물은 수소와 산소의 화합물(화학식 H2O)로써 무색·무미·무취이며 상온에서 액체인 물체로 지구상에 생명체가 존재 할 수 있게 하는 근원이 되는 요소이다. 인간의 몸은 약 70% 이상이 물로 이뤄져 있으며, 체내 수분 량이 2% 감소하면 가장 갈증을 느끼고, 5% 정도 감소하면 탈수 증상이 발생하며 12% 정도 감소하면 생명이 위험할 수도 있다고 한다.

지구상에는 14억㎦ 정도의 물이 존재하는 것으로 추정되고 있으며 대부분이 바닷물(97∼97.5%)이고, 2.5∼3% 정도만이 담수 형태로 존재하지만 담수의 대부분은 빙하와 만년설 형태로 존재하여 우리가 쓸 수 있는 물은 하천이나 호소에 존재하는 지표수로 지구상의 총 물량의 0.0075%에 불과하다.

그나마 우리가 쓸 수 있는 지표수조차도 지역적으로 편차가 심하고, 인구 증가로 밀집화·산업화되면서 거대도시가 증가하는 등 지역적으로는 물 부족 편차가 더욱 가속화될 전망이며, 이는 환경오염을 가속화시키는 원인이 되고 있으며 기존의 모래여과보다 더욱 진보된 정수처리방법이 필요할 전망이다.

물 부족을 극복하기 위해서는 물의 소중함을 인식하고 물 절약 실천을 통해 물 사용 개선, 물의 재이용, 사용 가능한 수자원 개발 최대화를 통한 수자원 관리 및 효율적 이용과 부족한 물의 확보를 위한 해수담수화 등 대체 수자원 개발이 필연적이다.

물산업이란 물과 관련된 모든 산업으로 원수를 취수하여 각종용수를 생산, 공급하는 정수처리산업, 사용된 물을 이송 처리하여 재이용 또는 순환(Water Cycle) 시키는 하·폐수처리산업, 해수담수화 등 수자원개발산업과 배관재·약품·계측기기 등의 기자재산업 및 엔지니어링·연구·교육, 컨설팅산업 등을 총칭할 수 있다.

우리나라에서 물은 2000년 이전까지만 해도 산업이라기보다는 상하수도를 중심으로 모든 국민이 향유해야 할 보편적 재화인 사회간접시설로 분류되어 왔다. 관리 주체는 지역별로 각각의 공공 사업자에 의하여 운영되면서 운영관리 기술 등 전문성이 낮고 비효율적인 측면이 있다는 지적을 받아 왔으며, 2005년도에는 정부 차원의 ‘물산업 특성화 계획’이 처음 발표됐다. 이러한 맥락에서 물산업의 출연은 상하수도의 전문성과 효율성 개선에 대한 기대심리와 산업재로의 변화라는 우려가 교차되고 있는 것이 현실이다.

물산업의 시작은 유럽을 중심으로 하는 상하수도 민영화와 중동지방을 중심으로 하는 해수담수화 등 수자원개발사업을 꼽을 수 있다. 사업 추진은 2000년도 중반까지만 해도 EPC(Engineering[설계], Procurement[조달], Construction[건설, 시공]) 업체가 건설하고 발주청 또는 운영관리 전문회사에서 운영 관리하여 건설과 운영관리(O&M)가 분리된 형태를 취하여 왔다.

최근에는 운영관리가 중요시되면서 건설과 운영관리를 동시에 추진하는 공공·민간 파트너십을 통한 BTO(Build Transfer Operate), BOT(Built Operate Transfer), BOO(Build Operate Ownership) 방식 등이 우위를 점하며 운영관리가 함께 추진되고 있다. 물산업의 전망은 대규모 프로젝트 부재와 글로벌 경제 침체 여파에도 불구하고 지속적인 성장이 전망된다.

또한 전 세계적으로 시스템이 거의 유사하여 소수의 물 전문기업이 EPC 및 O&M 기술력을 바탕으로 규모의 경제, 범위의 경제 효과를 극대화하며 세력을 키워가면서 경제성 극대화를 위해 1일 20만㎥ 이상 되는 메가 규모의 대형 프로젝트가 우위를 점할 것으로 전망되고 있다.

세계 물산업 시장 규모는 2010년 약 4천828억 달러에서 2025년 약 8천650억 달러 정도로 성장하며, 주요 분야별로 보면 상수도 분야 약 2천880억 달러, 하·폐수처리 분야 약 3천550억달러, 해수담수화 분야 약 440억 달러 규모로 성장할 것으로 전망하고 있다.(GWI, 2011년)

물산업에서 EPC 비용과 운영관리비의 비율은 각각 50% 정도이며, 21세기 들어 O&M 서비스에 대한 중요성이 강조되고 있는 실정으로 EPC 기업과 O&M 기업간 영역 파괴를 통한 경쟁이 한층 가열될 전망이다.

물산업의 밝은 전망은 물 부족에서 시작되고 있는데, 요약해 보면 인구증가, 산업화, 신흥개발국의 성장에 기인하고 있다고 볼 수 있으며, 극복하기 위해서는 하·폐수 등의 물 재이용사업 그리고 새로운 물을 만들어내는 해수담수화 관련 산업 성장이 전망되고 있다. 또한 100년 넘게 유지되어온 모래여과에서 선택적 여과기능을 가진 막(멤브레인)에 의한 여과방식으로의 기술 패러다임의 변화는 기술적 우위와 차별화를 바탕으로 급속한 글로벌화를 가능하게 하는 요소가 되고 있다.

물산업의 장밋빛 전망 뒤에는 부작용도 예상되고 있는데, 예를 들어 아프리카 등 후진국의 경우 경제 발전을 위해 꼭 필요한 물을 얻는 방안으로 자금력을 앞세운 글로벌기업에 의존해야 한다면 경제뿐만 아니라 물의 식민지화를 가져 올 수도 있다. 또한 물을 소유한 국가들이 석유산업의 OPEC와 같은 카르텔을 맺어 무기화 한다면 전 지구적으로 커다란 재앙이 될 수도 있기 때문이다.

물산업 추진 구조는 해수담수화 및 막여과 플랜트 등의 대형 프로젝트 추진은 사업 참여자들이 설립한 SPC(Special Purpose Company)를 중심으로 설계, 건설, 운영관리 등 전문기업들이 사업개발, 건설(EPC), 운영관리(O&M) 등 각각의 분야별로 공동 추진하거나 이익의 극대화를 위하여 기업간 M&A 등을 통하여 토털솔루션 업체로의 변신을 추진하고 있다.

물산업 전망을 지역별로 살펴보면 아시아의 경우는 중국, 인도, 베트남, 인도네시아 등 국가들의 경제발전으로 인한 물 수요의 급증으로 물 문제가 심각하여 BOT 형태의 신규사업 기회가 많을 것으로 전망되며, O&M 의 경우 20∼30년 동안 이뤄짐에 따라 정치적인 리스크에 대한 주의가 요구된다. 중동의 경우는 오랜 기간 동안 증발방식의 대규모 해수담수화에 의존하여 물 공급을 받아왔으나, 최근에는 오일 고갈 등의 문제가 대두되면서 에너지 효율이 높은 역삼투 해수담수화플랜트로 전환되는 추세이다.

또한 Post-oil 시대를 대비하여 신재생에너지 등과 연계하는 등 에너지 효율이 강조되어 보다 효율 높은 해수담수화플랜트 건설 및 기존시설 개량사업 증가 및 O&M(운영관리) 분야를 전문 기업에 위탁하는 아웃소싱이 증가할 전망이다. 미국과 유럽의 경우는 경제 위기로 인하여 당분간은 대규모 프로젝트 도입은 어려울 것으로 전망되지만 달러 약세 등으로 인하여 기업간 전략적 제휴 또는 기존 시설 및 기업 M&A 등을 통하여 원천기술을 얻을 수 있는 좋은 기회로 활용하는 것이 필요하다.

Ⅱ. 물산업과 소재산업

앞에서 언급했듯이 물산업의 전망은 장기적인 관점에서 지속가능한 성장이 전망되지만 인간의 생존에 필수요소라는 점에서 폭발적으로 성장했던 석유산업과는 사뭇 다를 것이다. 석유산업은 원자재 산업이지만 물산업은 소재산업을 시스템화하여 최종의 물을 생산하는 산업 특징을 가지고 있기 때문이다.

물산업을 크게 분류하여 보면 기자재 산업, EPC(설계·조달·건설) 산업 그리고 O&M 산업 등으로 나눌 수 있으며, 모든 장소에 필수적인 산업으로 관련 산업이 매우 넓어 많은 기업과 국가에서 미래 성장 동력으로 여겨 육성하고 있으나 새롭게 진입하는 기업에게는 실적이 요구되어 진입장벽이 높은 산업특징을 가지고 있다.

기자재 산업에는 주로 멤브레인, 펌프 및 밸브, 배관류 및 계측기기류 등을 꼽을 수 있으며 국가별로 지역별로 많은 기자재가 생산되고 있으며, MF/UF 멤브레인 등과 같은 경우는 표준화가 되어 있지 않아 최초 적용에 기업의 사활을 걸기도 한다.

후발기업의 경우 진입장벽에 대한 극복방안으로 EPC 업체와 전략적 제휴, M&A 또는 자체사업에 적용하여 최초실적을 쌓으며 보다 큰 실적에 적용할 수 있는 초석으로 활용하기도 한다. 또한 국가에서는 자국의 물산업 육성을 위해 국가 차원의 연구개발을 지원하고 국가사업에 적용시키는 테스트베드 형식으로 물산업으로의 진입장벽을 극복하고 있다.

대표적이 사례로 싱가포르에서 자국의 물 전문기업 육성을 위하여 하이플럭스(Hyflux)에서 개발한 멤브레인을 정부주도의 물 재이용 사업(NEWater project)에 참여시켜 글로벌 물 전문기업으로 육성시킬 전략이 대표적이다. 우리나라의 경우도 수처리선진화사업단, 해수담수화플랜트사업단, 에코스마트상수도시스템 개발사업단 등을 들 수 있다.

■ 멤브레인 산업 멤브레인(Mmembrane) 이란 특정 성분을 선택적으로 통과시킴으로써 입자 분리라는 일반여과(Filteration) 뿐만 아니라 액체에 용해된 용존 물질이나 혼합기체의 분리까지도 가능한 여과재로 선택적 투과성을 가지고 있다.

막(膜)의 분리 메커니즘은 압력차(MF, UF, NF, RO), 농도차(NF, RO), 전위차(ED) 등의 성질을 이용하여 혼합 물질에서 성질이 다른 물질을 분리 또는 전달 기능을 강화시키기는 역할을 하기도 한다. 우리 몸의 경우 피를 정화시켜주는 신장 및 공기를 정화하는 허파와 같은 우수한 성능의 유기막이 있으며 일상생활에서 보면 땀은 배출하면서 추위를 막아주는 등산복의 고어텍스 등을 들 수 있다.

 

정수처리에 대한 기술적 측면을 보면 물리화학적 공정이나 생물학적 공정을 벗어나, 막(멤브레인; Membrane)을 기반으로 하는 수처리 기술로 빠르게 진화화고 있다. 막을 이용한 고도수처리 기술은 재래의 모래 및 화학처리제 중심의 수처리 방식에 비하여 여러 가지 기술적 장벽이 존재하여 선진화된 소수의 기업이 글로벌 화된 대규모 사업화가 가능해졌다.

멤브레인(Membrane)은 입자 제거 성능과 기능에 따라 MF, UF, NF, RO 멤브레인 등으로 분류 할 수 있으며, 수처리 플랜트에 설치되어 액체에서 오염물질이나 불순물을 여과하는 기술로 고액분리, 이온 분리, 가스 분리 등을 행하는 분리기술로써 정수처리, 하·폐수처리, 해수담수화, 식품 및 의료 분야 등 다양한 분야로 확산되면서 시장은 커질 것으로 전망된다. 반면 막여과 플랜트에 따른 높은 동력비, 막 교체비 등 운영관리비 저감 기술개발은 필수적인 사항이다.

멤브레인 시장은 고도의 수질이 요구되는 전자·화학 산업 등에서 순수·초순수 등을 공급하는 역할에서 시작하여 점차 상하수도 등 공공부문으로 확산되면서 시장 전망은 밝은 편이다, 특히 MF/UF 멤브레인의 경우 정수처리 적용이 증가하고 해수담수화시설의 전처리공법이 모래여과에서 막여과로 전환되면서 그 수요가 급증하고 있다. MF/UF 멤브레인 적용 실적은 시설용량 1만㎥ 이상에서 적용 비율을 분석하여 보면 정수처리 적용이 49%로 가장 크고, 다음으로 해수담수화 전처리 23%, 하수처리 21.1%, MBR 18% 정도로 분석되고 있다. (GWI, 2010년)

MF/UF 멤브레인은 분리경 및 제거대상물질에 의하여 분리는 하고 있으나 일반적으로 거의 동일하며 체걸음 작용에 의해 여과되며, 일반적으로 하수처리, 해수담수화 전처리 등의 공정에서 부유물질 제거에 주로 사용되고 있다. 여과 방식에는 멤브레인을 압력베셀에 장착하고 원수를 압송시켜 여과하는 가압식과 멤브레인을 원수 중에 침적시키고 막에 흡입력을 가하여 여과수를 흡입 여과하는 침지식이 있다.

NF 멤브레인은 나노여과법에 이용되며 이온이나 저분자량(유기물, 농약, 맛·냄새물질, 합성세제, 칼슘이온, 마그네슘이온, 황산이온, 질산성질소 등) 물질을 제거하는 목적으로 RO 멤브레인 시장과 구분되어 틈새시장을 유지하고 있다.

RO 멤브레인 경우는 이온 물질 제거를 목적으로 하는 막으로 담수용 역삼투막과 담수화 공정에 쓰이는 해수담수화용 역삼투막이 있으며, 금속이온제거, 해수 중의 염소이온 등 이온물질을 제거하는 목적으로 사용된다. 시장 전망은 2007년 약 6천억 원에서 연평균 10% 성장하여 2012년 1조 원 규모, 2016년 1조7천억 원 규모로 성장하면 분야별로는 기수담수화 31%, 해수담수화 21%, 가정용 14%, 초순수 14%, 재이용 11%, 기타 목적에 15% 정도 사용될 것으로 예상된다.                                                          [다음호에 계속]

알오플랜트(막여과&해수담수화연구센터/www.roplant.or.kr)는 물관련 정보·기술공유 및 인적 네트워크 구축을 목적으로 2002년부터 운영되고 있는 비영리 물산업 포털사이트이다. 총회원수는 뉴스레터 회원을 포함하여 1만3천200여 명에 달하며, 특히 전문가 네트워크 그룹에는 100여명이 넘는 다양한 분야의 전문가들이 자발적으로 참여하여 온-오프라인에서 활발하게 활동하고 있으며 누구나 참여 가능한 개방형 네트워크 사이트이다.

※ 본 원고는 김우찬 막여과&담수화연구센터장이 (사)한국유체기계학회 FLUID(February 2013 Vol.4, NO.1)에 기고한 내용을 필자의 허락을 받아 게재한 것임을 알려드립니다.