전량 수입하던'불소계 유체'국산화… 4억弗 세계시장 넘본다

한국화학연구원 이상구 박사팀
반도체 냉각제 등 활용 핵심 원료
제조효율 20% 높여서 생산 성공
'점유율 90%' 3M 등 독점 깨져
"기술 자립 앞당기는 발판 될 것"

화학연구원 이상구 박사가 전기화학불소화 실험을 통해 제조된 수소불화에테르 중간체에 대한 분석 결과를 확인하고 있다.

수소불화에테르 중간체와 최종결과물. 화학연구원 제공

전량 수입해왔던 불소계 화학물질인 수소불화에테르(HFE)를 국내 연구팀이 만들어냈다. 제조기술은 민간기업에 이전돼 조만간 상용화가 가능해질 전망이다. HFE는 반도체와 전자기기의 냉각제 및 세정제 등으로 폭넓게 사용되는 핵심 산업 원료다.

한국화학연구원 이상구 박사팀은 전량 수입해왔던 불소계 화학물질 제조 기술 국산화에 성공했다고 5일 밝혔다. 이 기술은 지금까지 사용해왔던 방법보다 제조효율이 20% 향상됐다.

특히 수소불화에테르를 우리 기술로 직접 생산할 수 있다는 점이다. 화학연구원은 이 기술을 냉매, 소화약제 전문 제조기업인 퓨어만에 기술이전 했으며, 상용화를 위한 후속 연구가 진행 중이다. 불소 성분을 포함한 액체나 기체 즉 불소계 유체는 전자제품, 반도체, 정밀 기기 등의 냉각제와 세정제로 활용되는 필수 화학물질이다. 하지만 원래 있던 수소가 모두 불소로 대체된 '전 불소계 유체'는 지구온난화 지수가 높아, 탄소중립 달성을 위해서는 반드시 친환경 유체로 대체해야 하는 상황이다. 이를 대체할 수 있는 친환경 소재가 HFE다.

마켓 리서치 인털렉트의 보고서에 따르면, HFE의 세계시장 규모는 2022년 기준 약 2억8910억 달러(약 4215억원) 규모이며, 매년 5.4% 성장해 2028년 3억9640억 달러(약 5780억원)에 달할 것으로 예상된다. 3M, AGC, 톈허 케미컬이 약 90%를 점유하며 시장을 주도하고 있다. 연구진이 새로 개발한 HFE 제조기술은 기존의 전기화학 불소화법에 전도성 불소계 첨가제를 새롭게 추가했다.

일반적으로 탄화수소 원료의 수소를 불소로 대체하는 불소화 반응을 통해 '중간체'로 변환한 후, 알킬화 반응을 거쳐 HFE를 생산한다. 특히 중간체 합성 과정이 핵심인데, 연구진은 기존 기술에 없던 전도성 불소계 첨가제를 추가해 더 효율적으로 중간체를 만들었다.

이를 위해 전기화학 반응이 원활하게 이뤄지는 다층 구조의 니켈 전극판이 장착된 반응기를 직접 설계하고 제작했다. 그결과, 보다 효율적인 불소화 반응 환경을 구축했으며, 시운전과 정밀 점검을 거쳐 안정적으로 작동하는 전기화학 불소화 장치를 완성했다. 기존 기술에서는 원료가 중간체로 변하는 전환율이 50~55% 수준이지만, 새 기술은 전환율이 62~66% 수준으로 기존 기술 대비 약 20% 증가했다. 또한 불필요한 부산물이 줄어들어 HFE의 생산성이 크게 향상됐으며, 불소화 반응을 정밀하게 조절할 수 있어 고순도 불소 화합물을 효율적으로 생산할 수 있다.

이상구 박사는 "불소 화학 핵심소재 는 그동안 글로벌 기업 수입 의존도가 높았는데 이번 원천기술 확보를 통해 기술자립을 앞당기는 중요한 발판이 될 것"이라며, "후속 연구를 통해 다양한 산업에 적용가능한 첨단소재 기술을 선도해 나가겠다"고 말했다.

[e-mail] 김만기 기자