당신이 오늘 아침에 일어나 마신 물 한 잔. 그 물은 과연 완벽하게 깨끗한 물이었을까? 당연하다 생각되겠지만, 엄밀히 말하자면 그렇지 않다. 우리가 손을 씻고 음식을 해 먹는 수돗물, 그리고 직접 마시는 생수에도 눈엔 보이지 않는 물질들이 존재한다. 미네랄, 칼슘, 나트륨 등의 성분을 비롯해 불소나 비소 같은 유해 물질까지 소량 함유되어 있기도 하다. 한편, 이 물과는 비교할 수도 없을 만큼 무결(無缺)한 물 역시 존재한다. 인간의 기술로 만들어 낸 세상에서 가장 깨끗한 물, 초순수에 대해 알아보도록 하자.

초순수(Ultrapure water)란?

초순수는 한 마디로 물 분자를 이루고 있는 수소와 산소 이외에는 아무것도 포함하지 않은 물이다. 우리가 흔히 접하는 물속 무기질, 미립자, 박테리아, 미생물 등 모든 물질을 제거하는 고도의 정제 과정을 통해 만들어지며, *이온 성분까지 제거했다는 의미로 DIW(De-ionized Water)라고 표현하기도 한다.

초순수는 칼슘, 마그네슘 등 사람에게 필요한 성분까지 제거되어 있어 사실 우리가 마실 음용수로는 적합하지 않다. 하지만 반도체 제조와 같은 일부 특수한 산업현장에서 초순수는 절대 없어서는 안 될 귀한 몸이 된다. 이는 초순수가 높은 전기저항도를 가진, 즉 ‘전기가 거의 흐르지 않는 물’이기 때문이다.

젖은 손으로 콘센트를 만지면 안 된다는 말은 익히 들어봤을 것이다. 일반적인 물은 전기가 잘 전달되는 성질을 가지고 있기 때문에 주의가 필요한 것이 사실이다. 하지만 초순수에서 만큼은 이 말이 예외로 작용한다. 일반적인 수돗물의 전기저항값이 1~5MΩ∙㎝에 불과한 데 비해, 이온을 제거한 초순수의 전기저항값은 18 MΩ∙㎝ 이상으로 높기 때문이다.

반도체 산업에서 초순수가 꼭 필요한 것이 바로 이 때문이다. 나노미터 단위의 초미세공정을 거치는 반도체는 제조공정에서 아주 미세한 먼지에도 민감하게 반응할 수 있어 반드시 생산과정에서 발생하는 부산물이나 오염물을 씻어내야만 한다. 또한 이때 사용되는 세정수에서 불순물이 있거나 전류가 흐르게 되면 이상패턴과 결함의 원인이 되는데, 이 모든 위험요소를 없앤 물이 바로 초순수인 것이다.

세상에서 가장 깨끗한 물, 어떻게 만들까?

그렇다면 초순수는 과연 어떤 과정을 통해서 만들어지는 것일까? 앞서 언급했듯이 초순수는 매우 복잡한 공정을 거쳐 탄생하는데, 규모에 따라 그 공정이 20~30개에 달한다. 초순수 제조 공정을 크게 보자면, 원수(Raw Water)로부터 *순수 수준까지의 수질을 제조하는 ‘전처리 공정’ 및 ‘순수처리 공정’, 그리고 최종 단계인 ‘초순수 처리 공정’으로 구분할 수 있다.

초순수의 제조공정은 ‘제거’로 시작해 ‘제거’로 끝난다. 가장 먼저 원수의 부유물질과 염소, 고형물 등을 각종 필터(Multi Media Filter, Activated Carbon Filter)로 제거한다. 이후 전기탈이온장치(EDI, Electrodeionization), **역삼투(RO, Reverse Osmosis) 공정으로 이온성 물질들을, 막탈기장치(MDG, Membrane Degasifier)로 물에 남아있는 용존산소와 이산화탄소를, 자외선(UV,Ultraviolet) 램프로 화학적인 변화와 유해성분을 제거하는 과정을 거친다. 다음으로 이온교환수지를 통해 ***경도성분을 제거하면 초순수의 전단계인 순수가 만들어진다. 그리고 이 순수로 또다시 앞서 거쳤던 과정들을 반복하면 드디어 극미한 물질들까지 모두 제거된 초순수가 완성된다.

초순수 기술은 다 일본 거? 초순수 국산화가 필요한 이유

우리나라는 세계 2위의 반도체 강국이다. 실제로 우리나라 전체 수출에서 반도체가 차지하는 비중은 무려 20%가 넘는다. 이처럼 반도체 수출량이 많은 만큼 사용하는 초순수의 양도 세계적인 수준이다. 그런데 여기서 한 가지 문제가 있다. 바로 초순수의 생산 기술을 해외 기업들이 독점하고 있다는 것이다.

반도체 제조에서 사용하는 용수 중 초순수가 차지하는 비율은 약 50%에 달한다. 그러나 우리나라 반도체 제조 단위 공정별 초순수 기술 장치는 대부분 일본, 미국, 유럽에 의존하고 있다. 특히 일본은 전체 초순수 기술 특허 부분에서 71%를 차지하며 막대한 영향력을 행사하고 있다. 일본의 3대 초순수 사업자인 Kurita, Japan Organo, Nomura에서만 각각 192건, 69건, 58건의 초순수 기술 특허를 출원한 상태다. 또한 초순수 장치 및 시스템 관련 특허 역시 일본이 56%의 가장 큰 비율을 점유하고 있다. 반면, 우리나라의 경우 소규모의 기술 수준만을 보유하고 있는 상태로, 그 격차가 매우 큰 편이다. 즉 우리나라의 반도체 산업이 일본에 의해 좌지우지될 수 있다는 것이다.

작년 중국의 수출 규제로 우리나라가 가히 대란이라 할 만큼의 요소수 부족 사태를 겪은 것처럼, 지금과 같은 초순수의 해외 의존도를 줄이지 못한다면 반도체 및 우리나라 산업 전반의 위기가 초래될 수 있다. 그렇다면 우리나라의 초순수 국산화는 정확히 어디까지 와 있는 것일까? SK에코플랜트 Water Cycle Tech팀에서 수처리 혁신 기술을 발굴하고 있는 남웅희 팀장에게 초순수 국산화의 현주소를 물었다.

초순수 국산화는 향후 우리나라 산업 발전에 있어 반드시 달성해야만 하는 목표다. 현재 SK에코플랜트는 우리나라를 대표하는 환경기업으로서 Water 사업 분야를 산업폐수 처리, 공업용수 재이용 및 무방류, 초순수 등으로 고도화하고 있다. 환경중심 경영을 바탕으로 아시아 No1. 환경기업으로 자리매김하고 있는 SK에코플랜트. 이들이 물에 대해 지니고 있는 순도 100%의 열정과 노력은 초순수 국산화의 목표를 현실화하는 데에도 원동력이 될 것이다. 전문적인 기술과 노하우를 바탕으로 환경 분야에서 독보적인 입지를 점하고 있는 SK에코플랜트가 앞으로 초순수 시장에서 어떠한 성과를 일구어 낼 수 있을지 기대해본다.