Global Water Issue  Ⅰ. 세계 역삼투막 시장 동향 “세계 역삼투막 시장 강력한 성장세”                (RO멤브레인)                                 글로벌 시장 조사기관들, 2026년 50억달러·2027년 59억달러 규모 예상 정수 및 하·폐수 처리에서 역삼투막에 대한 요구사항 증가로 시장 주도 관련 기업들, ‘코로나19’로 매출 감소…종식 후 증가할 수처리 수요 위해 생산성 높여 세계 역삼투막 시장 동향 Global Reverse Osmosis Membranee Market Trend 최근 몇 년 동안 수질 오염 수준의 증가, 산업 발전, 인구 증가 및 기후변화로 인해 전 세계적으로 깨끗하고 안전한 물에 대한 수요가 높아졌다. 이로 인해 소비자는 수많은 정수기술을 선택하게 되었으며, 그 중 가장 선호하는 기술이 역삼투막(RO 멤브레인 ; Reverse Osmosis Membrane)이다. 글로벌 시장 조사기관들에 따르면 지난 2015〜2020년 강력한 성장세를 보인 세계 역삼투막 시장은 연평균 10% 이상의 성장률을 보여 2027년에는 59억 달러(약 7조210억 원) 시장을 형성할 것으로 예상했다. 본지는 △마켓 앤 마켓즈(Markets and Markets) △데이터 브릿지 마켓 리서치(Data Bridge Market Research) △IMARC그룹 △리서치 앤 마켓(Research and Markets) 등 글로벌 시장 조사기관들이 최근 조사 및 예측 발표한 2021〜2027년의 세계 역삼투막 시장 규모를 정리했다. [정리 = 배철민 편집국장·글로벌물산업정보센터장] 올해 세계 역삼투막 시장 규모 31억달러     ▲ 글로벌 시장 조사기관들에 따르면 지난 2015〜2020년의 세계 역삼투막 시장은 강력한 성장세를 보였으며, 이후에도 연평균 10% 이상의 성장률을 보여 오는 2027년에는 59억 달러(약 7조210억 원) 시장을 형성할 것으로 예상했다. 사진은 역삼투막 필터. 정수 및 하·폐수 처리에서 막에 대한 요구사항이 증가함에 따라 역삼투막(RO 멤브레인)이 세계 막 시장을 주도하고 있다. 글로벌 시장 조사기관인 마켓 앤 마켓즈(www.marketsandmarkets.com), 마켓 앤 리서치(www.researchandmarkets.com), IMARC(www.imarcgroup.com) 등이 최근 조사·발표 한 자료에 따르면 세계 역삼투막 시장 규모는 2021년〜2026년(예측기간)에 10〜12.2%의 CAGR(연평균 복합 성장률)을 보여 2021년 31억 달러(약 3조6천900억 원[1달러당 1천190원 기준])에서 오는 2026년에는 50억 달러(약 5조9천500억 원) 이상에 이를 것으로 예상했다. 또 다른 조사기관인 데이터 브릿지 마켓 리서치(www.databridgemarketresearch.com)가 분석한 세계 역삼투막 시장은 2020년에서 2027년까지의 예측기간 동안 11.10%의 CAGR을 기록하면서 오는 2027년에는 59억 달러(약 7조210억 원)에 도달할 것으로 전망했다. 역삼투압(RO)은 반투과성 막(semi-permeable membrane)에 고압으로 물을 밀어 넣어 탈이온화하거나 정수하는 기술로, 역삼투막은 오염물질과 용해된 염분을 음용수에서 분리하는 얇은 여과물질 층이다. 이것은 △폴리에스터 지지 웹(polyester support web) △미세 다공성 폴리설폰 중간층(microporous polysulfone interlayer) △초박형 폴리아미드 차단층(ultra-thin polyamide barrier layer) 등 3개 층으로 구성된다. 해수담수화·발전소·화학공업 등에서 역삼투막 활용 증가 추세 이러한 역삼투막은 산업공정과 식수 확보를 위해 사용된다. 오늘날 RO공정은 증류 및 증발과 같이 기존에 사용되는 기술에 대한 환경친화적이고 비용 효율적인 대안을 제공하기 때문에 전 세계적으로 정수처리에 점점 더 많이 사용되고 있다. 게다가, 선진국은 물론 개발도상국의 많은 국가들이 용수 확보를 위해 해수담수화(Seawater Desalination)를 채택하고 있는데, 해수담수화는 사용하기에 적합하도록 물에서 과도한 양의 염분을 제거하기 위해 RO공정에 의존한다. 이와는 별도로 각국 정부는 수인성 질환에 대한 국민의 위험성을 줄이기 위해 정수기 사용을 장려하고 있으며, 멤브레인 선두기업들은 막 제품의 수명을 더 길게 제공하고 교체율을 낮출 수 있는 하이브리드(hybrid) 및 첨단 막 기술 개발에 앞장서고 있다. 이러한 발전은 발전소, 도시 정수 및 하·폐수처리, 광공업과 화학공업에서 역삼투막의 활용을 증가시키고 있다. 역삼투막 최종 사용산업은 담수화·RO 정화시스템 ■역삼투막 시장 분류 역삼투막 시장은 △재료 유형별 △필터 모듈 기반 △최종 사용산업 부문으로 분류된다. 재료 유형에 따라서는 셀룰로오스 기반 막(cellulose-based membrane), 박막 복합막(thin film composite membrane) 등으로 분류된다. 셀룰로오스 기반 막은 셀룰로오스 아세테이트 막(cellulose acetate membrane), 니트로셀룰로오스 막(nitrocellulose membrane) 등으로 더 세분화된다. 박막 복합막은 폴리아미드(PA ; polyamide) 복합막, 그래핀 옥사이드(GO ; graphene oxide) 기반 폴리아크릴로 니트릴(PAN ; polyacrylonitrile) 복합막 등으로 더 나눠진다. 필터 모듈을 기반으로는 플레이트 및 프레임(PF ; Plate & frame), 관 모양 막, 나선형으로 감긴 막 및 중공사막(hollow-fiber membrane)으로 분류되며, PF는 나선형 막과 베개 모양 막으로 더 나눠지고 관 모양의 막은 모세관으로 더 세분화된다.     ▲ 각국 정부의 규제와 깨끗하게 처리된 음용수에 대한 수요 증가가 정수 및 하·폐수 처리 산업을 주도하고 있다. 사진은 독일 랑세스의 역삼투막. 역삼투막 시장의 최종 사용산업 부문은 담수화 시스템(desalination system)과 RO 정화 시스템(Reverse Osmosis purification system)으로 분류된다. 담수화 시스템은 해수(seawater)와 기수(brackish water)로 더 세분화된다. RO 정화 시스템은 주거 및 상업, 도시, 산업, 의료기기 및 진단, 투석장비 및 심장 박동기 등으로 나눠진다. 개발도상국, 해수담수화 필요성 크게 증가 ■ 역삼투막 세계 시장 동향 글로벌 시장 조사기관인 마켓 앤 마켓즈(Markets and Markets)가 최근 조사·발표한 보고서에서 역삼투막 세계 시장 동향을 다음과 같이 서술하고 있다. ① ‌각국 정부의 규제와 깨끗하게 처리된 음용수에 대한 수요 증가가 정수 및 하·폐수 처리 산업을 주도하고 있다. 각국 정부의 규제사례를 보면 △호주의 물관리 행동계획(2009년)과 환경자원 효율계획(2008년) △중국의 해수 이용 특별계획(2005년) △청정수 및 안전수에 대한 미국 청정수법(1972년, 1987년 개정) 등 관련법 및 다양한 프로그램을 만들어 시행하고 있다. 이들 국가들은 또한 오염된 물을 처리해 재이용하는 것을 강조해왔다. WHO(세계보건기구)는 모든 국가의 식수에 대한 국제 지침을 설정했다. 이러한 모든 규정과 의무적인 수처리 이니셔티브(Initiative)는 가까운 장래에 역삼투막 시장을 주도할 것으로 예상된다.     ▲ 최근 선진국은 물론 개발도상국의 많은 국가들이 해수담수화를 채택하고 있는데, 해수담수화는 사용하기에 적합하도록 물에서 과도한 양의 염분을 제거하기 위해 RO 공정에 의존한다. 사진은 싱가포르에서 제일 큰 투아스프링 해수담수화 플랜트. 이 시설은 UF+RO 멤브레인 공정으로, 고압·저압 역삼투압 방식을 함께 적용하고 있다. ② ‌개발도상국에서는 바닷물을 이용한 해수담수화에 대한 필요성이 증가할 것으로 예상된다. MENA(중동과 북아프리카)와 남미 국가들은 물부족 문제를 해결하기 위해 담수화 및 기수처리 장치를 구축하고 있다. 역삼투막은 해수담수화 및 기수담수화의 선두 기술로 다른 기술에 비해 에너지 소비가 적기 때문에 모든 담수화 플랜트에서 상당한 부분을 차지하고 있다. 특히 APAC(아시아·태평양), 중동 및 아프리카 국가의 정수처리 공정에서 역삼투막에 대한 수요 급증은 식수, 농업 및 기타 산업을 위한 개발도상국의 음용수 수요 증가로 이어질 것으로 예상된다. 박막 복합막, 역삼투막 시장서 가장 큰 점유율 차지 ③ ‌박막 복합막은 역삼투막 시장에서 다른 유형 중 가장 큰 점유율을 차지하고 있다. 박막 복합막은 정수 및 하·폐수 처리에 널리 사용되는데 주로 정수처리 또는 담수화 시스템에 사용하기 위해 제조된다. 이 막은 금속 이온 및 염분과 같은 불순물에 대한 높은 거부, 우수한 기계적 강도 및 높은 여과율을 가지고 있다. 또한, 화학적·기계적 안정성을 가지며 우수한 막 성형성 특성을 나타내는데, 이러한 막은 투수(透水)를 촉진시켜 높은 수분 회수율 및 우수한 처리수 품질을 인정받고 있다. ④ ‌정수 및 하·폐수 처리는 역삼투막 시장에서 다른 최종 사용산업 중 가장 큰 시장 점유율을 차지하고 있다. 정수 및 하·폐수 처리 부문은 역삼투막 시장에서 가장 큰 최종 사용 산업으로 추정되는데 하·폐수처리와 재이용을 의무화하는 강화된 규정이 정수 및 하·폐수 처리 부문 시장을 주도하는 동력이 되고 있다. 이와 더불어 중국, 인도, 브라질, 아프리카 국가 및 기타 국가에서는 식수에 대한 수요가 증가함에 따라 시장 규모도 커졌다. 또한 사우디아라비아, UAE(아랍에미레이트), 인도, 중국, 미국 등의 국가에서도 담수화 활용이 증가하고 있어 역삼투막이 정수 및 하·폐수처리 시장을 더욱 주도할 것으로 예상된다. ⑤ ‌APAC은 예측 기간 동안 역삼투막 시장에서 가장 빠르게 성장할 것으로 예상된다. APAC 지역은 가치 측면에서 2021〜2027년 역삼투막 시장에서 가장 빠르게 성장하는 지역이 될 것으로 예상된다. 모든 사람에게 물 접근을 제공하기 위한 정부 이니셔티브의 증가, 인구 증가 및 도시화의 심화는 APAC 시장을 주도하는 동력으로 중국, 일본, 인도가 이 지역의 주요 시장이다. 또한 싱가포르, 중국, 말레이시아, 태국, 베트남, 인도네시아, 인도 등과 같은 국가의 산업 활동 확대, 주거 및 상업 부문 성장도 역삼투막 산업에서 정수처리 및 하·폐수 처리 시장의 성장을 주도하고 있다.     ▲ 아시아·태평양(APAC) 지역은 2021〜2027년 세계 역삼투막 시장에서 가장 빠르게 성장하는 지역이 될 것으로 예상된다. 사진은 미국 GE 워터 앤 프로세스 테크놀로지에서 생산하고 있는 역삼투막 시스템. 듀폰·도레이·수에즈·LG화학 등이 세계 시장서 각축 ■역삼투막 생산기업 및 유망기업     ▲ 글로벌 시장 조사기관들에 따르면 역삼투막 생산·판매를 하는 글로벌 주요 업체는 듀폰, 도레이, 수에즈, 코흐 세퍼레이션 솔루션, LG화학 등 20여 개로 이들 기업은 세계 역삼투막 시장서 각축을 벌이고 있다. 사진은 듀폰(위), 수에즈(가운데), 코흐 세퍼레이션 솔루션(아래)의 역삼투막 시스템. 글로벌 시장 조사기관인 마켓 앤 마켓즈와 브릿지 마켓 리서치가 조사한 역삼투막 생산·판매를 하는 글로벌 주요 업체들은 다음과 같다. 먼저 미국에는 △듀폰 워터 솔루션(DuPont Water Solutions) △GE 워터 앤 프로세스 테크놀로지(GE Water & Process Technologies) △다우 워터 앤 프로세스 솔루션(Dow Water & Process Solutions) △코흐 세퍼레이션 솔루션(Koch Separation Solution) △액시온 워터 테크놀로지(Axeon Water Technologies) △트랜스필름(Transfilm) 등이 있다. 또 독일에는 △랑세스 AG(LANXESS AG) △만앤휴멜 워터 앤 플루이드 솔루션(Mann+Hummel Water & Fluid Solutions) △마이크로딘나디르 GmbH(MicrodynNadir GmbH) 등 글로벌 기업이 있다. 일본의 경우 △도레이산업주식회사(Toray Industries, Inc.) △니토덴코 그룹의 하이드라노틱스(Hydranautics) △도요보주식회사(Toyobo Co., Ltd.) 등이 있으며, 중국에는 △레쿤(Recsun) △킨슨(Keensen) △본트론 테크놀로지(Vontron Technologies) 등의 기업이 있다. 이밖에 프랑스에는 수에즈 워터테크놀로지 앤 솔루션(Suez Water Technologies and Solutions), 한국에는 LG화학주식회사(LG Chem Ltd.), 러시아에는 멤브레니움(MEMBRANIUM), 인도에는 유니크플럭스 멤브레인스 LLP(Uniqflux Membranes LLP) 등이 역삼투막을 생산, 전 세계에 판매하고 있다. 마켓 앤 마켓즈는 이들 글로벌 기업 중에 듀폰 워터 솔루션, 도레이산업, 수에즈 워터, 하이드라노틱스, LG화학, 코흐 세퍼레이션 솔루션, 만앤휴멜 워터 앤 플루이드 솔루션, 멤브레니움 및 도요보 등이 세계 역삼투막시장에서 두각을 나타낼 것으로 예상했다. 이들 회사는 제품 품목을 확장하는 등 막 기업들과 경쟁할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 이러한 이점으로 인해 다른 회사보다 우위를 점할 수 있을 것으로 내다봤다. 일본 도레이, 해수담수화 역삼투막 제조 ■최근 개발 동향 듀폰 워터 솔루션즈(DuPont Water Solutions)는 건식 테스트를 거친(dry-tested) 해수 역삼투압(SWRO ; Seawater Reverse Osmosis) 요소를 2020년 1월에 출시해 습식(wet)에서 건식(dry) 테스트로 전환하고 보관 수명과 보관 유연성을 증가시켰다. 이는 막 성능 표준을 초과 및 장기적인 운영상의 이점을 달성하는 것을 목표로 하고 있다. 도레이산업은 2019년 12월 해수담수화 역삼투막(Seawater Desalination Reverse Osmosis Membrane)을 제작했다. 이 막은 다른 기존 제품보다 70% 더 깨끗한 물을 생산할 수 있다. 이 기술은 물 생산비용 절감에 기여하고 깨끗한 물에 대한 글로벌 수요를 충족시키는 것을 목표로 하고 있다. 코흐 세퍼레이션 솔루션(Koch Separation Solution)은 폐기물 3R 엔지니어링 솔루션(Waste 3R Engineering & Solutions)과 파트너십을 맺고 방글라데시 전역에서 공업용수 및 하·폐수 프로젝트를 위한 코흐(Koch)의 고급 분리 기술을 홍보하고 막 제품 및 시스템을 활용해 재활용 및 재사용을 달성하는 것을 목표로 세웠다.     ▲ 일본 도레이산업은 2019년 12월 해수담수화 역삼투막을 개발했다. 이 막은 다른 기존 제품보다 70% 더 깨끗한 물을 생산할 수 있다. 이 기술은 물 생산비용 절감에 기여하고 깨끗한 물에 대한 글로벌 수요를 충족시키는 것을 목표로 하고 있다. LG화학, 아프리카 20개 국가에 역삼투막 공급 획기적인 박막 나노복합체(TFN ; Thin-Film Nanocomposite) 기술을 기반으로 ‘NanoH2O™’ 해수(seawater) 및 기수(brackish water) 역삼투압막을 제조 및 판매하고 있는 LG화학은 2020년 11월 사우디아라비아 ‘알 코바르 II 프로젝트(Al Khobar II project)’에 역삼투막 ‘NanoH2O™’을 공급했다. 이 시설은 하루 60만㎥(1억5천850만 갤런)의 생산 능력을 갖추고 있는데, 낮은 에너지 소비로 수질 요구사항을 충족하는 것을 목표로 하고 있다.     ▲ LG화학은 2020년 11월 사우디아라비아 ‘알 코바르 II 프로젝트’에 역삼투막을 공급했다. 이 시설은 하루 60만㎥(1억5천850만 갤런)의 생산 능력을 갖추고 있다. 특히, LG화학은 자회사인 LG워터솔루션(LG Water Solutions)과 공동 개발한 ‘NanoH2O™’ 역삼투막을 아프리카 사하라 사막 이남 20개 국가에 공급키로 했다. 사하라 사막 이남 아프리카 국가에 다양한 물 테스트 및 수처리 소모품 등을 제공·지원하는 디셀리틱스 워터솔루션(Desalytics Water Solutions)은 LG화학·LG워터솔루션을 새로운 파트너십으로 선정, 협약을 맺었다고 지난 9월 28일 밝혔다. 이번 협약으로 디셀리틱스 워터솔루션은 2022년까지 사하라 사막 이남 20개 국가에 기수 및 해수 담수화 시설을 이용해 음용수 및 공정수로 전환시키는 공정에 LG화학 ‘NanoH2O™’ 역삼투막 제품이 사용된다. LG화학 마시밀리아노 겐나리(Massimiliano Gennari) 유럽·아프리카 영업담당 상무는 “디셀리틱스 솔루션과 함께 일하게 돼 기쁘고 현지 기업 및 지역사회와 긴밀히 협력하겠다는 의지를 갖고 있다”라면서 “사하라 사막 이남 아프리카는 역삼투막이 지속가능한 개발에 필수적인 기술이 되고 있는 신흥시장으로 우리는 이번 협력을 통해 두 회사의 성장을 기대하고 있다”고 말했다.       ▲ LG화학은 자회사인 LG워터솔루션과 공동 개발한 ‘NanoH2O™’ 역삼투막(사진)을 아프리카 사하라 사막 이남 20개 국가에 공급키로 했다. ‘ 코로나19’로 수요 감소…종식 후 급성장 예상 ■‘코로나19’가 역삼투막 시장에 미치는 영향 역삼투막은 주거, 상업 및 산업 분야에서 정수처리 및 하·폐수 처리와 같은 응용 분야에 많이 사용된다. 그러나 2019년 말부터 진행 중인 ‘코로나19(COVID-19)’ 전염병으로 인해 식음료, 섬유, 펄프 및 종이, 전력 및 기타 부문이 전 세계적으로 영향을 받아 물 부문의 성장을 둔화시켰고 역삼투막 업계는 공급망 중단, 수요패턴 변화 및 기타 비상조치에 대처해야 했다. 특히 많은 중요한 물 사용처는 가동 중단이나 운영 축소로 이어져 막 관련 기업들은 수익 손실이 나타났다. 그러나 ‘코로나19’ 종식 후에는 단기적으로 회복력을 구축하기 위한 장기 설비투자 계획, 작업장에서 적절한 위생 유지, 정부 재정지원, 더 나은 공급망 확장 계획, 산업 운영 재개 등과 같은 조치로 수익이 증대하고 안정화될 것으로 예상된다. ‘코로나19’는 물과 위생에 대한 적절한 접근의 중요성을 강조하고 있다. 팬데믹(pandemic)은 기업의 수요 감소를 목격하면서 나라마다 물수요의 증가로 이어졌다. 장기적으로 수처리 사업 가속화, 첨단 디지털 기술 접목, 위기 대비 투자 증가, 수처리 분야의 인력·시스템·장비 복원력 제고, 안전한 물공급 우선 순위 확대로 수요가 급증할 것으로 기대된다. 막 오염·스케일링, 막 수명 감소시키는 주요 원인 ■문제점 및 과제 역삼투막은 수처리 부문의 성장과 함께 수요가 지속적으로 증가하고 있다. 그러나 오염(fouling) 및 스케일링(scaling)이 주요 단점으로 지적되고 있다. 막 오염은 셀룰로오스 기반 및 박막 복합막 모두에서 발생한다. 오염에는 생물학적(biological), 콜로이드(colloidal), 스케일링(scaling), 유기체(organic) 등 네 가지 유형이 있다.     ▲ 역삼투막은 수처리 부문의 성장과 함께 수요가 계속 증가하고 있지만 오염(fouling) 및 스케일링(scaling)이 주요 단점으로 지적되고 있다. 사진 왼쪽부터 스페이서 돌출부 오염, 오염으로 인한 폴리아미드층 손상, 폴리아미드 기포 및 박리현상이 나타난 막 모습. 막 표면의 염류 포화는 담수화 플랜트에서 스케일링의 핵심 원인이며 막 오염은 막의 플럭스(flux)와 수명을 감소시킨다. 막 오염은 소독제, 스케일 방지 및 기타 전처리를 사용해 어느 정도 제어할 수 있으므로 운영비가 추가된다. 그러나 막 오염은 지속되므로 역삼투막 시장 성장을 저해하는 막 품질개선의 핵심 영역으로 남아 있다. 바닷물은 일반적으로 50mg/L(ppm) 이상의 소금 농도를 가진 물로 정의되지만 일부 바닷물은 몇 배 더 짠 경우가 있다. 특히 중동 및 북아프리카 지역은 세계에서 가장 건조한 지역으로 해수에서 염분을 제거해 담수를 생산하는 것이 심각한 문제인 염수 대홍수를 초래할 수 있다. 또한 역삼투 해수담수화 플랜트(Reverse Osmosis Seawater Desalination Plant)의 개발 과정에서 직면한 또 다른 문제는 흡입 스크린보다 큰 해양 유기체의 충돌과 작은 유기체의 동반이다. RO 해수 및 내륙 담수화 플랜트(RO Seawater and Inland Desalination Plant)는 고밀도 염수를 바다로 방출해 해양환경에 유해한 영향을 줄 수 있다. 이 문제는 기술 발전과 염수를 효율적으로 관리하고 해양환경을 보호하기 위한 지속가능한 방법을 찾는 것을 통해 극복해야 한다. [『워터저널』 2021년 10월호에 게재]