KITECH 생산기술 전문지

전 세계적인 물 부족 문제는 기후변화, 산업·농업용수 수요 증가, 수자원 오염이 복합적으로 작용하며 점차 구조적인 위기로 고착화되고 있다. 특히 해수와 염수가 풍부한 지역에서도 에너지·환경 부담 없이 안정적인 담수 확보가 쉽지 않다는 점에서, 에너지 효율과 환경 부담을 동시에 고려한 새로운 담수화 기술에 대한 요구가 커지고 있다. 기존 해수담수화 기술인 역삼투(RO) 및 다단 증발 방식은 이미 상용화 단계에 도달했으나, 높은 에너지 소비와 설비 비용, 농축염수(Brine) 처리 문제라는 한계를 안고 있다. 이러한 배경에서 최근 주목받고 있는 기술이 Photothermal Desalination, 즉 태양광을 이용해 물의 증발을 유도하는 광열 기반 담수화 기술이다.

Photothermal Desalination, 태양열-광열 기반 담수화, 광열(Photothermal) 소재, Interfacial Solar Steam Generation(ISSG)

기후 위기에 따른 탄소중립 전환이 가속화되면서, 글로벌 시장의 규제 패러다임이 내연기관의 주행 단계 배출 중심에서 제조-수송·물류–운행-폐기 전과정 기반의 탄소발자국 관리 체계로 변화하고 있다. 특히 EU의 탄소국경조정제도(CBAM)와 배터리 규정, 프랑스의 전기차 보조금 개편, 미국의 오염집약도 기반 관세 부과 움직임(FPFA) 등은 탄소 데이터 확보 여부를 새로운 무역 장벽으로 기능하게 하며 국내 교통 산업의 수출 경쟁력을 직접적으로 위협하고 있다. 본 연구는 이러한 글로벌 탄소 규제의 무역 장벽화 현황과 EU 배터리 규정, 디지털 제품여권(DPP) 등 최신 국제 표준 동향을 면밀히 분석하고, 국내 교통 부문이 직면한 어려움을 살펴보았다. 현재 국내 산업계는 실측 데이터 기반의 교통 부문 전과정 관리 체계가 미비하고, 공급망 내 데이터 상호운용성이 부족하며, 국제 표준과 정합된 공신력 있는 검증 인프라가 마련되어 있지 않은 실정이다. 글로벌 탄소 규제에 대응하기 위해서는 탄소 감축 활동인 그린 전환(GX)과 데이터 기반의 신뢰성을 보장하는 디지털 전환(DX)이 통합된 ‘국가 단위 교통 부문 전과정 탄소관리 프레임워크 구축’이 필수적이다. 구체적으로 '실측 기반의 공정별 고유 배출계수 및 LCI DB 확보', 'ISO 표준에 부합하는 수송 및 폐기 단계 산정 모델 개발', 'DPP와 연계된 데이터 통합 관리 및 글로벌 상호운용성 확보'가 필요하다. 결론적으로, GX·DX 융합 탄소관리 인프라는 개별 기업의 규제 대응 비용을 절감할 뿐만 아니라, 해외 규제기관이 요구하는 검증 가능한 데이터를 제공함으로써 국내 교통부문 전과정의 데이터 주권을 수호하는 핵심 기반이 될 것이다. 또한 국내 운송수단 제조 생태계가 저탄소·디지털 기반의 고부가가치 구조로 전환되는데 기여할 것으로 기대된다.

탄소규제, 전과정평가, 탄소발자국, 그린전환, 디지털전환, 데이터 상호운용성

과학기술의 발달과 더불어 반도체 산업은 전자장비의 고도화와 함께 급성장하고 있으며, 최근 미중 반도체 갈등에서도 국내 반도체 공급망의 안정성 확보를 위해 탄소저감이 포함된 혁신적 기술 개발이 절실한 상황이다. 또한, 반도체 기술의 경우 각 국가의 기간산업으로 반도체 산업에서의 탄소저감 기술 개발은 중요한 이슈로 대두되게 되었다. 디스플레이와 반도체 등의 전자 패턴 공정(주로 Photoresisit(PR)을 사용하여 이를 현상하는 방식)에서는 제조 공정 중 세정공정은 30 – 40 %를 차지하는 중요한 공정이다[2002 한국환경과학회지 11(3) pp. 257 – 262, 2008 한국진공학회지 17(2) pp.113~116, 2009 자원리싸이클링 18(4) pp 62-69]. 특히, 한 번의 PR 적용 공정이 끝날 때마다 세정 공정을 거쳐야 했다는 점에서 세정 공정이 전체 공정에서 차지하는 비중을 증가시켰다. 반도체 산업의 고도화로 인해 해당 공정 중 식각 공정의 경우 패턴의 형상도 갈수록 high aspect ratio화를 요구하고 있으며, 식각기술의 향상과 맞추어 세정기술도 향상되어야하는 실정이. 이를 해결하기 위해서 약액 활성화 방법은 기존의 PR strip 용액의 strip 속도를 증가시켜 기존 반도체 공정에서 패턴 공정을 시간을 개선한 방법이 개발되고 적용되고 있다[2008 한국진공학회지 17(2) pp.113~116, 2009 한국진공학회지 18(2), pp.97~101]. 그러나, 이러한 기술 개발에서 불구하고 여전히 반도체 공정에서는 다량의 폐액을 포함한 폐세정액 대량으로 배출되고 있는 실정이다. 선행연구자들은 반도체 세정에서 배출되고 있는 폐세정액을 저감하고 재사용하기 위해 다양한 방법이 개발되었으며, 이 기술은 증박농축법, 막분리법, 이온교혼수지법, 결정화법, 용매추출 법 등이 개발되었다[2009 청정기술 15(4) pp 253 – 257, 2009, 멤브레인, 19(4), pp.317 – 323, 2022 대한환경공학회지 44(6) pp 189 - 194]. 이렇게 반도체 폐액을 재활용하기 위한 다양한 기술 개발 되고있으나, 현 시점에서도 대량으로 배출되고 있는 식각 폐액 저감은 만족할 수준이 아닌 것으로 알려져 있다. 이에 본 해설서는 이러한 화학물질을 사용하는 반도체 식각 공정에서 발생되는 폐액 내의 불순물, 입자를 걸러내고, 인산을 재사용할 수 있도록 불순물 제거부, 입자제거부 및 농도조절부를 배치하여 폐액 중 인산을 재사용을 할 수 있도록 하는 효과를 설명하여, 반도체 세정 공정 개발 연구에 기여하고자 한다.

인산염, 폐액, 세정

최근 드론, UAM(도심 항공 모빌리티), 우주 탐사 장비의 운용 시간이 늘어남에 따라 물리적인 케이블 없이 에너지를 공급하는 무선 전력전송 기술에 대한 관심이 폭증하고 있다. 그중 레이저를 이용한 전력전송(Laser Power Beaming, LPB)은 마이크로파 방식에 비해 직진성이 강하고 장거리 전송 시 효율이 높아 차세대 에너지 네트워크의 핵심 기술로 주목받고 있다. 특히 미국 국방부 산하의 DARPA(Defense Advanced Research Projects Agency)가 추진 중인 POWER(Persistent Optical Wireless Energy Relay) 프로젝트는 전 지구적 에너지 웹 구축을 목표로, 2025년 10월 8.6 km 장거리 송전 실험에서 800 W 이상의 출력을 기록하며 실용화 단계에 진입했음을 입증하였고 [1], 이에 관련 원천기술 확보를 위한 글로벌 특허 경쟁이 심화되는 추세다. 본 논문에서는 LPB 기술의 구성 요소별 특허 동향을 분석하고, 특허 회피를 위해 국내 산업계가 주목해야 할 핵심 기술 분야를 제안하고자 한다.

레이저, 무선전력전송, 특허회피

산업 및 가정용 설비에서 유체 이송을 위한 대표 장치인 펌프는 구동 원리에 따라 터보형 펌프와 용적식 펌프로 구분된다. 터보형 펌프는 구조가 비교적 단순하고 유지보수 비용 측면에서 유리하며, 일반 운전 범위에서 용적식 펌프 대비 높은 효율을 보이는 경우가 많다. 특히 터보형 펌프는 설계사양과 비속도를 기반으로 체계적인 분류가 가능하다. 본 연구에서는 터보형 펌프 중 활용도가 높은 원심펌프를 대상으로, 비속도 변화에 따른 임펠러 형상 설계 절차를 정립하고 형상 D/B를 구축하였다. 설계된 임펠러의 성능은 전산유체역학을 이용하여 검증하였으며, 최적화 기법을 적용하여 최적 설계를 수행하였다.

비속도; 원심펌프; 임펠러; 설계 최적화; D/B 구축

사다리형 폴리실세스퀴옥산 (LPSQ)는 우수한 기계적 특성과 열 안정성을 바탕으로 고분자 수지의 첨가제 또는 필러로 활용되어, 다양한 산업 분야에서 기계적 강화 및 기능성 부여에 기여하고 있으며, 특히 기능성 하드코팅, 게이트 유전체, 배터리 분리막, 이온성 액체 겔화제, 가스 분리 멤브레인 등의 분야에 응용되고 있다. 최근에는 LPSQ 구조에 디엔 (diene) 기능기를 도입하고, 열처리에 의해 Diels–Alder 반응을 유도함으로써 자가치유 (self-healing) 기능을 구현한 하드코팅 소재가 개발되었다. 이러한 자가치유 기능은 코팅의 내구성과 수명을 연장시킬 뿐 아니라, 유지보수 비용 절감과 환경적 부담 경감 측면에서 지속가능한 소재 설계 전략으로 각광받고 있다. 특히 폴더블 및 롤러블 디스플레이의 확산과 함께, 반복적인 굽힘 환경에서도 안정적으로 동작할 수 있는 표면 보호 코팅의 중요성이 커지고 있어 기계적 강도와 치유 효율 간의 trade-off 관계를 극복하기 위한 복합 메커니즘 기반의 소재 설계가 중요한 과제로 대두되고 있다. 본 연구에서는 사다리형 폴리실세스퀴옥산 (LPSQ) 기반의 고경도 하드코팅 시스템에 티올–이황화 결합 기반의 동적 공유결합 메커니즘을 도입하여, 우수한 기계적 강도와 자가치유 기능을 동시에 확보하였다. 무기 Si–O–Si 이중 사슬 구조 특유의 강직성을 유지하는 동시에, 알킬 실란 치환기를 도입해 자유부피 (free volume)를 제어함으로써 고경도 코팅막 내부에서 국소적 분절 운동성을 확보하였다. 이를 통해 기존 소재의 한계였던 경도와 자가 치유 효율 간의 상충관계 (trade-off)를 효과적으로 극복하였다. 개발된 하이브리드 네트워크는 90% 이상의 투과율과 1% 이하의 탁도 (Haze)를 나타낼 뿐만 아니라, 연필 경도 3H 및 10,000회의 반복 굴곡 테스트를 견디는 등 차세대 플렉시블 전자소자 보호막의 핵심 요구 성능을 만족하였다. 특히 자외선 조사 시 활성화되는 가역적 이황화 결합 재형성 메커니즘은 손상된 표면의 광산란을 억제하고 시각적 투명성을 복원하며, 최대 손상 깊이의 약 65%까지 실질적인 치유가 가능하였다. 이러한 내재적 자가치유 (Intrinsic self-healing) 방식은 별도의 외부 치유제 없이도 반복적인 재사용을 가능하게 하여 소재 수명 연장 및 유지보수 비용 절감 등 지속가능한 기술로서의 이점을 제공한다. 본 연구는 고경도, 고투명성, 유연성, 자가치유성을 동시에 구현하는 하이브리드 소재 설계 전략을 제시함으로써, 향후 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 및 생체 소자 등 다양한 고기능성 전자 산업 분야의 지속가능한 소재 개발에 핵심적인 기틀을 마련할 것으로 기대된다.

폴리실세스퀴옥산, LPSQ, 자가치유, 유연성, 하드코팅

온라인 제품 구매가 꾸준히 증가함에 따라, 국내 택배 이용 횟수 또한 2000년 이후 지속적인 상승세를 보인다. 이러한 흐름을 뒷받침하는 핵심 인프라는 전국에 구축된 물류센터다. 통계에 따르면 2025년 기준 전국에 등록된 물류 창고는 약 38만개이며, 이 중 30%가 건립 후 20년 이상 지난 낡은 시설로 화재 위험에 상시 노출되어 있다. 실제로 2025년 미국의 자료를 보면 2011년 이후 미국의 물류센터 화재 건수가 증가하는 추세다. 국내에서도 주요 지역의 물류센터에서 매년 화재가 발생(이천, 천안 등)하고 있는 만큼, 화재 예방과 안전관리에 대한 사회적 관심과 대책 마련이 시급하다. 또한, 물류센터 화재는 단순히 해당 시설의 손실을 넘어 지역 주민과 인근 기업에 2차 피해를 일으킨다. 2025년 천안 이랜드 물류센터 화재로 분진과 연기가 인근 아파트에 유입되었고, 화재로 전선이 녹아 전력이 차단되어 인근 공장의 생산이 중단되었다. 하지만 피해에 대한 보상 절차가 현재까지 지연되고 있다. 이커머스 시장의 지속적인 성장에 따라 물류센터는 앞으로도 확대될 전망이다. 따라서 물류센터 화재에 대한 사회적 관심과 예방 조치의 강화, 그리고 관련 안전 기술의 개발은 산업 현장의 안전망 확보를 위한 필수 과제이다. 이에 본 연구에서는 국내 물류센터의 주요 화재 원인을 분석하고, 화재 예방 기술 동향을 논의하고자 한다. 이를 통해 물류센터 작업자의 안전을 확보하고, 화재로 인한 광범위한 2차 피해를 예방할 수 있는 기반을 마련하는 데 기여하고자 한다.

물류센터, 소방안전, 화재감지기술, 화재예방

파리협정은 각국이 자국의 여건과 능력을 고려해 자율적으로 온실가스 감축목표(NDC)를 설정하고, 이전보다 진전된 목표를 5년마다 제출하도록 규정하고 있다. 우리나라는 2050 탄소중립 실현을 위한 중간단계 목표로 2021년 2030 NDC(2018년 대비 40% 감축)를 확정한 데 이어, 2025년 11월 2035 NDC를 53~61% 감축으로 확정하였다. 산업부문 목표는 24.3~31.0% 감축으로 설정되었으며, 이는 기술 성숙도와 투자여건 등 산업계의 현실적 제약을 반영한 것이다. 감축수단은 연·원료 전환, 에너지·공정 효율화, 혁신기술 도입 등 기존 2030 NDC와 유사하나, 정부는 녹색산업 육성을 위한 ‘대한민국 녹색전환(K-GX)’ 전략을 통해 정책지원을 강화할 예정이다. 한편 COP30에서는 NDC 이행과 투자계획의 연계, 글로벌 실행 촉진 기구 출범 등 목표 달성의 실행 기반을 강화하는 방향이 제시되었다. 산업계는 2026년부터 시행되는 제4차 배출권거래제에 따라 이미 비용 부담이 확대되는 상황에서, 2035 NDC는 향후 제5차 배출권거래제의 총량 및 할당기준의 강화를 예고하는 신호로 작용한다. 이에 따라 기업은 공정효율 개선, 연료전환 등 단기 감축조치를 가속화하고, CCUS·수소환원제철·공정 전기화 등 중장기 핵심기술에 대한 투자와 개방형 혁신을 확대해야 한다. 또한 공급망 배출 데이터 관리체계를 강화하고 녹색·전환금융을 활용해 재무 리스크를 완화할 필요가 있다. 2035 NDC는 단순한 감축목표를 넘어 산업전환의 방향성을 제시하는 정책 신호이며, 탄소감축 역량은 앞으로 글로벌 시장 접근성 및 기업 경쟁력을 결정하는 핵심 요소가 될 것이다.

2035 NDC, 2050 탄소중립, 탄소중립기술

국내에서 이슈가 되었던 화학물질 사고는 1994년부터 2011년까지 전국에서 발생된‘가습기 살균제 사건’, 2012년 경북 구미에서 발생된 ‘불산사고’그리고 2018년 ‘라돈 침대 사건’을 들 수 있다[1].‘가습기 살균제 사건’은 폴리헥사메틸렌구아니딘 인산염(Polyhexamethylene guanidine phosphate, PHMG-P)과 염화에톡시에톡시에틸구아니딘(oligo(2-(2-ethoxy)ethoxyethyl guanidine chloride, PGH) 등의 특정 화학물질을 흡입하여 폐 괴사, 폐섬유증, 천식, 폐암 등의 심각한 호흡기 질환을 유발하고 사망에 이르게 한 사건이다. 당시에는 인체 유해성·위해성 정보가 전혀 알려지지 않은 상태에서 해당 물질이 전국적으로 사용되어 원인 미상의 대규모 폐 손상 피해가 발생하였다[1,2,3,4,5,6]. 2012년 9월 경북 구미 공단의 H사 불산 저장탱크에서 근로자의 실수로 불산 가스가 누출되었으나, 초동 대처에 실패하여 근로자 5명이 사망하고 18명이 부상을 당했다. 당시 해당 회사와 지자체, 관리‧감독 기관은 불산 가스의 유해성과 관리체계에 대한 충분한 정보를 갖추지 못하고 있었으며, 이에 따라 다수의 사상자와 인근 농작물과 가축에 큰 피해를 야기한 인재(人災)였다. 이후 2016년 국내 A사 치약에서 허용되지 않은 원료인 ‘5-클로로메틸이소티아졸리논(5-Methylchloroisothiazolinone, CMIT)/메틸이소티아졸리논(Methylisothiazolinone, MIT)’가 함유된 것으로 확인되어 전량 회수되는 사건이 있었다, 5-CMIT/MIT는 주로 살충제 및 방부제 등에 사용하는 화합물질로 알려져 있다. 이후, 2018년 5월 현대인의 생활에 필수품인 침대의 매트리스에서 폐암을 유발하는 라돈이 검출되어 전량 회수된 사건이 있었다. 매트리스 내의 라돈 함유량을 측정한 원자력안전위원회 조사 결과, 방사선 피폭선량이 기준치의 최대 9.3배를 초과한 것으로 나타났으며, 이 사건은 사회적으로 큰 파장을 불러왔다[1,2,5,6]. 이러한 사건들을 계기로 화학물질의 제조‧수입‧유통‧사용 전반에 걸친 관리체계의 미비가 확인되었으며, 이를 개선하기 위한 체계적인 화학물질 관리체계 구축의 필요성이 제기되었다. 앞서 기술한 화학물질 관련 사고를 정부에서 인지하여, 2016년 6개 부처 합동으로 ‘생활화학제품 안전관리 대책’을 발표한 것은, 화학물질과 제품에 대한 국민의 우려와 생활화학제품의 안전관리에 관한 문제의 심각성을 재인식했기 때문인 것으로 보인다[1,3]. 이러한 화학물질 관련 문제에 대한 인식이 확산됨에 따라 2010년에 법안 초안이 마련되었으며, 이후 2013년 5월 22일 제정·공포되어 2015년 1월 1일부터 시행된 법률이 ｢화학물질 등록 및 평가 등에 관한 법률｣(이하 “화평법”)이다. 또한, 기존 ｢유해화학물질관리법｣을 전면 개정하여 2013년에 국회 본회의를 통과하고, 2013년 6월 4일 제정·공포되어 2015년 1월 1일부터 시행된 법이 ｢화학물질관리법 (이하 “화관법”)이다. 가습기 살균제 사고 이후 생활화학제품의 안전성에 대한 국민적 우려가 확대됨에 따라 제정된 법률로, 2018년 3월 20일 제정·공포되어 2019년 1월 1일부터 시행된 법률이 ｢생활화학제품 및 살생물제의 안전관리에 관한 법률｣(이하 “화학제품안전법”)이다[1,3,7,8,9]. 본 고에서는 국민 생활 안전 확보를 위한 주요 화학물질 관리 법령인 화평법, 화관법 및 화학제품안전법을 비교‧분석하여 화학물질 종사자 및 사용자의 안전의식을 제고하고자 한다.

화평법, 화관법, 화학제품안전법