연간 생산능력 3만톤 넘어서…특수가스시장서 최고 전성기 구가

아몰레드 제조 공정 중 산화막 증착 다량 공급
소형 디스플레이에 사용, 5년 새 생산능력 4배로

[가스신문=한상열 기자] 아몰레드(AMOLED)의 제조공정 중 산화막 증착에 다량 공급하는 고순도 아산화질소(N₂O)의 수요가 급증하면서 특수가스메이커들의 플랜트 신증설도 급팽창하고 있다.

최근에는 고순도 N₂O의 공급부족 현상까지 빚어져 호가를 유지하면서 특수가스메이커들로부터 매력 있는 아이템으로 부각, 너나 할 것 없이 플랜트 신증설에 나서 다소 과열되고 있다는 분석까지 나오는 판이다.

5년 전부터 고순도 N₂O 바람이 불기 시작하면서 특수가스메이커들마다 신증설 계획을 내놓기도 했지만 최근에는 연간 생산능력이 더욱 빠른 속도로 증가하고 있다.

당시 고순도 N₂O를 제조하던 특수가스메이커들은 원익머트리얼즈를 비롯해 린데코리아, 에어프로덕츠코리아(현재 특수가스 부문은 버슘머티리얼즈코리아로 분사), 린데코리아, 단일가스켐, 대성산업가스, C&G머트리얼즈(현 제이티) 등 6개사에서 연간 생산능력이 7000~8000톤에 불과했다.

하지만 이들 6개사 외에도 최근에는 한국소화화학품, 하나머티리얼즈, 백광산업 등이 이미 고순도 N₂O를 제조하고 있거나 최근 신설에 나섬으로써 올 하반기에는 국내에서의 연간 생산능력이 무려 3만톤 이상으로 늘어날 것이란 전망까지 나오고 있다.

원익머트리얼즈는 기존의 청주시 오창공장과 세종시 전의면에서 연간 5400톤 규모의 공장 가동에 이어 올해 말 청주시 오창읍 양청공장에 또 다시 연간 3600톤 규모의 N₂O 플랜트를 증설함으로써 총 9000톤으로 늘어나게 된다. 

린데코리아도 충남 아산 인주공장에 매년 대규모 증설에 나서 연간 6000톤 생산능력을 갖추고 있으며 추가로 시간당 250kg을 생산할 수 있는 플랜트를 건설, 연간 3000톤 생산능력의 플랜트를 증설하고 있다.

대성산업가스 또한 충남 공주공장에 연간 3000톤 생산능력을 갖춘데 이어 현재 시간당 250kg을 생산능력의 플랜트를 증설, 국내는 물론 중국 등에 수출을 확대하고 있다.

이밖에 버슘머티리얼즈코리아는 증설 없이 경기도 시흥시 시화공장에 연간 450톤을 생산하고 있으며, 경기도 안성시 두암산업 내에 공장을 건립한 한국소화화학품은 두암산업에서 원료 N₂O를 받아 시간당 120kg의 고순도 N₂O를 정제할 수 있는 정제설비만 갖춰 가동하고 있다.

또 충북 오창에 고순도 N₂O설비를 갖춘 단일가스켐은 연간 1400톤을 생산, 대만 등에 공급해오고 있다. 단일가스켐의 관계사인 단일시스켐도 충북 음성공장에 저순도이지만 연간 700톤의 N₂O를 생산하고 있다. 이와 함께 현재 시간당 80kg의 N₂O를 생산할 수 있는 플랜트를 추가로 건립한다는 계획이다.

특히 눈에 띄게 많은 투자를 단행한 곳은 대구시 소재 산업용가스충전회사인 팩슨이다. 이 회사는 당초 연간 120톤 생산능력에 그쳤으나 최근 공격적인 투자를 통해 저순도플랜트이지만 무려 6800톤의 생산능력을 갖췄으며, 일부 제품을 고순도 정제플랜트를 갖춘 업체에 공급하고 있다.

또 경기도 안성시 소재의 두암산업은 연간 1000톤의 저순도 N₂O 생산능력을 갖추고 있으며, 석전의료공업도 연간 220톤의 저순도 N₂O 생산능력을 보유하고 있다.

이 밖에 충북 청주시 오창 소재의 하나머티리얼즈가 1~2단계로 나뉘어 연간 1800톤의 저순도 및 고순도 N₂O를 생산할 수 있는 시설을 건립, 상업운전하고 있다. 

백광산업도 충북 음성에 고순도 N₂O설비를 발주, 건설을 앞두고 있으며 저순도 N₂O설비를 포함해 고순도 N₂O까지 연간 1800톤을 생산하는 플랜트를 설치, 올 하반기 시험가동을 거쳐 상업운전에 들어간다는 계획이다.

한편 C&G머트리얼즈를 인수한 제이티는 현재 연간 600톤의 N₂O를 생산하는데 그치고 있다.

의료용 N₂O는 순도 99.5% 안팎이면 사용할 수 있지만 반도체, LCD, AMOLED 등의 제조공정용 N₂O는 99.9999% 이상의 고순도로 정제된 제품만 사용할 수 있다.

또한 국내에 설치된 N₂O제조설비의 대부분은 린데그룹의 기술로 이뤄진 장비가 많으나 최근 팩슨, 단일시스켐 등은 국내업체에서 제작한 장비를 도입하는 것으로 알려졌다.

특수가스업계의 한 관계자는 “현재 국내의 N₂O시장은 연간 3만톤 이상의 생산능력을 갖추고 있다”고 설명하면서 “반도체 및 디스플레이산업의 성장과 함께 증가하고 있으나 일시적으로 너무 많이 늘어 자칫 과잉공급이 우려된다”고 덧붙였다.

물론 국내의 여러 고순도 N₂O메이커에서 제조한 제품은 내수뿐만 아니라 중국이나 대만 등에 수출하는 계획도 있어 기우라는 지적도 있다.

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아산화질소(N2O)는
마취제로서 의료분야 사용은 점차 감소

일부 환각제로도 사용, 정부 환각물질로 지정
소지·판매·제공할땐 3년 이하의 징역 처분

아산화질소의 화학식은 N₂O이고 가벼운 향기와 단맛을 지닌다. 녹는점 －90.90℃, 끓는점 －88.57℃이다. 액체·고체에서 모두 무색이고 물·알코올에는 상당히 잘 녹으며 상온에서 안정돼 있다.

화학적 성질은 산과 비슷하며, 나무조각, 인, 황 등은 공기 중에서보다 이 속에서 더 잘 탄다. N₂O 기체를 흡입하면 얼굴 근육에 경련이 일어나 마치 웃는 것처럼 보이기도 한다. 또, 마취성이 있어 간단한 외과수술시 전신마취에 사용한다.

마취가스는 N₂O 외에도 세보플루란, 이소플루란, 데스플루란 등이 있으며, 최근 다양한 마취제의 개발로 인해 의료용으로의 N₂O 사용량이 점점 줄어들고 있다.

이와 함께 N₂O는 몇 년 전 국내에서 파티용 환각제로 유명세를 타면서 유흥가를 중심으로 급속도로 퍼졌으며 급기야 지난해 4월에는 N₂O가 들어 있는 ‘해피벌룬’을 흡입한 20대가 N₂O 중독으로 사망한 사건이 발생, 경종을 울리기도 했다.

손가락만한 크기의 캡슐에 담겨 팔렸던 N₂O는 마취보조가스로 외과 수술 목적으로 사용되는 환각물질이다. 이를 흡입하면 15~30초 가량 환각증세를 일으켜 정신이 몽롱해지고 술을 마시지 않아도 술에 취한 것과 같은 효과가 나타나 유흥가 등에서 무분별하게 사용돼 왔다.

이에 따라 환경부는 지난해 7월 25일 국무회의에서 ‘해피벌룬’의 원료로 사용하는 N₂O를 환각물질로 지정하는 내용의 화학물질관리법 시행령 개정안을 의결했다.

N₂O는 톨루엔, 초산에틸, 부탄 등과 마찬가지로 환각물질로 분류되며 의료용으로 사용하는 경우를 제외하고는 흡입하거나 흡입목적으로 소지·판매·제공하는 것 등이 금지된다. 

환각물질을 흡입하거나 흡입 용도로 판매하는 자는 3년 이하의 징역 또는 5000만원 이하의 벌금에 처해진다. 식품첨가물이나 의약품 등 본래의 용도로 N₂O를 판매·사용하는 데에는 제한이 없다. 

한편 N₂O는 질산암모늄을 직접적으로 다른 성분과 혼합하지 않고 열분해하는 방식을 이용, 제조한다. 열분해 하는 단계에서 분리기를 통해 불순물을 제거, 순도를 확보할 수 있다.

열분해 부산물을 워터 샤워링 및 흡착 컬럼에 통과시켜 저농도의 N₂O를 제조하고, 저농도의 N₂O는 증류탑을 이용한 정제공정을 거쳐 99.999% 이상의 고순도 N₂O로 제조한다.

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아몰레드(AMOLED)란
자체 발광형 디스플레이…스마트폰에 적용

화질·색 구현력 뛰어나 빠른 응답속도 자랑거리
저전력, 박형 등 장점, 풀 터치폰에 채용 인기

능동형 유기발광 다이오드(AMOLED : Active Mode Organic Light Emitting Diode)는 최근 해상도와 패널 크기가 증가함에 따라 한 라인 전체가 한꺼번에 발광해 구동하는 라인 구동 방식인 기존 수동형 유기발광 다이오드(PMOLED)가 한계에 부딪히자 이를 대체하기 위해 개발됐다. 

여기서 OLED란 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자와 정공이 유기물 층에서 결합하면서 빛이 발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이를 말한다. 

그러나 OLED 방식이 LCD를 대체할 수 있는 차세대 디스플레이라고 하지만 현재는 TFT LCD에 밀리고 있다. 다만 최근 동영상 콘텐츠의 활성화로 LCD보다 1000배 빠른 응답 속도를 지닌 OLED는 스마트폰이나 DMB폰 디스플레이 같은 소형 디스플레이시장에서 자리를 잡고 있다.

그냥 OLED는 자신의 색을 계속 유지하지 못하고 지속적으로 반복해 켜 신호를 보내면서 켜야 하는 것 때문에 잔상이나 깜빡임이 보이는 반면, AMOLED는 다른 색으로 바뀔 때까지 해당 색을 유지하고 있기 때문에 화질이나 색구현력이 좋다.

이 가운데 OLED는 백라이트에 의해 빛을 내는 LCD와 달리 자체발광형 소자로서 LCD보다 월등한 색상과 선명도, 광시야각, 빠른 응답속도, 저전력, 박형 등의 장점으로 LCD와 PDP에 이은 디스플레이 조명으로 주목받고 있다.  

OLED는 최근 휴대폰을 시작으로 노트북과 조명시장까지 OLED가 기존시장을 급속히 잠식하고 있다. 특히 AMOLED는 삼성전자의 주도하에 풀 터치폰과 스마트폰을 비롯한 프리미엄 폰에 채용이 증가하고 있다.

특히 삼성모바일 디스플레이 AMOLED 생산라인에 고순도 N₂O의 사용량이 지속적으로 늘어나고 있다.

한편 고순도 N₂O는 반도체, OLED 제조공정에서 모노실란(SiH₄)과 결합해 실리콘옥사이드(SiO₂)의 산화막을 증착시키는 데 사용되며 최근 그 수요가 크게 증가하고 있다.