趙德鎬 공학박사 / 기술표준원 광전재료과 책임연구관 1. 서언 산화티탄에 빛을 쬐면 물이 전기분해 되는 혼다-후지시마 효과가 1972년에 발표된 이래 광촉매에 관한 연구는 광에너지를 화학에너지로 변환할 수 있다는 기대감에 당시의 오일 쇼크에 대한 새로운 에너지원으로서 활발하게 진행되었으나, 대량의 물질을 한번에 처리하기에는 부적절하여 새로운 에너지원으로서의 활용은 실현되지 못하였다. 그 후, 1992년 캐나다에서 개최된 제1회 산화티탄 광촉매 국제회의에서 광촉매 박막의 새로운 개념과 질소산화물 정화에의 이용에 관한 일본의 연구발표를 계기로 광촉매에 의한 대기정화, 수질정화, 항균 및 방오 효과에 관한 연구개발이 급속도로 이루어져 최근에는 에어컨디셔너, 공기청정기, 냉장고, 식기건조기 등 이산화티탄 광촉매를 활용한 각종 가전제품이 일반 소비자의 일상생활에 이용되기에 이르렀다. 미국이나 유럽에서도 여러 벤처기업이 광촉매 개발에 착수하였으나, 일본과는 달리 수소발전이나 수질정화 등 모두 높은 효율을 필요로 하는 아이디어뿐이었고 광촉매와 같이 낮은 효율을 활용하고자하는 시도는 거의 없었다. 결국, 광촉매를 상업화한 것은 일본뿐이며 그 뒤를 우리나라가 맹렬히 뒤쫓아 LG, 삼성, 대우일렉트로닉스 등 가전 3사 및 많은 벤처기업들이 여러 가지 형태의 광촉매 원료와 응용제품을 개발하여 상품화에 박차를 가하고 있다. 그러나 광촉매 제품은 그 성능이나 효과, 예를 들면 셀프클리닝 기능에 대한 효과를 시각적으로 알 수 있으려면 시공 후 여러 달이 걸리는 등 그 효과를 즉시 알기 어렵다. 따라서 소비자가 광촉매로서의 기능이나 효과가 없는 불량품을 구입할 우려가 있어 광촉매 제품의 신뢰성을 떨어뜨리는 원인이 되어왔다. 또한 광촉매의 성능을 평가할 수 있는 공인된 시험방법이 없어 각 제조사가 임의의 사내규격에 따라 제각기 평가하여 왔기 때문에 광촉매 제품의 성능을 비교할 수 없었을 뿐만 아니라 품질이나 안전에 관한 규격도 없기 때문에 저질 제품이 유통되어 시장 질서를 어지럽히는 등 건전한 시장 조성의 저해 요인이 되어왔다. 따라서 조악품의 유통을 막고 광촉매 제품의 신뢰성을 높여서 광촉매 산업의 건전한 발전을 도모하기 위해서는 광촉매 제품의 성능평가방법의 개발이나 표준화는 필수 불가결한 요소라 하겠다. 현재, ISO(국제표준화기구)에서는 광촉매 제품의 성능평가방법에 관한 규정이 전혀 없는 실정이나, 광촉매 제품의 실용화 면에서 세계 우위를 차지하고 있는 일본이 2002년 제9회 ISO/TC 206 베를린 총회에서 광촉매 분야의 표준화를 TC 206(파인세라믹스 기술위원회)에서 다룰 것을 제의하였다. 그 후, 일본은 ‘광촉매 재료의 대기정화 성능시험방법-제1부 : NOx 가스’에 대한 규격초안을 작성하고 그 규격(안)을 TC 206에서 다룰 것인지에 대한 회원국들의 의사를 문의하고 있다. 이 안에 대하여 5개국 이상의 P-멤버 국가의 찬성을 얻으면 광촉매 분야의 표준화에 관한 사항은 TC 206에서 다룰 수 있게 되며, 그 여부는 오는 10월 2일에 개최되는 제10회 ISO/TC 206 총회에서 결정이 된다. 이와 같이 광촉매 제품의 성능을 평가할 수 있는 공인된 방법이 ISO는 물론, 유럽이나 미국 등의 선진국에도 없는 실정이나, 높은 효율을 필요로 하는 상품에 응용하려고 했던 구미에 비해 광촉매와 같이 낮은 효율을 활용하여 상업화에 성공한 일본이 상대적으로 성능평가방법이나 품질 및 안전에 관한 규격이 잘 준비되어 있기 때문에 본고에서는 일본에서의 표준화 동향을 중심으로 간단히 설명하고자 한다. 2. 일본에서의 광촉매분야 표준화 동향 일본은 광촉매 제품의 신뢰성을 높이고 건전한 시장질서를 확립하여 광촉매 산업의 육성·발전을 도모하기 위하여 2000년 1월에 ‘광촉매제품기술협의회’를 설립하였다. 광촉매제품기술협의회는 광촉매 제품을 연구개발하여 제조·판매하고있는 기업, 시험연구기관, 대학 및 연구소의 전문가로 구성되어, 회원들이 보다 양질의 광촉매 제품을 소비자에게 공급할 수 있도록 회원의 자주관리 등에 필요한 가이드라인을 제시하고 관련업계의 건전한 발전 및 국민생활의 질적 향상에 기여함을 목적으로 하고 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위하여 시험평가방법을 표준화하는 시험법위원회, 품질규격 및 표시·용어에 관한 기준을 만드는 기준위원회, 응용기술을 연구개발하는 응용기술위원회, 기획·홍보위원회 및 자주관리추진위원회를 설치하고 광촉매 제품의 품질규격이나 광촉매 성능평가시험법, 표시·용어 등에 관한 규정 및 광촉매 제품 가이드라인을 제정 공포하고, 광촉매 성능기준을 만족한 제품에 대해서 그 성능을 인정해주는 광촉매 마크(SITPA)를 표시할 수 있도록 하는 ‘광촉매 마크 표시 인증시스템’을 도입하여 품질이 조악한 제품의 시장 유통을 방지하고, 광촉매 제품의 신뢰성 향상과 나아가서는 광촉매 산업의 건전한 발전을 추구하고 있다. 광촉매 성능평가시험법 중, ‘액상필름밀착법’은 평판 모양의 광촉매 제품, ‘가스 백 A법’은 분말이나 입상 등 각종 형상의 광촉매 제품, ‘가스 백 B법’은 흡착이 큰 광촉매 제품의 광촉매 성능과 효과를 평가하는 시험방법에 관한 것이다. 성능평가시험법은 언제, 어디서나, 그리고 누구나 쉽게 사용할 수 있도록 하기 위하여 광촉매제품기술협의회 홈페이지에 공개되어 있으며, 광촉매 관련 연구회와의 제휴를 통하여 방오, 항균, 대기정화성능, 수질정화성능 등 더욱 발전된 시험평가방법을 개발하고 나아가서는 JIS화, ISO화를 추진하고 있다. 가. 광촉매성능평가시험법 1) 액상필름밀착법 액상필름밀착법은 그대로는 광촉매 기능을 가지고 있지는 않으나 기재에 붙이거나 도포한 후, 필요에 따라 건조, 소성 등의 처리를 하여 박막 등을 형성시킴으로써 광촉매 기능을 부여할 수 있는 재료(산화티탄 분말, 졸, 슬러리, 코팅재, 조립품, 담지물 및 복합산화티탄 등)를 이용하여 제작한 평판 형상의 광촉매 제품에 적용할 수 있다. 이것은 색소의 탈색에 따른 광촉매의 기능을 보는 것으로 색소로는 내광성이 뛰어난 청색염료인 메틸렌 블루의 10㎎/ℓ 농도의 수용액을 이용한다. 블랙라이트 형광램프(20W형 FL20S·BLB) 2개를 장착한 광원 밑에 10㎝×10㎝ 크기의 시험시료를 놓고 시료 표면의 자외선 강도를 1㎽/㎠로 조절한다. 시험시료 표면에 메틸렌 블루 10㎎/ℓ 농도의 수용액을 0.1㎖ 떨어뜨리고 그 위에 3㎝×3㎝ 크기의 투명필름을 씌운 후, 그 위에 외경 9㎝의 플라스틱 샤알레 뚜껑을 덮고 자외선 강도 1㎽/㎠의 광을 1시간 조사하여 착색 유무를 본다. 시험시료가 유색이어서 착색 유무를 확인하기 어려운 경우에는 여과지 등에 흡수시켜서 그 색을 관찰한다. 이와 같은 방법으로 3개의 시험시료에 대하여 시험하는 한편, 다른 3장의 시험시료에 대해서는 광을 조사하지 않고 동일한 방법으로 1시간 방치하여 착색상태의 변화가 없이 건조되어있지 않음을 확인한다. 또한 시험 전의 전처리로써 시험시료에 3시간 이상 1㎽/cm2의 광을 조사하여 표면을 청정한 상태로 하고 메틸렌 블루 수용액에는 공기중의 산소를 충분히 용해시켜두어야 한다. 2) 가스백법 가스백법에는 A법과 B법이 있다. A법은 시험 가스가 기재 및 광촉매에 흡착되는 것을 무시할 수 있는 광촉매 제품(광촉매 재료 포함)에 적용한다. 아래 그림과 같이 미니 콕크가 달린 5ℓ크기의 테들러백이라고 하는 투명한 플라스틱 봉투 속에 10㎝×10㎝ 크기의 시험시료를 넣어서 가열 밀봉하거나 접착테이프로 밀폐한다. 이 속에 시험가스인 아세트알데히드를 넣어 공기로 희석한 80~100ppm의 아세트알데히드 가스 3ℓ로 채운다. 여기에 액상필름밀착법과 같이 자외선 강도 1㎽/cm2의 광을 두 시간 조사하여 아세트알데히드의 농도를 측정한다. 농도는 검지관 또는 가스크로마트그라피로 측정한다. 이것을 2개의 시험시료에 대하여 측정한다. 또한 2개의 시험시료에 대하여 광을 조사하지 않고 마찬가지로 두 시간 방치하여 아세트알데히드의 농도가 초기 농도의 90%의 이하로 감소되어 않음을 확인한다. 90% 이하로 감소한 경우에는 가스백 B법을 사용하여야 한다. 가스백 B법은 시험가스가 기재 및 광촉매에 흡착되는 것을 무시할 수 없는 광촉매 제품(광촉매 재료 포함)에 적용한다. 가스백 A법과 같이 테들러백 안에 시험시료(5㎝×5㎝)를 넣고 밀폐시킨다. 이 속에 아세트알데히드를 넣어서 시험시료에 흡착시킨다. 그 후 테들러백 안을 공기로 희석한 80~100ppm의 아세트알데히드 가스 3ℓ로 채운다. 여기에 자외선 강도 1㎽/㎠의 광을 20시간 조사하여 아세트알데히드의 농도를 검지관 또는 가스크로마토그래피로 측정한다. 이것을 2개의 시험시료에 대하여 측정하고, 또한 2개의 시험시료에 대하여 광을 조사하지 않고 마찬가지로 20시간 방치하여 아세트알데히드의 농도가 초기 농도의 80%의 이하로 감소되지 않음을 확인한다. 한편, 시험시료는 시험 전에 3시간 이상 1㎽/㎠의 광을 조사하여 표면이 청정하게 유지되도록 전처리 하여야 한다. 나. 광촉매 제품의 성능 기준 일본의 광촉매제품기술협의회에서는 소비자가 안심하고 광촉매 제품을 사용하고 일정한 성능 이상의 제품을 선택할 수 있도록 품질과 안전에 관한 기준을 책정하여 운용하고 있다. 광촉매 제품의 성능 기준은 표 1에 나타낸 바와 같이 위에서 설명한 광촉매 성능평가 시험방법에 따라 3가지의 기준이 책정되어 있다. 이 가운데 액상필름밀착법을 이용한 경우에는 10㎎/ℓ의 메틸렌 블루 수용액이 1시간 동안의 자외선(강도 1㎽/cm2) 조사 후에 탈색될 것, 가스백 A법을 이용한 경우에는 2시간 동안의 자외선(강도 1㎽/cm2) 조사 후에 초기 농도 80~100ppm의 아세트알데히드가 70% 이상 제거될 것, 가스백 B법에서는 20시간 동안의 자외선(강도 1㎽/cm2) 조사 후에 초기 농도 80~100ppm의 아세트알데히드가 70% 이상 제거되어야 한다고 되어 있다. 평판 형상의 광촉매 제품, 산화티탄 분말, 졸, 슬러리, 코팅제, 조립품, 담지물 및 복합 산화티탄이나 흡착을 무시 할 수 없는 광촉매 제품 등 각종 광촉매 제품에 이 3가지의 광촉매 성능 기준을 적용할 수 있다. 그리고 평판 형상의 광촉매 제품과 같이 3가지의 광촉매 성능 기준 가운데 한가지 이상의 광촉매 성능 기준이 적용될 수 있는 경우에는 각각의 광촉매 성능 평가 시험에서의 시험 결과가 광촉매 성능 기준과 적합하도록 하였다. 다. 광촉매 제품의 안정성 기준 광촉매 제품에 사용되는 광촉매에는 식품첨가물로서도 인정되고 있는 안전하고 독성이 없는 산화티탄 뿐만이 아니라 바인더나 분산제 등 여러 가지 화학 물질이 사용되기 때문에 일본의 광촉매제품기술협의회에서는 소비자가 안심하고 사용할 수 있도록 광촉매의 안전성에 관한 기준을 정하여 채택하고 있다. 우선, 광촉매 안전성 기준의 기본사항으로 광촉매 제품에 사용하는 광촉매에 다음에 열거하는 화학물질을 구성성분으로 포함하는 것을 금하고 있다. ①‘화학물질의 심사 및 제조 등의 규제에 관한 법률’(화심법) 및 관련 법규에 의해 공포되어 있지 않은 화학 물질 ②제1종 특정화학물질(화심법 제2조 제2항), 제2종 특정화학물질(화심법 제2조 제3항), 지정화학 물질(화심법 제2조 제4항)로써 화심법 시행령에 의해 지정되어 있는 화학 물질. 단, 지정화학 물질이더라도 광촉매제품기술협의회가 안전성에 문제가 없다고 인정한 물질은 제외한다. ③원자력 기본법 2제 20조에 규정하는 방사성 물질 ④‘유해물질을 함유하는 가정 용품의 규제에 관한 법률(1973년 법률 제112호)’및 관련 법규에 의해 규제되어 있는 화학 물질 ⑤그 외에 광촉매제품기술협의회가 안전성에 문제가 있다고 인정한 물질(발암성 물질, 신경독, 내분비교란물질 등). 그리고 광촉매 제품에 사용하는 광촉매의 구성성분으로 표 2에 나타낸 바와 같이 급성경구독성, 피부일차자극성, 변이원성, 피부감작성 등의 안전성 기준에 모두 적합해야 한다. 또한 기본적으로는 광촉매 제품에 사용된 광촉매 재료의 안전성 데이터를 확인함으로서 광촉매 제품의 안전성을 확인하도록 되어있다. 다만, 피부와 장시간 접촉된 상태로 사용되는 제품, 식품과 접촉될 가능성이 있는 제품에 대해서는 표 3에 나타낸 재질시험·용출시험, 피부접촉시험의 안전성 기준에 적합하여야 한다. 라. SITPA 마크 표시 인증제도 광촉매제품기술협의회에서는 앞에서 설명한 광촉매 성능 및 안전성 기준을 만족하는 제품에 대해서 광촉매 성능의 효과를 인정하는 마크를 표시할 수 있는 SITPA(Society of Industrial Technology for Photocatalitic Articles)마크 표시 인증제도를 2001년 10월부터 도입하여, 기업이 제조한 광촉매 제품의 성능을 소비자가 믿고 구입할 수 있도록 하고 있다. 이 제도는 생산기업의 책임 하에 협의회에 가입된 회원기업이 자사 제품이 광촉매 성능 기준을 만족한다고 판단되면, 앞에서 설명한 성능평가시험방법에 따라 지정 성능평가 시험기관에 시험을 의뢰하고 그 시험결과를 첨부하여 광촉매제품기술협의회에 신청함으로서 SITPA 마크 관리운영규정에 따라 제품에 SITPA 마크를 표시하는 것이다. 여기서 유의할 점은 광촉매제품기술협의회는 광촉매 제품에 대해서 소비자로부터 문의가 있으면 시험 성적서, 품질 및 안전 기준 등의 데이터를 제공할 뿐이며 SITPA 마크의 인정기관은 아니라는 점이다. 또한, 신청 기업은 자사에서 제조 또는 판매하는 광촉매 제품의 관하여 ‘품질 및 안전에 관한 규격’과 ‘광촉매 제품 가이드라인’에 따라서 품질관리함과 동시에 소비자로부터의 문의나 요구 등에 대하여 책임을 가지고 응해야 하며 이를 위하여 의무적으로 광촉매 제품 관리책임자를 두게 되어있다. 이와 같이 제품에 관련된 정보 공개 원칙에 근거한 SITPA 마크의 표시 인증제도에 의해 성능이 미달되거나 품질이 조악한 제품의 시장유통을 방지하여 광촉매 제품의 신뢰성을 향상시키고 나아가서는 광촉매 산업의 건전한 육성과 발전을 추구하고 있다. 3. 결언 필자는 지난 4월말, 일본 파인세라믹스협회의 초청으로 ‘광촉매 국제표준화를 위한 아·태 지역 전문가 회의’에 참석하였다. 이 회의에서는 광촉매 제품의 성능평가방법의 국제표준화를 추진함에 있어서 일본이 자국의 입장을 적극 반영하여 국제표준을 제정함으로서 세계시장에서의 우위를 선점하고자 ISO/TC206의 회원국인 한국, 미국, 캐나다, 호주, 터어키, 중국, 말레이지아, 태국, 인도네시아, 베네즈엘라 등의 대표들을 초청하여 일본의 광촉매 기술과 산업의 현황 및 시험평가기술을 설명하고 광촉매 관련 기업을 견학하도록 하였다. 이와 같이 일본이 광촉매 산업을 현 일본 경제의 불황을 타개할 신규산업으로 선정하고 표준화를 추진할 정도로 일본 정부가 광촉매 산업에 거는 기대는 매우 크다. 전 동경대학 후지시마 교수를 선두로 산업기술총합연구소의 환경재료연구팀을 비롯한 대학의 전문가들 그리고 1,000여개의 관련기업이 정부의 적극적인 지원 아래 광촉매 산업의 발전을 추진하고 있다. 반면, 우리나라의 경우, 광촉매 성능평가방법 표준화에 관한 연구는 산기반표준화과제로 한국화학시험연구원과 세종대학이 공동으로 수행하고 있는 ‘광촉매 재료의 VOC 제거성능 평가방법 표준화’(2003년 6월 완료 예정)가 유일하다. 이에 산업자원부 기술표준원에서는 금년 1월 산학연 전문가들로 구성된 ‘광촉매표준화추진위원회’를 조직하고 광촉매 성능평가방법의 개발 및 검토, 각종 학술연구용역사업(광촉매 시장동향 및 광촉매 성능평가방법 현황조사 사업 등)을 실시하는 한편, 광 마크 인증제도의 도입 추진을 검토하고 있다. 모처럼 불어온 광촉매 산업의 훈훈한 바람을 그대로 놓쳐버리기에는 너무도 매력적인 산업이기에 광촉매에 관련된 산학연의 모든 관계자들이 역량을 모아 국내 광촉매 산업의 건전한 육성·발전을 위하여 매진할 때가 아닌가 생각한다. 블랙 라이트(20W×2) 자외선 강도(1.0mW/Cm2) 플라스틱 샤례 투명필름 메틸렌블루 수용액 평판시료 시료 : 암조건 3개, 명조건 3개 메틸렌 블루 농도 : 10mg/ㅣ 투명필름 : 저밀도 폴리에틸렌(두께 30~50㎛) 크기 3cm×3cm