산업기술/제조/경영

Nikkei Monozukuri_2025.10 (p53-56)

분리 회수 등 처리 기술 속속 등장
일본기업이 노리는 30억 달러 시장

전 세계적으로 과불화화합물(PFAS) 오염의 심각성이 인식되면서 PFAS 처리 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 활성탄이나 이온교환막을 이용해 PFAS를 흡착·분리해 소각하는 일반적인 방식과 함께, 최근에는 자외선이나 플라즈마, 특수한 화학반응을 이용한 분해 기술 등이 잇따라 등장하고 있다. PFAS 처리의 시장 규모는 해마다 계속 증가하고 있으며, 자체 기술을 활용해 시장에 새로 진입하는 기업들도 증가하고 있다.

세계의 PFAS의 여과 시장은 2030년에 30억 달러 규모의 성장을 전망할 정도로 거대 시장으로 평가받고 있다. 일본 국내 시장만 보더라도, 시장 조사회사인 후지경제그룹(도쿄)은 2035년에 PFAS 정수 시스템의 잠재 수요는 173억엔, 공장 용수처리의 민간 수요는 88억엔이 될 것으로 예측한다. 유럽과 미국을 비롯해 식수와 산업 배수 등에서 PFAS 농도의 기준을 강화하는 움직임이 확산되고 있어, PFAS 처리에 대한 니즈가 높아지고 있기 때문이다.

-- 회수 기술의 중심은 활성탄 --
현재 PFAS 처리에는 유기화합물을 흡착·회수할 수 있는 활성탄이 가장 널리 사용되고 있다. 미국의 많은 정수시설에서도 입상활성탄을 사용하고 있다. Kuraray는 미국 자회사인 Calgon Carbon이 PFAS 제거용 입상활성탄을 미국 내 다수의 정수 시설에 공급하는 등, 세계 최대의 활성탄 판매 점유율을 자랑한다. 그러나 활성탄에는 ‘사슬이 짧은 PFAS를 제거하기 어려워 흡착재를 자주 교체해야 하고’ ‘사용이 끝난 활성탄의 운송 및 소각에 막대한 에너지가 필요하다’는 과제가 있다.

이 밖에도 이온교환수지를 사용하여 PFAS를 흡착·제거하는 방법도 있다. 광범위한 PFAS에 대응할 수 있고 흡착 능력도 높다. 한편으로 활성탄보다 비용이 높고, 수지 재생을 위한 처리가 필요하다는 등의 과제가 있다.

최근에는 역삼투막 처리를 사용하는 사례가 늘고 있고, 가정용 정수기부터 대규모 시설까지 많이 채택되고 있다. 이는 매우 세밀한 막을 사용하여 PFAS를 물리적으로 분리하는 방법으로, 유해한 특정 PFAS를 고효율로 제거할 수 있다. 한편, 막에 큰 비용이 들고, 전처리나 유지보수에 손이 많이 간다.

-- 자외선으로 분해하여 불소를 재자원화 --
현재, 회수한 PFAS의 분해 기술로는 흡착시킨 자재를 고온으로 소각하는 열분해 기술과 초임계수로 유기물을 산화 분해하는 '초임계수 산화 기술' 등이 있다. 최근에는 자외선이나 플라즈마, 화학반응 등을 이용하는 산화환원이나, 열수 알칼리 처리에 의한 열분해 등의 새로운 기술도 등장하고 있다. 국내 기업에서도 자체 기술을 활용해 새롭게 PFAS 처리 시장에 진입하는 사례가 늘고 있다.

우시오전기는 유해한 ‘특정 PFAS’를, 자외선을 조사하는 것만으로 분해·무해화 할 수 있는 기술을 개발했다. 촉매나 첨가물을 사용하지 않고 자외선만으로 분해할 수 있기 때문에, 기존의 활성탄을 사용하는 제거 기술과 비교해 수송이나 소각으로 발생하는 이산화탄소(CO2)나 불소계 온난화 가스의 대기 방출을 억제할 수 있다. 우시오전기가 오랜 세월 축적해 온 진공 자외선 기술을 응용했다.

이 기술에서는 엑시머 램프(Excimer Lamp)가 방출하는 파장 172nm의 자외선과 OH 라디칼(수산기 라디칼), 수화전자(물 분자에 둘러싸인 전자)의 3요소를 이용해 PFAS를 분해한다. 우시오전기의 연구에서는, 특정 PFAS인 PFOA(Perfluorooctanoic acid)와 PFOS(Perfluorooctanesulfonic acid)를 고농도(mg/L 수준)에서도 일정 시간에 99% 분해할 수 있었다. 분해 반응 과정에서 예상치 못한 불소화합물도 거의 생성되지 않는다는 장점도 있다.

2025년도 중에 실증 실험을 개시해, 2027년의 사업화를 목표로 한다. 상온 상압으로 처리할 수 있기 때문에 대규모 설비 투자를 줄일 수 있다. 활성탄으로는 제거가 어려운 단쇄 PFAS 분자로도 분해할 수 있는 것도 장점이다. 분해 후에 생성하는 불소이온이나 불화수소는 수산화칼슘으로 최종 처리함으로써 불화칼슘으로 고정해 자원으로 재사용할 수 있다. 우시오전기는 개발한 기술이 환경 부담이 낮다는 점을 어필해 채택을 적극 추진한다.

-- 플라즈마로 단쇄 PFAS도 분해 --
고전압 기기를 전문으로 하는 NexFi Technology(오사카부, 이하 NexFi)가 개발한 것은, 고주파 펄스 발생기로 생성한 액체 내 플라즈마를 이용해 PFAS를 고효율로 분해하는 기술이다. 오사카대학 대학원 공학연구과의 후나키(舟木) 교수와 공동 개발한 것으로, 액체에 고에너지를 극히 단시간 동안 반복적으로 가해 플라스마를 연속적으로 발생시켜, 액체 내의 PFAS를 분해한다. 저비용 PFAS 정화 기술로서 조기 실용화를 목표로 한다.

오사카대학의 SiC(탄화규소) 파워 디바이스 기술과 NexFi의 고속 펄스 트랜스를 조합함으로써 고주파 동작이 가능한 펄스 발생기를 실현했다. 이 장치는 최대 1메가 pps(pulse-per-second, 초당 발생할 수 있는 펄스 수)의 고주파 동작이 가능하며, PFOS나 PFOA를 250분 만에 측정 한계 이하로 완전 분해할 수 있다. 분해가 어려운 단쇄 PFHxS(Perfluorohexanesulfonic acid)도 약 300분이면 측정 한계 이하까지 분해할 수 있다고 한다.

플라즈마를 이용해 PFAS를 분해할 수 있다는 사실은 이전에도 알려져 있었다. 하지만 분해에 긴 시간이 소요되고, 비용이 높은데다 단쇄 PFAS의 분해가 어렵다는 과제가 있어 실용화에 이르지 못했다. 개발한 기술은 PFAS 오염의 문제를 안고 있는 자치체나 재료 업체에서 오염을 해결하는 수단 중 하나가 될 가능성이 있어 향후 도입이 기대된다.

-- 아임계수 처리로 분해, 2차 오염도 방지 --
A홀딩스(야마나시현)의 관계사인 스루가 GX 테크놀로지(시즈오카시)는 PFAS 제거 기술을 출시한다고 2025년 5월에 발표했다. A홀딩스의 아임계수 종합시스템은, 아임계수 처리장치(가수분해)나 가압부상분리장치(분리) 등을 조합한 기술로, 실증 실험에서 수중의 PFAS를 최대 97% 제거할 수 있는 것을 확인했다. 대량에 간헐적인 오염수의 처리에 대응할 수 있고, 공장 배수의 처리 등에서 채택될 것으로 전망한다.

스루가 GX 테크놀로지의 기술은 수조에서 PFAS를 미세 기포에 부착시켜 부상(浮上)시킨 뒤에 고농도로 농축해 회수하기 때문에 고효율 처리가 가능하다. 활성탄의 고온 소각 처리에 비해 CO2 배출량이 적고, 운용 비용도 낮다고 한다. 제거한 PFAS를 분해해 무해화할 수 있어 2차 오염도 줄일 수 있다는 장점이 있다.

시즈오카시 시미즈구에서는 인근 공장에서 유출된 하루 최대 1만 톤 규모의 대량 PFAS 오염수가 바다로 유출되고 있던 것이 문제가 되고 있었다. 그 때문에 스루가 GX 테크놀로지는 2024년 7월부터 시즈오카시와 협력해 PFAS 제거 실증 실험을 추진하고 있었다.

-- 불소의 재활용에 주력 --
일부 PFAS는 환경오염 등의 위험이 있지만 불소는 여전히 중요한 자원이며 일본은 불소의 원재료인 형석(Fluorspar)의 대부분을 중국에서 수입하고 있다. 경제 안전 보장의 관점에서도 PFAS 등에서 회수한 불소를 재활용하는 기술은 중요하다. 실제로 민간기업에서도 불소 자원의 재활용을 본격화하고 있다.

다이킨공업은 불소 냉매나 불산, 불소수지 등의 재활용을 추진하고 있다. 특히 불소수지에 대해서는 원료 수준까지 되돌리는 재활용 기술을 개발 중이다. 2028년을 목표로 PTFE(Polytetrafluoroethylene)의 재활용 실증 설비를 가동시켜 2030년의 실용화를 계획하고 있다. 장기적으로 모든 불소 재료의 재활용을 목표로 한다고 한다.

자동차 업계에서도 불소 수지 등의 재자원화를 위한 대처가 가속화되고 있다. 일본자동차부품공업회(JAPIA)에서는 자동차에 포함되는 PFAS의 환경 방출에 대해서, 재료 업체나 분석 기관, 각 업계와 협력하면서 평가를 진행하고 있다. 사용이 끝난 부품이나 재료를 물질 재활용(Material Recycle)함으로써 소각이나 매립에 비해 PFAS의 환경 방출을 줄일 수 있어 자원을 효율적으로 활용할 수 있다고 한다.

재료 업체들이 참여하는 일본 Fluoro-Chemical Product 협의회(FCJ)에 따르면, PFAS의 재활용 기법은 개발되었고, 일부는 실용화되고 있는 상황이라고 한다. 불소계 재료의 재활용은 ‘물질 재활용(Material Recycle)’ ‘원료 모노머로의 변환’ ‘형석으로의 변환' 등 3가지 방향이 있다. FCJ는 공급망 전체에서의 연계를 통한 불소 회수와 재이용을 추진해 나갈 계획이다.

FCJ에서 리사이클 프로젝트를 총괄하는 담당자는 “우선은 가전, 자동차, 반도체 등 주요 업계를 중심으로 불소 수지의 리사이클 체제를 구축해 나간다. 최종적으로는 국내외의 다양한 산업 분야로 확대해 나갈 계획이다”라고 말한다. FCJ는 유럽과 미국의 규제 당국과도 협의하면서 불소 자원의 순환 시스템을 세계적으로 확대해 나갈 생각이다. 앞으로 장기적인 시점에서 로드맵을 책정해 나간다고 한다.

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Nikkei Monozukuri_2025.10 목차

도전자
생존을 걸고, 새로운 사업에서 BtoC 참여도
나와시로 미쓰히로(苗代 光博, 도요타합성 이사∙집행임원 CTO)

뉴스의 심층
・유럽 폐차 규제, 탄소섬유 금지는 철회 -- 신차의 재생 플라스틱에 바이오 플라스틱 불허
・핵융합로의 노재(爐材)를 3D 프린터로 조형, 도쿄과학대학과 금속기연이 검증
・제조업의 불안에 부응하는 화이트박스 AI, 도쿄대학발 스타트업 '3배 이상 고속화'
・대형 중공업 기업의 결산은 각인각색, GTCC나 항공∙우주 등의 수주가 호조

REPORT
・오사카메트로의 엑스포 귀가 곤란 트러블, 원인은 제3 레일 이음매에서의 지락(Ground Fault)

특집1
PFAS 규칙, 제조업에 초래하는 빛과 그림자

Part 1. 규제 강화의 행방
유럽과 미국발, 규제의 지각변동 -- 대체 곤란으로 신중론도 대두

Part 2. 임팩트
일괄 규제라면 수십 조 엔 산업 직격탄, 전전긍긍하는 반도체와 자동차

Part 3. 탈 PFAS
PFAS 프리에 비즈니스 기회, 가속하는 대체품 개발

Part 4. 분석 서비스
규제 대책을 위해 수요 급증, 매출 10배의 경우도

Part 5. 분해∙제거
분리 회수 등 처리 기술이 속속 등장, 일본 기업들이 노리는 30억 달러 시장

특집2
기가캐스트 대 핫스탬프
일체 성형으로 경쟁하는 자동차 바디

Part 1
핫스탬프에 다시 각광 -- 테슬라, 기가캐스트를 일부 폐지

Part 2
기가캐스트는 한정적 -- 혼다, 1.5GPa급 핫스탬프를 활용

Part 3
알루미늄과 강철은 단면으로 구별 사용 -- 닛산, 차체 골격 '일체화는 당연'

Part 4
배터리 케이스의 최전방 -- 닛산은 알루미늄, 테슬라는 강철 증가로

제조 조사 랩
희토류 규제의 영향 40% 남짓 '있음', 조달 루트 다양화에 쫓기는 기업
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플라스틱 모델의 유효성을 인식 외

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