쟁력 확보에 노력해야 할 것으로 보인다”고 밝혔다.