이 인 혁 (주)엔지테크놀로지 대표이사 1. 광촉매 시장과 과제 가. 광촉매 시장의 확산과정 이산화티타늄이 환경정화에 효과가 있다는 사실이 일본 후지시마 교수에 의하여 알려진 이래 상용화를 시작하기까지 약 30년의 시간이 소요되었다. 본래 이산화티타늄은 분말형태이므로 그 자체로는 기판에 코팅이 매우 어려워 상용화의 길을 찾지 못하다 1975년 일본의 도기전문기업인 토토사에서 이산화티타늄분말을 코팅제로 제조하여 일반 타일면에 코팅하여 상온에서 건조가 가능하다는 것이 입증되면서 급속히 상용화의 물살을 타게 되었다. 이것은 광촉매 수용액 및 응용상품 개발의 단초를 제공하였으며 급속도로 항균, 탈취, 오염방지 등의 분야에서 많은 발전을 이룩하였다. 사실 상온에서 단순한 빛에너지를 이용하여 항균, 살균, 탈취, 수질정화, 대기정화 등의 효과를 얻을 수 있다는 것은 매우 고무적인 일임에 틀림이 없을 것이다. 그렇기 때문에 일본의 미쯔비시 종합연구소 등 조사기관의 향후 수년내에 수십조원의 시장이 형성될 것이라는 예측 또한 틀린 얘기가 아닐 것이다. 그러나 광촉매가 환경정화분야에서 특정한 효과를 발휘하여 상용화된 제품으로서 자리를 굳히기 위해서는 아직도 많은 연구와 시간이 필요한 것이 사실이다. 그 이유는 광촉매의 주요 성분인 이산화티탄이 나노입자형태로 수용액내에 분산되어 있으며 상온건조가 가능하지만 실제로 환경정화에 이용하기 위해서는 기존의 건축자재나 생활용품 자재 등이 요구하는 각종 특성을 만족할 수 있는냐 하는 문제는 별도의 연구과정을 필요로 하기 때문이다. 나. 광촉매 수용액의 상용화를 위한 요건 환경정화용 상품의 가장 큰 특징은 그 활용범위가 거의 모든 산업분야에 걸쳐있어 파급효과나 응용범위가 광범위해야 한다는 것이다. 이를 위해서는 일반 건축자재뿐 아니라 생활용품, 산업용품, 공기, 물 또는 각종 화학물질 등과의 반응성 등 다양한 요건을 필요로 한다. 따라서 광촉매 수용액이 환경정화재로써의 요건을 요약하면 다음과 같이 요약할 수 있을 것이다. - 상온건조 밀착성 : 종이 옷감, 플라스틱 등의 비내열재료에 사용하기 위해서는 가급적 낮은 온도에서 원재료 경도이상의 밀착성을 제공해야 한다. - 중성수용액 : 금속 등 비내산성재료에 사용하기 위해서 pH가 가급적 중성이어야 한다. - 화학적 반응성 : 유기용재료와의 화학적 반응이 없어야 한다. - 투명박막형성 : 원재료의 색상, 질감 등에 영향이 가급적 없어야 한다. - 막의 순도 및 활성도 : 순수한 이산화티타늄막이 형성되어야 하며 높은 활성도를 유지해야 한다. 모든 자재에 대하여 이러한 요건을 모두 한꺼번에 만족시키기 위한 제품의 개발은 매우 어려우며 현재 일부자재에 대하여 많은 연구가 이루어져 왔으나 앞으로도 지속적으로 이런 분야에 많은 연구 과제가 남아있다고 할 수 있을 것이다. 2. 광촉매 제품의 일본 시장 일본의 광촉매 시장은 정부의 강력한 주도하에 많은 업체들이 용액개발, 각종 응용상품개발에 박차를 가하고 있다. 그 주요 분야는 - 내외장재 시장 - 도로자재 시장 - 가전제품 시장 - 자동차 및 수송기기 시장 - 환경정화용 시장 (배기가스, 대기정화, 수질정화) - 기타 (도료, 필름, 코팅재 등) 분야에 이르고 있으며 1999년 현재 약 48개 업체가 253억엔의 시장 규모를 형성하였으며 신장률은 매년 30% 정도를 보이고 있다.(일본 광촉매 포럼) 또한 2002년 현재 광촉매 응용상품의 시장규모는 약 960억엔으로 추정되며 그 세부내역은 다음 표와 같다. 위 도표에서 알 수 있는 바와 같이 광촉매 제품의 시장은 가전제품이 전체의 약 36%로 가장 상용화가 많이 이루어진 것을 알 수 있으며 환경정화용 제품이 그 뒤를 따르고 있다. 이것은 한국에서도 광촉매 제품이 탈취용 제품으로 많은 가능성을 가지고 있음을 암시하는 부분으로서 향후 급속한 시장확대가 기대되고 있는 분야 중의 하나이다. 그러나 상대적으로 내외장재 시장은 10%에 그치고 있다. 내외장재 시장의 주류는 광촉매타일이 80%를 차지하고 있다. 광촉매 코팅제품이 내외장재로 사용되기 위해서는 아직까지 일반 건축자재로서의 광촉매 코팅의 한계를 보여주는 부분이라고 할 수 있다. 실제 일본가전제품의 경우에는 광촉매 코팅막이 효과를 발휘하기 위하여 별도의 조도관리장치(일종의 자외선 조사장치)를 부착하고 있으나 일반 내외장재의 경우에는 외부의 빛에 의존해야 하는 광촉매 특성을 고려할 때 당연한 결과로 받아들일 수 있다. 이를 극복하기 위하여 2001년 토요타중앙연구그룹에서 Science 잡지에 아나타제이산화티탄 격자 중의 산소를 질소로 치환함으로써 산화티탄의 응답 파장을 가시광선영역으로 확장할 수 있다는 보고가 있었으며 이에 대한 연구가 가시광응답형 광촉매의 개발이라는 테마로 스미토모화학, 에코디바이스, 토요타, 도시바세라믹 등에서 활발히 이루어지고 있다. 상용화가 완료되면 내외장재 시장의 급속한 증가세가 나타날 것으로 생각된다. 3. 한국의 광촉매 시장 현황과 전망 가. 개요 한국의 광촉매 연구는 약 15년 전부터 연구가 이루어져 왔으나 본격적으로 관련 업체들이 상온경화 제품을 선보이기 시작한 것은 2001년 이후의 일이며 2003년 새집증후군에 대한 문제가 화두로 제시되면서 관련 업체들이 급속히 증가하기 시작하였다. 그러나 일부 대기업들이 진출해 있는 일본과는 달리 한국에서는 중소기업 위주로 시장이 형성되어 있으며 초기에 새집증후군의 사회적 관심도에 따라 아파트 실내 코팅시공분야에 관심이 집중되어 있는 것이 현실이다. 그러나 일본의 예에서 보듯이 빛에너지에 의존하는 표면반응이라는 제품의 특성상 내외장재 적용에 많은 한계를 노출하였으며 이에 따라 기형적 시장형성이라는 문제를 야기하였다. 업계에서는 2002년 광촉매협회를 결성하고 광촉매 제품에 대한 품질인증제도를 시행하기에 이르렀으며 향후 시장의 건전한 발전을 위하여 많은 노력을 기울이고 있는 실정이다. 아직까지 한국의 광촉매 코팅재 산업의 현황에 대한 공식적인 조사결과는 없으나 약 20여 개 코팅재 공급사와 수백개의 응용상품 공급사가 활동 중이며 그 중 대부분은 광촉매 실내코팅분야에 주력하고 있는 것이 현실이다. 혹자에 의하면 한국의 2004년도 코팅재 시장은 약 100여 톤에 달한다는 분석이 있다. 한국의 광촉매 시장 현황 및 장래 유망한 광촉매 응용분야를 살펴보면 다음과 같이 나타낼 수 있을 것이다. 나. 아파트 실내코팅시장 새아파트의 실내에 광촉매를 코팅함으로써 새 아파트에서 발생하는 각종 유해가스를 제거하기 위한 실내코팅시장은 정부의 실내공기질 개선 강화정책으로 인하여 뚜렷한 신장세를 보이고 있는 분야이다. 지난 1~2년간 많은 기업에서 새집증후군문제를 광촉매 코팅시공으로 해결하려는 시도가 있었으나 일반 아파트 실내의 자외선에너지 한계성, 광촉매 수용액의 품질문제, 시공품질의 문제가 서로 상승작용을 하면서 많은 문제를 야기하였다. 광촉매 코팅 시공이 아파트의 실내공기를 개선하여 새집증후군 문제를 해결하기 위해서는 다음과 같은 조건이 선결되어야 할 것이다. - 시공환경의 분석 : 광촉매는 그 특성상 빛에너지를 필요로 함으로 시공장소의 빛에너지가 충분히 공급될 수 있는지에 대한 분석을 기본 전제로 하고 있다. 만일 빛에너지가 충분치 않은 경우에는 일정한 기간동안(새집증후군 문제를 해결하기 위한 기간) 빛에너지를 공급할 수 있는 별도의 조치를 취하고 시공에 임하여야 한다. 또한 시공장소의 유해가스 농도가 어느 정도 되는지에 대한 사전 점검은 중요한 요소 중의 하나이다. - 적절한 코팅제의 선정 : 광촉매 코팅제의 제조는 일반적으로 매우 쉬운 듯 하지만 막상 상용화된 제품을 제조하기 위해서는 많은 경험과 지식을 수반하며 그 효과 또한 다양하게 나타날 수 있기 때문에 코팅자재의 특성에 맞는 용액을 사용하는 것이 무엇보다도 중요하다. - 시공방법의 균일성 : 아무리 사전분석을 하고 적절한 용액을 사용한다고 할지라도 시공방법이 적절하지 않으면 효과를 기대하기 어렵게 된다. 따라서 적절한 시공방법의 전제는 광촉매 시장의 활성화에 중요한 요소라고 할 수 있다. 이것은 광촉매 실내시공시장 활성화를 위한 기본적인 전제조건이다. 이러한 전제가 없이는 광촉매 실내시공시장은 광촉매의 입장에서 하나의 거품에 불과할 수도 있는 것이다. 광촉매 실내시공분야에서 중요한 요소 중의 하나는 코팅제의 기능성화 전략이다. 다행히 최근 일본이나 한국에서 광촉매 제품의 기능성화에 대한 제품들이 선보이고 있으며 아직까지 본격적인 상용화에는 미치지 못하고 있으나 조만간 상용화가 실현될 것으로 보인다. 광촉매의 기능성화 전략은 응답파장의 가시광선화, 다른 세라믹재료 또는 화학성분과의 결합을 통한 살균력, 탈취력, 특정유해가스의 제거율 강화 등 빛이 미약한 환경에서도 기능을 어느 정도 발휘할 수 있는 기능성 제품들의 출시가 요구된다고 할 수 있다. 이런 요구가 충족된다고 할 때 광촉매 실내 코팅시장의 시장 규모는 급속히 증가되어 일본시장을 압도할 수도 있으리라 판단된다. 다. 가전제품 시장 일본의 광촉매 응용상품 중 가장 상용화가 많이 진행된 분야 중의 하나이다. 그 이유는 광촉매 제품의 주요 목적이 기존의 탄소계 흡착에 의한 탈취력에 부가해서 유기물 분해에 의한 탈취력, 항균력을 동시에 얻을 수 있기 때문이며 일본의 경우에는 대기업들이 주류를 이루고 있다. 한국의 경우에도 많은 경우 광촉매에 의한 탈취를 이용한 제품들이 많이 출시된 것을 볼 수 있지만 아직까지 일반 소비자들의 호응을 얻는 단계까지는 이르지 않은 것이 현실이다. 그 이유는 국내의 경우 광촉매 제품에 대한 인식도가 낮고 시험기준이 마련되지 않아 가전제품 제조업체에서 광촉매 제품에 대한 효과 입증이 쉽지않기 때문으로 판단된다. 더 구체적으로는 일본산 냉장고의 경우 광촉매를 채택하기 위하여 냉장고 내부에 별도의 조명을 설치하고 구체적으로 어느 정도 성능개선이 이루어졌는지 소비자에게 홍보를 하는 경우가 대부분이나 한국의 냉장고에는 단순히 광촉매만 적용하여 효과가 나기를 기대하는 경우가 대부분이다. (그러나 실제 효과가 미미한 경우가 대부분이다) 공기청정기, 청소기, 에어컨 등의 경우에도 비슷한 경우가 많으며 이는 광촉매의 시장활성화에 커다란 걸림돌이 되고 있는 실정이다. 한국에서도 2005년을 기점으로 KS규격을 진행 중인 것으로 알고 있으며 이에 대한 기준안이 마련되고 그 기준안에 따르는 제품개발이 금년 내로 이루어지는 2006년 이후에는 본격적인 시장이 형성될 것으로 생각한다. 라. 내장재, 외장재 시장 외장재 시장은 광촉매 효과를 직접적으로 활용할 수 있는 분야 중의 하나이다. 즉 유기물 분해 기능과 초친수 기능을 조합한 외벽오염방지 기능은 장래가 촉망되는 분야이다. 그러나 이러한 외장재 시장은 건축자재로서의 특징인 경도, 색상, 투명도 등을 코팅한 이후에도 장기적으로 유지할 수 있느냐가 중요한 요소가 된다. 건축자재 외장재의 특성상 시장이 일시적으로 열리기에는 한계가 있으나 현재 플라스틱 투명판을 중심으로 도로방음벽, 재래시장의 빗물막이 지붕 등에서 많은 움직임이 감지되고 있다. 특히 일본의 아사히유리, 미국의 PPG, 영국의 필킹톤 등에서 광촉매 유리를 생산하기 시작하였으며 한국에서도 광촉매 코팅유리에 대한 연구가 진행되고 있다. 그러나 현재 광촉매를 이용한 외벽오염방지에 대한 기능의 구현은 일본 토토사에서 특허권을 보유하고 있어 한국의 상용화에 하나의 걸림돌이 되고 있는 실정이다. 그러나 일본 사가현 광촉매의 경우에는 토토 특허와 상관없이 외벽오염방지 코팅을 할 수 있는 것이 특징이라고 할 수 있다. 일본 내외장재 시장의 90%를 토토사에서 주도하고 있으며 나머지 약 8% 정도가 사가현 제품을 사용하고 있는것도 특허권과 관련되었기 때문이며 그 이외의 제품은 내외장재 시장진출에 어려움을 겪고 있는 것이 현실이다. 광촉매 내장재의 상품화는 토토 특허와 관련이 없으나 실내의 자외선양의 한계 때문에 아직 상용화가 미미한 수준에 이르고 있으며 따라서 광촉매 내외장재 시장의 활성화를 위한 선결조건은 오염방지에 대한 품질 시험기준안의 마련과 특히 내장재를 위하여 가시광선응답형 광촉매 수용액의 상용화가 무엇보다도 시급한 것이 현실이다. 마. 기타분야 일반 생활용품분야, 수질정화, 대기정화 분야에서도 광촉매의 활용도는 기대할 수 있는 분야이다. 그러나 각각의 분야 하나하나가 별도의 연구와 노력을 필요로 하고있다. 아직 일본에서도 이에 대한 연구가 계속 진행 중이며 텐트, 블라인드, 도로용 방음벽, NOx정화용 보도블럭 등 몇 가지 분야에 상용화가 완료되었으나 시장의 주류를 형성하는 데는 아직까지 이른 것이 현실이다. 주목할 만한 것은 수 년 전 SARS(중증급성호흡기증후군)에 대한 문제가 전세계를 흔들어 많은 혼란을 야기했던 사례가 있었으며 이에 대한 대책의 일환으로 광촉매의 살균 효과를 이용하려는 시도가 대만, 중국 등지에서 일어나고 있다는 것이다. 직접 SARS 균을 이용하여 시험하기가 쉽지는 않겠지만 광촉매가 대장균과 같은 세균을 죽일 수 있고 더욱이 죽은 균으로부터 나오는 페로독소와 같은 독소를 분해하는 것이 가능하기 때문에 이와 같은 SARS 문제를 해결하기 위한 수단으로서 검토하는 것도 가능하리라고 보는 시각이 있기 때문이다. 멀지않은 장래에 광촉매의 용도가 SARS 등 바이러스에 대한 대응책으로 새로운 시장 형성이 가능하리라는 생각을 가져보기도 한다. 4. 향후 대책 광촉매는 다양한 분야에서 탈취, 항균, 오염방지 등의 효과를 발휘할 수 있는 차세대 환경산업으로서 많은 관심을 불러일으키는 상품이다. 따라서 광촉매는 환경정화분야에 만능으로 적용할 수도 있는 해결사 역할을 할 수도 있지만 그 자체로는 아무것도 할 수 없는 하나의 촉매로서 역할을 할 뿐이다. 기존의 환경정화분야에서 반응을 촉진시킬 수 있는 촉매로서 많은 장점을 가지고 있으며 이를 잘 활용하면 훌륭한 환경개선제로서 효과를 충분히 인식할 수 있는 분야이다. 광촉매를 응용하기 위해서는 기존의 환경정화 과정에 대한 충분한 지식과 광촉매의 반응원리 및 시험방법에 근거하여 충분한 연구와 검토가 수반될 때 향후 광촉매 시장은 지속적으로 증가할 것이다. 분야 금액 점유율 비고 내외장재 10,000 10.4% 80%가 광촉매타일임 도로자재 3,000 3.1% 도로방음벽, NOX제거용 보도블럭 가전제품 35,000 36.5% 공기정화기,에어컨,냉장고, 형광등,청소기등 자동차,수송기기 4,000 4.2% 환경정화 27,000 28.1% 공조시스템, 수처리 장치, 탈취용분해장치등 생활용품 17,000 17.7% 텐트, 블라인드, 탈취용시트, 조화 등 합계 96,000 100% (출처:일본세라믹스 2004년 11월, Vol 39) 필자약력 ·(주)엔지테크놀로지 대표이사