2003년 우리나라 원적외선 산업의 진단 우리나라 원적외선 산업의 발전방향 張世泓 공학박사 / 전자부품연구원 나노정보에너지연구센터 수석연구원 1. 머리말 원적외선 복사체의 응용기술이 어떻게 우리 일상생활에 활용되어 왔는지, 어떠한 사람들의 노고로 오랜 세월을 거치면서 오늘날까지 발전되어 왔는지를 정리해 봄으로서 다양한 원적외선의 응용분야를 올바르게 이해할 수 있는 좋은 기회가 될 수 있을 것이며, 앞으로 다가올 발전 양상까지도 쉽게 예측할 수 있는 좋은 계기가 될 수 있을 것이라 생각됩니다. 과거를 바르게 앎으로서 오늘을 이해하는 것이 미래의 올바른 진로를 잡아주는 좋은 계기가 될 것으로 생각되며, 원적외선 산업을 지금보다 한차원 더 높게 끌어올리는 데 기여를 할 수 있을 것으로 생각되어, 평소 관심을 갖고 있던 분야에 월간 세라믹스로부터 원고를 청탁 받고 주저하다가 원적외선 응용분야에 종사하는 분들에게 조금이나마 도움이 되었으면 하는 마음으로 저의 평소 소견을 말씀드리고자 합니다. 2. 원적외선 응용의 배경 우리 재래식 부엌에는 가마솥이 걸려있고 그 가마솥을 고이는 양옆은 진흙으로 쌓여져 있었다. 그 진흙더미는 매일 같이 장작불에 달구어져 있어서 자연히 원적외선을 방출하게 되었으며 그 앞에 쭈그리고 앉아 불을 지피는 아낙네는 자신도 모르는 사이에 원적외선을 듬뿍 쪼이는 혜택을 받았기 때문에 선조들 중에 자궁암을 앓았던 부인네가 거의 없었다고 해도 과언이 아니라고 한다. 이것이 발전된 형태가 바로 한증막이다. 진흙으로 작은 굴을 쌓고 밖에서 불을 지펴 토굴을 뜨겁게 만든 다음 그 속에 들어가 난치병을 치료하던 우리 선조는 원적외선을 모르면서도 그것을 활용할 줄 아는 훌륭한 슬기를 가졌다고 하겠다. 3. 원적외선의 산업별 응용현황 가 .생활건강 및 의료 분야 최근 원적외선에 대한 관심이 가장 크게 고조되고 있는 분야가 바로 생활건강 및 의료분야이다. 이제는 원적외선을 연구하는 학자에서부터 원적외선을 실제로 이용하는 산업분야의 엔지니어 그리고 원적외선을 이용하여 새로운 치료기술을 개발하려는 의료분야 뿐만 아니라 자신의 건강 상태에 민감한 일반인들까지도 원적외선에 대하여 지대한 관심을 갖게 되었다. 먼저 의료분야부터 살펴보면, 현재 시중에는 각종 온열치료기를 비롯하여 기능성 밴드, 온열매트, 찜질기, 적외선치료기 등 많은 상품들이 선을 보이고 있다. 그리고 생활건강용품 분야도 최근 크게 각광을 받으며 다양한 제품을 쏟아내고 있는 분야인데, 특히 원적외선을 복사하는 기능성 황토 및 옥비누, 황토와 같은 천연광물질을 이용한 미용팩 등 다양한 응용제품이 천연물질이며 원적외선 복사 및 무자극성이라는 장점을 살려 상품화되고 있다. 이들은 주로 원적외선 복사에 의해 세포조직을 활성화시킴으로서 혈액순환을 촉진시켜 건강을 유지할 수 있도록 하는 역할을 하는데, 실제로 의료계에서 그 효과를 검증하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 지금까지의 연구결과들에 따르면, 다양한 종류의 원적외선 복사체가 혈액순환 촉진, 피로회복, 안정한 수면, 성장촉진, 축열보온, 온열효과 등에서 뛰어난 효과를 발휘한다고 발표되고 있다. 현재 건강의료 분야의 일부 업체에서는 아무런 과학적인 근거가 없는 상태에서 과대과장 광고를 통한 원적외선 제품의 판매로 오히려 소비자의 불신을 초래하는 경우도 종종 발생하고 있다. 그러나 대부분의 관련 업체들은 학계, 연구기관 그리고 병원 등과의 공동연구를 통해 원적외선 복사특성은 물론 기능성 확인, 인체에 미치는 영향 등 제품별로 그 특성에 대한 연구를 진행하여 효과를 검증하는 단계를 거쳐 이제 그 효과를 확신할 수 있을 정도로 신뢰성이 높아지게 되었다. 나. 섬유산업분야 섬유분야에서는 기존의 섬유소재인 나일론, 폴리에스테르, 아크릴 등의 합성섬유 제조시 천연 원적외선 복사체나 합성세라믹스 원료를 초미립자로 분쇄하여 첨가하는 형태로서, 용도에 따라 데니아를 조절하여 균일 혼합사를 생산한다. 또한, 후가공법으로 원적외선 복사 세라믹스 미립자를 폴리우레탄이나 폴리아크릴산수지, 라텍스 등과 혼합하여 실, 섬유, 편물, 그리고 부직포 등에 코팅 혹은 프린트하는 방법도 널리 사용되고 있다. 그리고 최근에는 원적외선 복사 세라믹을 졸-겔 합성법을 이용하여 액상에 분산된 형태로 제조한 후 염색공정을 통해 기능성을 부여한 후 이를 섬유표면에 코팅하는 방법과 같은 신기술도 개발되고 있다. 다. 가전산업 분야 가전업계에서는 일찍부터 원적외선 히터라는 응용제품을 개발하여 시판하여 왔는데 난방용구, 조리기구, 미용기구 등에서 가열이 필요한 제품에 주로 사용되고 있으며, 향후 가장 기대되는 제품분야는 냉장고와 텔레비젼 및 공기청정기를 포함한 에어콘 등이다. 예로부터 슬기로운 우리 선조들은 일상생활에서 얻은 지혜를 다양한 용도로 적용하여 옹기나 장독 등과 같은 생활용품을 만들어 사용하였다. 김치 등을 장독에 넣어 땅속에 묻어 놓고 겨울 내내 알맞게 숙성시켜 우리 입맛을 돋구어 왔는데 최근 각 가전회사에서 이러한 김장독의 원리를 과학화시켜 응용한 제품이 바로 김치 냉장고이다. 이렇게 개발된 김치냉장고에 대하여 각 가전회사는 대대적인 홍보를 통한 제품 판매에 열을 올리고 있다. 21세기를 맞이하여 현재 다양한 가전제품이 개발되어 생활의 곳곳에 사용되다보니 전자파라는 새로운 공해요소가 생겨나고 있는데, 특히 어린이에서부터 노인에 이르기까지 전 국민의 시선을 한곳에 모으고 있는 텔레비젼은 전자파 발생이 대단히 많기 때문에 유럽 등의 선진국에서는 원적외선 효과를 이용하여 전자파를 차단할 수 있는 제품을 선보이고 있으며, 우리나라에서도 이러한 제품이 개발된 사례도 있다. 그리고 에너지 문제로 전 세계가 심각한 경제위기를 맞고 있는 이때에 자원의 절대 빈국인 우리나라 실정은 에너지 절약과 관련된 기술 개발이 절대적으로 요구되고 있으며, 이에 따라 대자연의 힘과 그 무한자원에서 얻을 수 있는 원적외선을 활용하는 난방용품이야말로 에너지 절감에 크게 기여할 수 있을 것이다. 또한 공기정화기에 원적외선 효과를 응용하는 일도 다양하게 시도되고 있다. 라. 건설·주택 분야 생활수준의 향상과 더불어 건강 주택에 대한 관심이 높아지고 있으며, 천연소재에서 복사되는 원적외선을 활용한 다양한 용도와 종류의 건축자재가 늘어나고 있다. 특히 최근에는 전원주택, 빌라 등에 제한적으로 사용되어오던 황토, 목재 등이 아파트와 같은 대단위 주거공간에까지 확산되고 있는 실정이다. 주로 황토, 맥반석, 옥 등과 같은 소재를 활용한 아파트까지 등장하게 된 것은 무엇보다도 쾌적하고 건강한 주거환경에 대한 소비자의 욕구가 높아졌기 때문이다. 이와 같은 경향은 우리 고유의 황토 온돌 문화에서 그 근원을 찾을 수 있으며, 원적외선 시장이 폭넓게 주거공간에 채용되고 있음은 무엇보다도 우리 전통 문화가 인체 건강에 탁월한 효과가 있다는 것을 잘 시사해주고 있다. 현대의 난방 방식은 주로 공기 대류식으로 온도조절이나 사용은 쉬워졌지만, 건조한 실내 공기 때문에 현대인은 각종 순환기 질환에 시달리는 원인이 되기도 하였다. 또한 흡습성이 강하고 통기성이 나쁜 현재의 콘크리트 주택에서 발생하는 결로현상, 곰팡이 문제 등을 원적외선 복사체를 응용한 바닥재, 벽재, 천장재, 벽지, 벽돌 등에 적용함으로서 건조효과, 습도조절, 방충, 탈취, 보온효과 등 다양한 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 마. 자동차 산업분야 자동차 산업분야에서의 원적외선 응용은 대부분 차체 도장 후 원적외선 건조 장치를 사용하여 도료를 건조시키는데 사용되고 있다. 원적외선 도료 건조는 열풍건조에 비해 건조속도도 빠르며, 건조과정에서 발생되는 핀홀, 부분탈색 등의 단점을 보완하고 있다. 이는 물과 수지의 원적외선 흡수파장과 복사체의 원적외선 파장이 잘 일치하는데 기인하는 것으로 확인되고 있으며 최근에는 이동식 건조장치가 개발되어 실용화되고 있다. 또한 자동차의 내장재로도 원적외선의 응용이 확산되고 있는데, 주로 공기청정 부분과 냉난방구의 필터 부분에 활용되어 항균능력이 뛰어나고 공기정화에 탁월한 효과를 나타내고 있으며, 또한 자동차 시트, 연료절감기 및 공해 배출 방지 시스템 등에도 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 바. 플라스틱·제지 분야 플라스틱 분야에서는 주로 생활용품과 관련된 상품이 많으며 앞으로 그 응용이 더욱 확대될 것으로 예측된다. 각종 음용수나 식품의 보관 및 저장 용기의 개발을 통해 장기간 저장해도 신선도를 유지할 수 있는 제품도 보고되고 있으며, 특히 냉장고 등과 같은 곳에서 냉장 보관시 사용되는 밀봉용기에서 그 효과가 더욱 크게 나타나고 있기 때문에 가정용 및 산업용 저장 용기 분야에서 원적외선 응용 제품의 보급이 두드러지고 있는 실정이다. 현재까지 개발된 제품을 보면 각종 저장 용기, 냉장고의 야채 보관실, 물통, 도마, 자동차 바디, 냉장/냉동차의 내장재, 농업자재 등에 이르기까지 광범위한 분야에서 다양하게 이용되고 있다. 제지분야에 있어서도 원적외선 복사 원료를 사용한 몇몇 종류의 제지제품이 나오고 있지만 제지공정에서 세라믹원료를 직접 혼입하는 것은 기피되고 있는데, 이것은 제지원료인 펄프와 원적외선 복사체 원료의 비중차가 크기 때문에 층 분리가 일어남으로서 균일한 제품 제조가 어렵기 때문이다. 따라서 분산효과가 뛰어난 분산제의 개발과 제조 공정 개선을 통해 고부가가치 상품의 개발이 기대되고 있다. 최근에는 종이컵과 벽지, 식품 보관용기 등에 널리 응용이 확대되고 있으며, 아울러 항균, 탈취, 그리고 흡·방습 등의 기능이 부여된 제품이 시중에 널리 선보이고 있다. 사. 도료·잉크 분야 기존의 도료에 원적외선 복사 세라믹스를 혼입해서 사용하면 원적외선 복사특성 뿐만 아니라 열전도율의 향상과 뛰어난 항균성도 함께 발휘되기 때문에, 선박 하부에 도장을 함으로서 우수한 방청효과를 나타내기도 하며, 저온창고나 냉장고와 같은 저장부분의 내부 도장용 도료로 이용하면 저장품의 신선도 유지에 기여할 수 있고, 주거환경에 적용하면 쾌적하고 건강한 생활공간을 유지할 수 있으며, 냉·난방 시에도 에너지를 절약할 수 있게 된다. 현재 일부 도료업체에서는 건축내장용 도료에 황토와 맥반석 등을 첨가하여 원적외선 복사, 탈취, 항균 등의 기능을 가진 제품을 시판함으로서 새로운 시장 공략에 나서고 있다. 아. 건강위생 분야 가장 오래된 원적외선의 응용분야는 재래식 온돌방이다. 온돌방은 온돌이란 돌 위에 흙을 덮어 방바닥을 만들고 아궁이의 불로 돌을 달구어 방을 따뜻하게 하는 난방 형태이다. 온돌의 돌과 흙이 가열되며 원적외선이 복사되고 이 원적외선은 방안 공기를 그다지 높이지는 않지만 체내에 흡수되어 자기 발열현상을 나타냄으로써 우리의 건강을 지켜주었다. 재래식 한증막은 돌과 흙으로 굴을 쌓고 그 굴 겉을 불로 달구어 데워진 굴속에서 사람이 들어가는 형식이었다. 이때 돌에서 복사된 원적외선이 사람의 체내에 흡수되어 체내 온도를 상승시키고 땀과 각종 노폐물을 몸밖으로 배출하기 때문에 여러 가지 병을 치료하는데 도움을 주었다. 그러나 현대의 사우나는 증기를 이용하여 실내 온도를 90℃정도의 고온으로 데웠기 때문에 그 안에 들어가면 살갗이 따끔거리거나 숨이 막히게 된다. 이와 같은 사우나에서는 단지 피부 표면을 덥게 하여 체온조절용 땀을 낼뿐이며, 체내 온도상승에 의한 노폐물 배출 효과는 거의 기대할 수 없다. 앞에서 잠깐 언급한 것처럼 현대의 난방은 주로 공기 대류식으로서 온도 조절이나 사용은 쉬워졌지만 가열·건조된 실내 공기 때문에 현대인은 각종 순환기 질환에 시달리게 되었다. 요즘 시중에 원적외선 불가마 찜질방이 유행하고 있으며 하루가 다르게 매장이 생겨나고 또한 그 규모도 대형화 되어가고 있다. 생활이 향상되고 건강에 대한 관심도 그 만큼 증폭되면서 주로 맥반석이나 황토, 옥, 숯 등의 원적외선 복사체를 한증막 내벽으로 시공하거나 또는 따뜻한 물속에 넣어 사용하고 있는 업체들이 늘어가고 있다. 4. 원적외선 방사체에 대한 평가 가. FI-IR에 의한 평가 최근 원적외선에 대한 연구, 개발이 폭넓게 진행된 결과, 다양한 기능을 나타내는 원적외선 방사소재와 제품이 등장하여 널리 사용되고 있는 실정이다. 그러나 이렇게 다양화되고 있는 방사소재, 응용제품에 관하여 그 특성이나 효과가 불분명한 점이 많이 있고 종종 확대 해석되는 경우도 많이 있다. 지금까지 원적외선 방사체 평가 기준으로 분광방사율을 사용하고 있다. 엄밀하게 말하면 분광방사율은 어떤 특정의 온도와 방사시에 같은 광학적 기하학적 조건하에서 통용되는 상대적 비교치로 해석된다고 볼 수 있다. 다른 한편으로는 방사체의 전방사율을 물질 고유의 특성치로서 취급하여 방사율의 우열을 비교하는 경우도 있다. 그렇지만, 동일 물질일지라 하더라도 방사체의 표면 상태의 두께·내부구조 등에 의해서 분광방사율이 크게 변함으로써 전방사율의 고저를 물질 그 자체에 의존시키는 해석은 문제가 있다. 나. 의료용 적외선 써모그래피에 의한 평가 써모그래피란 인체의 피부표면온도를 2차원 영상으로 표시하는 방법으로 이학적으로 표현하면 원적외선(8~12미크론)사이의 에너지 분포를 가시화한 것이다. 어떤 의미에서, 인체는 전자기 스펙트럼이 적외선 부위내에서 항상 빛을 내고 있거나 혹은 자연 방출하고 있다. 인체는 인체 자체의 대사적 역동 상태를 특징적으로 묘사하고 거기에 속한 정보를 포함하는 전자기적 신호를 끊임없이 내보내고 있다. 임상적 써모그래피의 바탕을 형성하는 것은 바로 이와 같은 사실이다. 의료용 써모그래피는 최근 디지털 영상처리 장치를 개발함으로써 비약적으로 진단 가치가 높아졌으나 의료용 써모그래피를 이용하여 원적외선 복사체의 복사특성에 측정하는 경우 복사체에 따라 그 특성이 상당한 차이를 보이고 있기 때문에 복사체의 복사스펙트럼 분포와 복사에너지를 정확하게 알 필요가 있다. 따라서 의료용 써모그래피를 이용하여 원적외선 방사체의 온열 효과를 관찰하는 데는 한계가 있다. 다. GDV에 의한 평가 GDV(Gas Discharge Visualization) Technique은 생체 에너지장이 전자기장과의 상호 작용을 통해 발광하는 것을 영상화하여 컴퓨터를 이용해 분석하는 방법으로, 잘 알려진 키를리안 효과를 기초로 하고 있다. GDV 카메라를 이용하면 원적외선 방사체에서 방사되는 특정 에너지 패턴을 촬영할 수 있으나 아직까지 그것에 대한 연구는 초기 단계로 많은 실험과 비교할 수 있는 standard 자료들이 수집되어져야 한다. 액체 상태 물질의 에너지 패턴을 촬영하는 경우 촬영 조건을 일정하게 유지할 수 있는 여러 가지 방법들이 있으나, 아직도 그 에너지 패턴이 의미하는 바를 정확하게 분석해 낼 수 있을 정도로 연구되어 있진 못한 실정이다. 5. 향후과제와 전망 그동안 원적외선 응용분야의 기술들은 서로를 연결하는 폭넓은 연결고리를 갖지 못한 채 원적외선의 효과만을 앞세운 응용제품들이 홍수같이 쏟아져 나옴으로서 원적외선의 효과가 있다는 소비자들의 의견도 많고, 효과가 없다는 주장도 만만치 않게 나오고 있다. 수많은 원적외선 관련 업체들이 역사의 뒤안길로 사라져가는 요즈음의 기업 환경 속에서도 그동안 꾸준히 연구개발에 묵묵히 전념해온 원적외선 응용 회사들의 불굴의 의지가 원적외선 발전의 원동력이 되어 국가 발전에 기여하고 있다고 말할 수 있으나, 이러한 노력에도 불구하고 아직도 많은 사람들이 그 시장에 대해 불안한 전망을 버리지 못하는 경향이 있는 반면, 엄청난 시장규모를 예상하는 이들도 적지 않다. 21세기를 맞이하여 점점 치열해져가는 경쟁 속에서 기술 우위를 차지하려면 새로운 기술 개발 및 신기술 도입, 생산 시설 향상 등에 과감한 투자를 해야 하며 이를 통해 우리 원적외선 업계가 국가 산업발전에도 크게 기여할 것이고, 원적외선 응용제품 수출의 길도 새롭게 열릴 것으로 예상되며, 소비자들의 변화된 욕구와 더불어 첨단산업, 민생분야, 의료분야로까지 지속적으로 발전해 나갈 수 있을 것으로 전망된다. 현재까지의 원적외선 응용제품에 대한 관심이 일시적인 붐이 아니라 앞으로도 계속 이어져 가기 위해서는 그 효과를 실증할 수 있는 제품을 소비자들에게 직접 보여 주여야만 한다. 원적외선의 효과도 기존의 FT-IR을 이용한 원적외선 복사율과 복사강도를 측정하는 방법뿐만 아니라 현재 의료용 장비로 널리 사용되고 있는 써모그래피와 GDV장비 등을 활용함으로서 보다 더 확실한 자료를 소비자들에게 제공하여 건전한 경쟁 관계를 유도해 줘야할 것이며, 또한 기존의 재료에 대한 원적외선 효과를 검증하는 선이 아니라 제조된 완제품을 대상으로 그 효과를 입증함으로서 비로소 올바른 효과를 확인하는 것이 가능하리라 판단된다. 이런 연구결과들을 바탕으로 바이오 기술 관련 분야와 정밀화학 및 나노소재 산업, 식품 가공 및 저장, 각종 첨단 센서를 비롯하여 해양개발, 우주개발, 지하개발과 같은 미지의 산업분야에까지 그 영역을 확대해 나갈 수 있을 것으로 보여진다. 현재 많은 기업들이 갖고 있는 원적외선에 대한 지대한 관심과 활발한 연구 활동을 보면 앞으로의 시장은 더욱 확대될 것으로 예상되고는 있지만, 모든 관련 기업들이 원적외선 관련 제품의 효과에 관해 보다 더 과학적 검증을 거쳐 정확한 정보를 제공함으로서 더 이상 소비자들을 현혹하지 않도록 하고 아울러 과학적으로 검증된 제품만을 보급할 수 있도록 노력해야 할 것이다. 이와 같이 과학적이고 체계적인 연구와 엄격한 제품 관리가 이루어진다면 원적외선 시장은 새천년을 맞이하여 21세기의 새로운 제품으로 당당히 시장의 한 축을 담당하게 될 것으로 기대되어진다.