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  • 기사등록 2022-05-26 13:43:07
  • 수정 2022-05-30 08:55:29
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재료연구원이 발행한 ‘소재기술백서’는 해당분야 전문가가 참여해 소재 정보를 체계적으로 정리한 국내 유일의 소재기술백서다. 지난 2009년부터 시작해 총 12번째 발간된 이번 백서의 주제는 ‘포스트 코로나 대응소재’다. 2020년 3월 이후 코로나가 전세계적으로 확산되며 세계 경제 및 사회에 전례없는 큰 충격을 주고 있다. 포스트 코로나 시대의 거대한 변화를 도약의 기회로 만들기 위한 과학기술 기반의 준비가 필요하다. 이에 소재기술백서 2020는 ‘포스트 코로나 대응 소재기술’을 주제로 방역·의료소재, 언택트 환경·디지털 소재, 친환경·신에너지 소재와 관련한 기술동향을 분석했다. 이에 본지는 재료연구원과 공동기획으로 ‘소재기술백서 2020’를 연재한다.

韓, 출연硏 중심 병원체 제거 소재 연구 활발


美·유럽·日 등 선진국 기업 주도 상용화 진행

국내 KCC·한화·삼성·LG등 대기업 참여


(지난호에 계속)


2) 해외 동향


특허에 공개된 기술을 중심으로 해외 기술 동향을 분석하였으며, 국가별 대표 특허 동향을 다음의 <표 6>에 정리하였다. 병원체 제거를 위한 특허 기술의 경우 저온 플라즈마 기술이 많이 이용되었으며, 촉매와 결합한 제품을 통한 기술 또한 많이 있는 것으로 보인다.


가. 미국

미국의 스탠포드 대학교(Stanford University)와 일본 기업 파나소닉 IP 매니지먼트(Panasonic Intellectual Property Management)가 원천 기술을 가장 많이 보유하고 있는 두 기업이며, 미국 기업 Lynntech Inc.가 그 뒤를 따르고 있다. 특이하게 일본 기업이 많이 진출해 있으며, 미국에서도 정부출연 연구소보다 기업의 출원이 우세한 경향을 보인다. 기술 종류로는 플라즈마와 광촉매를 이용한 살균이 주를 이루고 있다.


나. 일본

일본에서는 도시바, 미쓰비시, 마츠시타 전기, 파나소닉, 샤프, 소니 등의 순으로 각 18, 15, 13건씩 등을 출원하였다. 상위 출원인에는 국가 연구기관이나 개인이 없으며 모두 기업이 주도하여 출원하였다. 기술 종류로는 미국과 마찬가지로 플라즈마와 광촉매가 주를 이루고 있다.


다. 유럽

유럽에서도 특이하게 일본 기업인 파나소닉이 7건으로 가장 많은 출원을 하였고, 쇼와(SHOWA), 미쓰비시, NGK insulators, 및 닛산 자동차 등의 기업이 상위 출원인을 차지하였다. 유럽도 일본과 마찬가지로 상위 출원인은 모두 기업이 차지하고 국가 연구기관에서는 별로 출원하지 않는 것으로 보인다.


라. 중국

중국은 다른 국가와 비교하여 창저우대학교(Changzhou University), 대리대학교(Dali University), 상하이대학교(Shanghai University) 등 대학 및 개인의 출원 비율이 높으며, 아직 기업이 연구 개발을 주도하지 못하는 것으로 판단된다.


■ 국내 외 선도기관

병원체 제거 소재기술은 국내에서는 정부출연 연구소 중심으로 연구하는 중이며, 기업에서도 시장진입에 유리한 특허를 활발히 출원하면서 시제품이 조금씩 나오고 있다. 중국에서는 국가 연구기관이 주도하고 있으며, 미국, 유럽, 일본 등 선진국에서는 대부분 기업 주도로 기술개발과 상용화가 진행되고 있다. 실내공기 중 병원체 제거기술 관련 국내외 선도연구기관을 다음의 표에 정리하였다.


■ 국내 산업 및 시장동향


1) 시장 규모 및 전망

Frost&Sullivan의 보고서 “Indoor Air Purification Technologies, Forecast to 2020”에 따르면, 사람들은 실내에서 90%의 시간을 보내며, 특히 건강이 취약한 노인, 환자, 유아는 실내에서 더 많은 시간을 보내기 때문에 오염된 실내공기가 더 많은 해를 끼칠 수 있다고 보고하였다. 더욱이 2020년 코로나 바이러스로 인한 펜데믹 사태는 실내공기의 위생 인식 수준을 더욱 끌어올릴 것으로 판단된다. 이러한 위기 속에 각 연구 기관은 플라즈마 및 광촉매 기반 병원체 제거 소재를 개발하고 있다. 또한, 기업들은 이를 활용하여 시제품화 하고 있으며, 이러한 상승세는 앞으로도 유지될 것으로 보인다.


2) 기업 현황

국내의 소재 분야는 한국건설기술연구원에서 한국오존자외선협회에서 관리하는 부유 병원체 제거 성능 검증 및 인증을 받는 데에 주안점을 두고 있다. 관련 업체로는 KCC, 한화케미칼, GSI, 한화, 쌍용, 삼성, 넥센, LG, 현대자동차, 코웨이, SK에너지 등의 대기업이 있으며, 그중 LG전자 및 LG생활건강에서 코로나 시대와 더불어 병원체 제거용 공조 소재에 관심을 보이고있다. 또한, 포스트 코로나 시대를 대비하여 각종 스타트업기업들도 생겨나고 있다.


현재 국내 대기오염물질 제어기기의 매출구조는 제조업의 매출 규모가 가장 크며, 2013년 기준 3조 6,585억 원으로 전체의 60.3%를 차지한다. 여기에는 기체취급기기, 촉매컨버터, 화학적 복구시스템, 집진기, 세정기, 악취 방지 및 제거 장비 등의 항목이 포함된다.


따라서 대기오염물질 제어기기 중에서 공기 중 부유 병원체 제거 소재 관련 시장도 덩달아 커질 것으로 판단된다. 2014년 통계청 자료에 의하면, 대기환경 분야의 종사자 규모는 총 36,965명이며, 대기오염물질 저감 및 제거장치 관련 사업체 수는 2,539개로 연평균 성장률은 대기업 3.0%, 중기업 3.6%, 소기업 5.2%이다.



■세계 산업 및 시장동향


1) 시장규모 및 전망

실내공기질 관리 시장은 국가별 공기질 상황에 따라 각각의 이유로 점점 중요해지고 있다. 미국 천식 협회(American Asthma Foundation)에 따르면 천식은 미국에서 어린이 질병에 가장 흔하게 발생하는 원인이며, 매년 증가하고 있고, 매년 약 3,500명의 사람들이 천식으로 사망한다고 한다. 미국 공기청정 시장은 차량 오염 증가와 대기 오염에 대한 인식 증가로 인해 전 세계적으로 가장 큰 시장 중 하나이다.


게다가 이미 미국에서 코로나바이러스로 인한 사망자가 수십만 명이 넘고, 유럽 또한 각국에서 수만 명의 사망자가 발생했다고 보고되었다. 따라서 유럽 역시 소득 증가와 건강한 생활 방식에 대한 인식의 확대를 통해 가까운 장래에 공기정화 시장을 이끌 것이며, 코로나 사태를 빨리 종결하기 위해서라도 관련 시장이 커질 것으로 보인다. 아시아와 환태평양 지역 국가들의 실내 공기질 관련 사업 수요도 급증할 것으로 보인다.


매년 인도네시아에서 발생하는 농업 화재는 싱가포르, 말레이시아, 태국 남부와 같은 동남아시아 국가들에 영향을 미치며, 끔찍한 연무를 초래하여 외기뿐만 아니라 실내공기까지 오염시킨다. 중국과 인도는 심각한 대기 오염을 겪고 있는데, 이는 실내 공기질에도 영향을 주었다. 2015년 12월 Jones Lang LaSalle(미국) 보고서에 따르면, 중국 실내공기 오염으로 인해 연간 160만 명의 사망자가 발생하는 것으로 알려져 있다. 특히, 중국의 경우 시민들이 대기오염의 심각성에 대해 우려가 커짐에 따라 공기청정기 시장이 폭발적으로 증가하고 있다.


세계 공기정화 시장은 지난 10년간 연평균 7% 정도의 매우 빠른 속도로 성장하는 중이며, 앞으로도 큰 성장을 보일 것으로 예상된다. 2010년 기준 세계 공기정화 시장 중 미국은 27%, 유럽은 42%, 한국과 일본은 17% 정도를 차지하였다. 2012년 이후 중국 시장이 급부상하며 2014년 기준 중국의 공기청정 시장은 3조 2,708억 원 규모로 연평균 성장률 40%에 육박하였다.


세계 도시의 약 45% 인구는 과민성 반응 또는 알러지로 고통받고 있으며, 상기 현상의 주된 원인은 질소산화물, 지상 오존, 미세먼지, 꽃가루와 같은 오염물질에서 기인한다. 오염 물질 중에서 휘발성 유기화합물, 초미세먼지, 부유세균, 박테리아, 병원체(곰팡이 등), 중금속 등의 발생이 지속적으로 증가하고 있다. 세계보건기구(WHO) 조사 자료에 따르면, 매년 전 세계적으로 한해 200만 명 정도가 실내공기 내 유해물질 노출에 따라 조기사망에 이른다고 보고되고 있어, 실내공기 내 유해물질 저감 기술 또는 제품에 대한 중요성이 커지고 있다.


특히 중국의 경우 매년 대기 환경이 악화되고 그에 따라 실내환경 품질 개선에 대한 요구가 급증하는 반면, 공기청정기의 보급비율은 1% 정도에 그쳐 향후 실내공기 내 유해물질 저감 기술 또는 제품에 대한 폭발적인 시장 성장이 예상된다. 실내환경 오염물질 저감을 위한 기술 및 제품의 세계시장 현황을 살펴보면, 2013년 이후 공기청정기의 성장률은 16.1%, 필터 등 기타 분야는 4%의 성장률을 기록하였다. 전 세계 공기정화 시스템 시장 중 구성요소별로는 HEPA 부문이 2015년 61억 달러로 가장 큰 비중을 차지하였으며, 연평균 성장률은 7.34%로 2024년경에는 316억 달러에 이를 것으로 예상된다.


2) 기업 현황

실내공기 중 병원체 기술을 응용하여 미국, 일본, 유럽 등의 지역에서 다양한 기업들이 제품화하였다.


미국 Akida Holdings LLC의 에어로사이드(Airocide)의 경우 미항공우주국(NASA)에서 개발한 공기정화기술을 활용하고 있다. 광촉매 산화에 따라 공기 중의 유기 오염 물질을 끌어들여 중공 유리관을 통해 산란시킨다. 이 유리관은 이산화티타늄(TiO2) 촉매가 코팅된 것으로, 함침된 오염 물질이 튜브에 닿으면 파괴되어 미생물 살균이 가능하다. 당초 에어로사이드는 주로 식품 저장 및 포장 등의 분야에서 상품을 곰팡이나 박테리아로부터 보호하기 위해 사용되었으나, 현재는 학교, 병원 수술실, 실험실, 가정 등에도 보급되고 있다.


일본 샤프(Sharp)는 플라즈마클러스터(plasmacluster) 기술로 자연에서 발생하는 것과 동일한 종류의 양이온 및 음이온을 만들어낸다. 플라즈마 방전을 통해 양이온(H+)과 음이온(O2-)를 생성하고, 이온은 더 큰 안정성을 위해 클러스터를 형성한다. 이온은 곰팡이 포자, 박테리아, 바이러스 또는 알레르기 유발 물질의 표면과 충돌하는 경우에만 OH*로 변환된다. OH*는 오염 물질의 표면 단백질을 분해하여 물을 대기 중에 방출함으로써 미생물을 살균한다.


파나소닉(Panasonic)은 정전 분무된 물을 사용하여 NANOE라고 불리는 나노 크기의 대전 입자를 생성하는 공기청정기를 개발했다(nanoeTM Technology). NANOE는 실제로 반응성 물질과 전하를 포함 약산성 물방울이며, 물방울과 바이러스가 접촉한 경우에는 그 내부의 OH* 라디칼이 바이러스로부터 수소 원자를 추출하여 물방울을 형성하여 바이러스를 파괴하는 방식으로 이루어 져 있다.


영국 Heaven Fresh 사는 스마트 공기 청정기인 HF 모델을 설계, 제조한다. 프리 필터, 정전 플라즈마 어레이, 활성탄 필터, HEPA 필터, TiO2 광촉매 산화 필터, UV광과 음이온으로 구성된 7개의 공기 정화 단계를 통해 99.97% 포집률을 자랑한다.


■ 국내외 선도기업

실내공기 중 병원체 제거 기술 개발은 국내는 대기업 중심으로 진행되고 있으며, 국외는 다양한 기업 규모에서 개발이 진행되고 있다. 실내공기 중 병원체 제거 소재 기술을 보유한 국내외 선도기업을 다음의 표에 정리하였다.



▲ 해외 기술 대표 특허 목록

▲ 실내공기 중 병원체 제거 기술 & 국내선도기관

▲ 실내공기 중 병원체 제거기술- 해외선도기관

▲ 실내공기 청정관리 기술 국내시장 규모 및 전망

▲ 에어로사이드 공기청정기 제품군


▲ 플라즈마클러스터 이온생성과정


▲ nanoe 기술의 종류와 기능


▲ heaven fresh 스마트 공기청정기 공기정화 7단계



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