광고 창닫기

센물을 단물로 '시온텍' 기술 세계 시장서 '으뜸'

[모든 것의 시작, 나노⑦]강경석 대표 "CDI분야 최고 자부"
국내 연수기 평정 후 미국과 인도 등 해외 진출
단위의 명칭 '나노'가 미래 산업의 기초를 포괄하는 대명사가 됐습니다. 4차 산업혁명시대 핵심 요소인 센서와 기초 소재, 디스플레이, 바이오에 이르기까지 나노는 산업발전의 필수 융합 조건입니다. 과학기술의 메카 대전 대덕연구단지에는 일찍이 나노 관련 산업이 자리 잡아 성장하고 있습니다. 다양한 연구소와 지자체의 지원, 무엇보다 기업의 치열한 노력이 있었기에 가능한 일입니다. 하지만, 아직도 많은 기업들이 나름의 애로점을 안고 있습니다. 점차 치열해지는 나노산업의 각축장에서 기업들이 생존할 방법은 없을까요? 특유의 경쟁력으로 성과를 보이는 유망 나노기업을 찾아 숨겨진 노하우를 조명합니다. <편집자의 편지>

'탄소나노튜브 입힌 활성탄소 코팅 전극'으로 '축전식 탈염' 연수소재 개발한 강경석 시온텍 대표 <사진=윤병철 기자>'탄소나노튜브 입힌 활성탄소 코팅 전극'으로 '축전식 탈염' 연수소재 개발한 강경석 시온텍 대표 <사진=윤병철 기자>

"상수도 시설이 좋은 우리나라와 달리 개별 주택이 많은 미국은 센물을 단물로 바꾸는 연수기를 써요. 그 과정에서 고농도 염수가 폐수로 배출되죠. 미국은 환경 문제로 이런 염수 배출을 억제하고 있는데 캘리포니아주는 벌써 시행하고 있습니다."

미국의 사례를 들며 강경석 시온텍 대표는 센물과 단물의 차이부터 설명했다. 지하수를 '센물'이라고 한다. 센물은 칼슘과 마그네슘, 철 등의 미네랄 이온(염)이 녹아있어, 비누가 잘 풀리지 않는 등 생활용수로 불편하다.

그리고 산업용수로는 위험하다. 미네랄이 보일러 관에 쌓여 관석을 만들면서 설비 고장과 폭발의 원인이 된다. 그래서 센물을 미네랄 이온이 없는 단물로 바꾸는 '탈염 연수'를 한다.
 
지하수를 연수해서 쓰는 나라와 지역은 아직도 많다. 보통 약품처리와 역삼투압 방식이 사용되지만, 폐수 발생와 잦은 필터 소모로 새로운 연수방식을 찾는 실정이다.
 
이런 문제들을 해결하는 기술로 CDI(Capacitive DeIonization)라는 '축전식 이온흡착' 탈염 방식이 등장했다. 전기를 이용하는 기술로 높은 탈염율과 낮은 에너지 소비, 유지관리가 용이해 친환경 에너지 기술로 각광받는다. 이 CDI 기술은 시온텍을 포함해 전 세계 6곳 기업만이 보유하고 있다.
 
 '축전식 탈염' 연수 분야 최고 기술, '탄소나노튜브 입힌 활성탄소 코팅 전극'이 생명
 
이온흡착 집전체인 탄소전극필터. 탄소나노튜브가 첨가된 활성탄소입자가 코팅 됐다. <사진=윤병철 기자>이온흡착 집전체인 탄소전극필터. 탄소나노튜브가 첨가된 활성탄소입자가 코팅 됐다. <사진=윤병철 기자>

시온텍은 고도 수처리 핵심기술인 축전식 CDI 기술을 국내 최초로 상용화 하고 이 분야를 선도하고 있다. '축전식 탈염장치'를 특허로 갖고 있으며, 이온 흡착을 극대화 하는 탄소 전극 필터(E-Carbon Filter) 제조에 강한 경쟁력이 있다.
 
(상)전극필터 모듈, (하)연수기 규모에 따른 모듈 결합. <자료=시온텍 제공> (상)전극필터 모듈, (하)연수기 규모에 따른 모듈 결합. <자료=시온텍 제공>
이 기술은 전기를 모으는 집전체에 비표면적이 넓은 활성탄소를 넓게 코팅하고, 낮은 전압을 걸어 '전기 이중층의 원리'로 물속 이온을 흡착한다. 반대로 전극을 주면 흡착된 이온을 다시 풀어놓을 수도 있다. 전기 이중층은 한 면에 양전하, 다른 면에 음전하가 연속적으로 있는 현상이다.
 
전극의 주 재료인 활성탄소 입자는 본래 전기 전도도가 낮다. 시온텍은 이를 향상시키기 위해 전기 전도도가 강한 탄소나노튜브를 첨가하고, 이 표면을 극성 처리해 활성탄소 입자를 균일하게 도포한다. 전도도를 향상시키도록 탄소나노튜브를 더욱 잘게 분쇄하고 균일하게 입히는 것은 시온텍만의 원천기술이다.
 
이런 가공을 거친 전극필터는 모듈화로 제작돼, 가정용부터 산업용까지 이온 제거 연수기로 쓰인다. 칼슘과 마그네슘뿐만 아니라 불소, 황산, 염소 등 모든 이온성 물질 제거와 배출 농도가 선택적으로 가능하다. 제거와 배출이 가능하니 소모성 부품이 없다. 가정용 필터는 1.5V 건전지 전압으로도 작동한다. 주류 연수장치인 역삼투 방식에 비해 절반의 수준이다. 전압 변화로 이온 수집 농도를 조절하고, 자동화와 통신 등의 ICT까지 접목했다. 세계 선두 수준이다.
 
이런 경쟁력으로 국내서는 정부조달용 연수기로 지정됐고, 해외로는 미국과 인도, 유럽의 연수기와 정수기 시장에 진출했다. 기술 고도화를 위해 한국화학연구원과 두산중공업, LG, KAIST 등 산학연 공동연구도 진행하고 있다.
 
회사인력 25% 연구인력, 10년 연구개발 끝에 CDI 최고 수준 이뤄
 

해외전시회 참가한 시온텍 CDI 제품 <사진=시온텍 제공>해외전시회 참가한 시온텍 CDI 제품 <사진=시온텍 제공>
강경석 시온텍 대표는 KAIST에서 촉매분야로 박사학위를 받고 한화석유화학 중앙연구소에서 10년을 근무했다. 평소 관심 있던 전기화학 기술로 살균과 정수처리를 주 사업으로 하는 시온텍을 지난 2000년에 창업했다. 총 직원이 30명 내외로 소규모 기업이지만 4분의1이 연구 인력이다.
 
시온텍은 CDI 필터에 포함되는 이온교환막을 직접 제조해 적용하는 유일한 기업으로, 이런 수준의 CDI 기술은 10년의 노력을 필요로 했다. 개발 초기에는 미국의 재료로 장치를 제작하면서 신기술을 파악하고 여러 국책사업을 통해 연구개발을 이어나갔다. 또한 대기업들의 세탁기와 정수기, 하수처리설비 등을 공동 개발하면서 기술 고도화를 다졌다.
 
강 대표는 '대기업은 현재 제품들에 바로 적용할 수 있는 기술과 성능을 요구하지만 대규모 투자에는 소극적으로, 오히려 우리의 투자를 요구하기도 했다. 이런 부분이 해소됐다면, 기술 개발에 이르는 시간이 더 빨라졌을 것"이라고 돌아봤다.
 
현재는 국내 대형 보일러사와 미국 시장용 보일러 개발을 진행 중인데, 그 회사가 신기술 개발에 확고한 의지가 있어 공동 개발을 통한 또 한 단계의 기술 발전을 기대하고 있다.
 
강 대표는 "아직 장치 제작 기술의 발전이 필요하나, 소재 개발에 비해 어려운 부분이 아니며 다른 연구소 등과 함께 연구개발도 하고 있어, 지금 속도대로 세계 최고 수준의 기술을 확보할 수 있다"고 자신했다.
 
나노융합 R&DB 촉진사업 으로 시제품 제작 "중소기업에겐 큰 도움이다"
 
시제품 전극모듈 'E-40' 장착 가정용 정수기 <사진=윤병철 기자>시제품 전극모듈 'E-40' 장착 가정용 정수기 <사진=윤병철 기자>
나노소재가 첨가된 가정용 이온수집 전극 모듈 'E-40'의 기판 시제품은 'T+2B활용 나노융합 R&DB 촉진사업'을 통해 만들어졌다. 이 장치는 가정용 정연수기에 부착돼 성능 테스트를 마칠 수 있었다. 이온 제거율은 80%, 분야 최고수준이다. 이 모듈은 인도에 진출하는 제품에 실린다.
 
강 대표는 "지원액이 큰 단위는 아니지만 덕분에 모듈 제작을 할 수 있었다. 중소기업은 자본의 한계로 기술개발과 투자 등에 어려움이 많은데, 나노조합 같은 공공지원이 긴요하다"고 말했다. 또 그는 "중소기업은 자신만의 기술개발은 잘 할 수 있으나 법과 규제, 해외 진출 등이 약하니, 이 부분의 지원과 교육 필요도 크다"고 바랐다.

시온텍은 CDI 뿐만 아니라 전기분해 기술과 이온교환막 생산, PET 재활용, 요소수 생산 기술도 보유하고 있다. 이중 요소수 생산과 이온교환막 생산 분야로 자회사도 출범시켰다. 산업용으로 성공을 거둔 CDI는 가정용으로도 적용해, 물부족 국가 가정에 혜택을 돌리고자 수출을 진행하고 있다.
윤병철 기자의 다른 기사 더보기
독자의견
로그인 독자분들의 소중한 의견은 과학과 국민을 잇는 밑거름이 됩니다
0/ 300자