지구 대기상에 극히 미미한 양이 존재하는 네온, 크립톤, 크세논은 양산의 어려움과 인공제조 불가 등과 같은 희소성을 지닌 가스로 희귀가스(Rare가스)라고 불린다.
최근 이같은 희귀가스와 관련해 국내는 물론 전세계의 산업용가스 시장이 수급밸런스에 어려움을 겪으며 크게 요동치고 있다.
이미 제논과 같은 경우는 국내에서 물량을 구하기가 힘들 정도로 수급에 애를 쓰고 있으며 가격 또한 웬만한 전자반도체용 특수가스의 최소 수배에서 최대 수십 배까지 거래되고 있다.
업계에서 일명 ‘귀족가스(Noble Gas)’라고도 불리는 희귀가스는 말 그대로 높으신(?) 가스다.
국내 여건상 전량 수입에 의존하고 있는 희귀가스의 용도는 2000년대 초반에만 해도 전구, 의료, 우주항공 등 몇몇 특정분야에 국한돼 있었지만 최근 들어 기존 용도의 수요증가와 더불어 반도체를 비롯 건설과 같은 산업에서도 핵심재료로 이용되고 있다.
특히 최근 동북아시아를 중심으로 한 반도체 산업의 발달과 각국의 첨단 우주항공산업의 과감한 투자로 인해 희귀가스의 수요는 크게 늘어났다. 반면 지난해 대형 ASU를 보유, 희귀가스를 공급하고 있는 세계 유수 업체들의 화재 및 사고로 인해 공급량은 수요량을 따라가지 못했다.
이같은 상황으로 인해 향후 희귀가스에 대한 장기 공급부족 설이 제기되고 있으며 각국은 물량확보에 사력을 다하고 있는 모습이다.
이번호에서는 수급불안으로 위축된 국내외 희귀가스의 수요 및 공급현황 등의 국내외 시장동향을 살펴봄으로써 미래 성장성을 비롯해 산업용가스로서의 희귀가스의 가치를 확인해보도록 한다.
■ 희귀가스의 생산적 측면
네온, 크립톤, 크세논은 모두 공기분리장치(ASU)를 통해 공기중에 함유된 성분을 추출해냄으로서 생산된다.
그렇다고 모든 종류의 ASU플랜트에서 희귀가스의 생산이 가능한 것은 아니며 별도의 분리·정제 컬럼(column)을 추가적으로 부착해야만 한다.
특히 ASU플랜트의 규모도 최소 50,000N㎥/hr급 이상이 되어야만 상업적 가치를 지닌 희귀가스를 생산해낼 수 있다.
이는 공기중 희귀가스의 함유량이 크세논 0.0000087%, 크립톤 0.0001%, 네온 0.0018% 등에 불과해 대형 ASU플랜트가 아닐 경우 생산량이 의미 없는 수준일 수밖에 없기 때문이다.
우리나라가 전국에 2백여기가 넘는 ASU플랜트를 보유하고 있음에도 불구하고 공기중에서 추출 가능한 크세논, 크립톤, 네온을 100% 수입에 의존하고 있는 것도 50,000N㎥/hr 이상의 대형 ASU플랜트가 없기 때문이다.
먼저 크립톤과 크세논은 ASU산소플랜트에 특별히 설계된 각각의 컬럼을 장착함으로서 얻어진다.
‘Kr·Xe 컬럼’은 산소생산과정 중 부가물로 발생한 혼합가스에서 탄화수소 불순물과 산소를 분리하는 역할을 수행하는데 이를 통해 크립톤 90%, 크세논 7%로 구성된 1차 원료가스를 만들 수 있다.
이렇게 생산된 원료가스는 즉시 실린더에 충전되어 전세계에 약 10개소 정도에 불과한 크세논-크립톤 정제플랜트로 보내지게 되며 이곳에서 2차 분리·정제공정을 거치면 최대 5N(99.999%) 순도의 완제품이 생산되는 것이다.
이와 관련 전문가들은 현재의 크세논, 크립톤 가격을 감안할 때 ASU플랜트 생산능력이 하루 1천5백톤 이상이어야만 경제성 있는 제품을 생산할 수 있을 것으로 보고 있다.
네온의 경우 ASU플랜트에 장착된 ‘Ne 컬럼’에 의해 원료가스가 만들어진다는 점은 크세논, 크립톤과 동일하지만 추출방식이 비등점(沸騰點)을 활용한다는 부분에 차이가 있다.
이는 네온이 지구상에 존재하는 가스 중 헬륨(He)과 수소(H2) 다음으로 낮은 비등점을 지닌 물질이라는 것에 착안한 것이다.
생산된 1차원료가스는 튜브트레일러에 충전되어 전세계의 5개 네온정제플랜트 중 한 곳으로 보내진다.
크립톤과 크세논은 대부분 희귀가스와 기타가스와의 혼합가스로서 제조·유통되는데 혼합가스는 산소(O2)플랜트에서 부가물로서 생산된다. 하지만 모든 종류의 플랜트에서 희귀가스의 생산은 불가능하며 별도의 분리·정제 컬럼을 추가적으로 부착해야만 하고 아울러 최소 5,0000 N㎥/hr 급 이상 돼는 ASU플랜트의 규모의 한계로 인해 현재 우리나라는 크세논, 크립톤, 네온을 100% 수입에만 의존하고 있는 실정이다.
■ 주요 수요시장 전망
현재 전세계 희귀가스의 연간생산량은 크세논이 9백만ℓ, 크립톤이 8천2백만ℓ, 네온이 3억7천5백만ℓ에 달하며 에어리퀴드(AL), 프렉스에어(PA), 린데 등 가스메이저 3사와 러시아의 아이스블릭 등 총 4개사가 세계수요의 80% 이상을 공급하고 있는 실정이다.
매년 큰 폭의 수요량 증가를 보이고 있는 희귀가스의 수요처는 아직까지 전구 분야의 비중이 상당하다. 때문에 희귀가스를 생산하는 업체 대부분이 전구업체들의 기술개발 동향에 귀를 기울이지 않을 수 없다.
우선 관련업계에서는 전세계 크립톤과 크세논 수요량의 50%, 네온 수요의 약 20% 정도를 전구 산업에서 사용하고 있다고 전한다.
특히 최근 들어 에너지 절감을 위한 최신 기술의 고효율·고휘도 램프와 LED(발광다이오드) 및 소형 형광램프의 개발로 인해 크립톤, 네온, 크세논의 수요량이 늘면서 향후 희귀가스의 수요량은 기하급수적으로 증가할 것으로 전망하고 있다.
희귀가스의 수요처를 구체적으로 살펴보면 우선 통신위성 산업의 확대와 더불어 크세논이온엔진, 크세논 플라즈마 자세제어분사기(Thruster) 등 첨단장비를 필요로 하는 우주항공 분야가 향후 성장성이 가장 뛰어난 시장으로 평가 받으며 희귀가스의 최대 수요처로 발돋움할 전망이다.
아울러 할로겐과 혼합되어 엑시머 레이저로 쓰이는 레이저 산업 또한 희귀가스 수요의 많은 비중을 차지한다. 과거의 안과수술이나 초정밀 수술, 혈관조형술 등 의료분야에 집중된 사용처가 열처리나 반도체의 도핑(doping)공정과 도예 분야 활용 까지 기술의 발전을 통한 레이저 산업의 확대와 맞물려 희귀가스 수요확대에 큰 역할을 하고 있다.
이중 의료용으로 크세논과 산소의 혼합가스를 사용하는 크세논 마취가 향후 유럽과 미국에서 허가되면 크세논 수요는 지금의 배로 늘어날 전망이다.
레이저 산업에서의 수요 증대치를 10% 내외로 보고 있다면 전자·반도체 업계에서의 수요 증대치는 더욱 높다 할 수 있다.
현재 한국을 비롯해 일본, 중국, 대만 등 동북아시아 지역의 전자·반도체 산업이 크게 발달하고 있어 이에 맞춰 산업에 사용되는 크세논과 네온 등의 희귀가스 수요량도 동반 증가될 것으로 예상되기 때문이다.
또한 건설기술의 발달로 인한 고급 아파트나 건물들의 등장으로 이중창 및 단열창에 대한 수요 증대도 크립톤, 크세논 등의 수요 증대에 한몫을 담당하고 있다.
이는 과거 건조한 공기로 채워졌던 이중창 및 단열창 등에 크립톤을 비롯한 희귀가스 사용결과 탁월한 단열능력이 확인되면서 에너지 절감에 온 힘을 기울이고 있는 국내 실정과 맞물려 향후 지속적인 수요확대가 예상되고 있다.
한편 이와 같이 현재 희귀가스 수요가 급속도로 증가하는 상황에 대응하기 위해 에어리퀴드, 프렉스에어, 린데 등 3사는 증설을 통해 향후 2년내에 8백만~1천만ℓ의 희귀가스를 공급할 예정이며 우크라이나에서도 약 2백만ℓ의 희귀가스가 추가로 공급될 전망이다.
또한 2009년에는 중동에서 대형 ASU가 가동예정으로 이 플랜트에서도 희귀가스가 생산될 예정이지만 바로 공급이 어려워 올해에는 2백만ℓ가 부족할 것으로 전망된다.
이에 따라 한국과 일본, 대만 등 동북아시아에서 지난 연말부터 희귀가스 물량 쟁탈전이 한창 진행중에 있다.
