불소계 유체는 전자제품, 반도체, 정밀기기 등의 냉각제와 세정제로 활용되는 필수 화학물질로, 원래의 수소가 모두 불소로 대체된 ‘전 불소계 유체’는 지구온난화지수가 높기 때문에 반드시 친환경 유체로 대체가 필요가 있어 대안으로 수소불화에테르(HFE)가 주목받고 있다.
HFE는 지구온난화 영향이 기존 소재보다 5분의 1 이하로 적고, 표면장력이 낮아 쉽게 퍼지면서도 전기를 잘 차단하는 성질 때문에 액침냉각 냉매, 전자부품 세정제, 용매 희석제 등 산업 전반에서 활용도가 높다.
때문에 HFE 세계 시장규모는 2022년 2억 8910만 달러로, 연평균 5.4% 성장할 경우 2028년에 4억 달러에 근접할 전망이다.
그러나 이 기술은 특정 해외 기업이 90% 이상 점유해 우리나라는 전량 수입에 의존하고 있다.
수입 의존 불소계 유체 최고성능으로 국산화
한국화학연구원(이하 화학연) 이상구 박사팀이 HFE 제조기술을 개발했다.
연구팀은 탄소와 수소로 이뤄진 원료에서 수소원자를 불소로 바꾸는 기존 ‘전기화학 불소화법’에 특수 불소계 전도성 첨가제를 도입해 전환율을 대폭 향상시키는 기술을 고안했다.
일반적으로 탄화수소 원료의 수소를 불소로 대체하는 불소화 반응으로 중간체로 변환 후 알킬화 반응을 거쳐 HFE를 생산한다.
연구팀은 핵심과정인 중간체 합성 때 기존 기술에 없던 전도성 불소계 첨가제를 추가함으로써 보다 효율적으로 중간체를 제조했다.
이를 위해 연구팀은 전기화학반응이 원활한 다층구조 니켈전극판이 장착된 반응기를 직접 설계, 불소화 반응 효율성을 높이면서 안정적으로 작동하는 전기화학 불소화 장치를 완성했다.
이 결과 기존 기술로 최대 50~55%였던 원료-중간체 전환율을 62~66% 수준으로 끌어올렸다.
아울러 이 과정에서 불필요한 부산물이 줄어 HFE 생산성이 크게 향상됐고, 불소화 반응을 정밀 조절해 고순도 불소 화합물을 효율적으로 생산할 수 있었다.
이 기술은 냉매·소화약제 전문기업 퓨어만㈜에 이전해 상용화를 위한 후속연구를 진행 중이다.
이 박사는 “이번 성과는 수입 의존도가 높은 불소 화학 핵심소재 원천기술을 확보한 것으로, 후속연구를 통해 다양한 산업에 적용가능한 첨단소재 기술을 완성하겠다”고 말했다.
