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일본 광촉매 연구 개발 현황 – 주목받는 가시광 감응 광촉매 연구
일본의 광촉매 연구는 독립행정법인 산업기술종합연구소, 토요타중앙연구소 등의 연구소와 동경대학, 동경공업대학, 요코하마국립대학, 오사카부립대학, 메이세이대학, 훗카이도대학, 나고야대학, 오이타대학, 나가오카기술과학대학, 토요하시기술과학대학, 기후대학, 쯔쿠바대학 등의 여러 대학에서 활발히 진행 중이며, 광촉매를 이용한 대기정화, 셀프크리닝, 물 속의 유해물질 무해화, 광촉매를 이용한 물분해 및 수소 생성 연구, 광촉매 반응기구 해석, 고성능 광촉매 개발 등이 주요 연구 내용이다. 일본의 광촉매 연구 개발은 활발히 진행 중이다.
광촉매 연구 개발은 일본 뿐 아니라 미국이나 유럽에서도 활발히 이루어지고 있으며, 미국에서는 오염된 지하수의 정화에 관한 논문이 많이 발표되고 있다. 일본의 발표 논문 수의 신장률이 매우 높아 요즘은 미국보다 더 많은 논문을 발표하고 있다.
독일, 프랑스, 스위스, 영국, 이탈리아 등 유럽 각 국은 광촉매 연구 개발은 분말 광촉매를 이용한 수처리 및 유기염소화합물을 분해하여 무해화시키는 등에 관한 연구가 활발하며 꾸준히 많은 논문이 발표되고 있다. 이 중 스위스는 인구 비로 보면 가장 활발히 연구가 진행된다고 할 수 있다. 최근 한국, 중국, 대만, 인도 등 아시아 각 국에서도 매우 활발한 연구가 이루어지고 있으며 매우 높은 논문 신장률을 보이고 있다.
요즘 가장 주목받는 광촉매 연구 개발은 가시광 감응 광촉매 연구이다. 지금까지도 산화티탄 이외의 페로브스카이트형 무기층상화합물을 이용한 가시광 감응에 관한 연구가 있었으나 최근에는 산회티탄 광촉매에 산소 결함을 도입하거나 질소 및 크롬 등 금속이온을 도핑하여 가시광선에서 기능하는 광촉매를 개발하는 연구가 활발하게 진행 중이다.
가시광 감응형 광촉매는 머지않아 실용화되리라 보이며 벌써 시판되고 있는 제품도 있다. 자외선 뿐 아니라 가시광에서도 효율적으로 작용한다면 자외선이 적은 실내에서나 태양광에서의 이용이 큰 폭으로 증가하리라 예상된다.
요점: 일본의 광촉매 연구는 세계 최고 수준임. 미국에서는 오염 지하수의 정화 연구가 활발함. 스위스와 아시아 여러 나라의 광촉매 연구도 활발함.
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광촉매 시장동향 및 관련 특허 출원 현황
최근 지구 규모로 환경오염이 진행되어 환경문제는 인류의 생존을 위협하는 가장 중요한 문제가 되었다. 광촉매에 의한 처리 기술은 유해물질을 배출하지 않아 안전하므로 대기나 물의 정화는 물론 빌딩증후군 대책이나 탈취, 더러움 방지, 항균 등 환경 분야에 폭 넓게 응용할 수 있어 환경 시대 21세기형 새로운 기술이다.
현재 고효율 광촉매 개발이 진행됨에 따라 실용화, 제품화가 급속히 이루어지고 있으며 광촉매 관련 기업체 수도 3000사 정도로 많아졌다. 광촉매 시장은 현재 400억엔 정도로 추정되고 있으나, 1999년 11월에 발표된 미쓰비시종합연구소의 조사보고서에 의하면 2005년 광촉매 시장규모는 1조 엔을 넘을 것으로 예상하였다. 그 가운데 공기청정기나 냉장고 등의 탈취 관련이 5118억 엔, 하수나 폐수 등의 수처리 관련이 3544억 엔, 외벽이나 타일 등의 더러움 방지가 2460억 엔으로 합계 1조 1122억 엔에 달할 것으로 추정하였다. 2010년의 환경산업 시장규모는 37조 엔으로 예상되고 있으며 광촉매산업이 환경산업의 중추적인 역할을 할 것으로 기대되고 있다.
1983년 일본의 광촉매 관련 특허출원은 몇 건 되지 않았으나, 광촉매 기능성 유리가 제품화된 1994년에는 연간 100건이 출원되어 1997년까지 누계 1000건에 이르렀으며 2000년에는 1년에 출원된 특허만 약 1000건 이상이 될 정도로 급증하였다. 특허출원 분야로는 광촉매 재료 제조법이 가장 많았고 탈취, 공기정화, 더러움 방지, 김서림 방지, 수처리, 항균 분야 순으로 많았으며 최근에는 치아 표백 등 새로운 분야도 보고 되고 있다. 세계적으로 일본의 특허출원이 가장 활발하여 전세계 특허출원의 매우 많은 부분을 차지하고 있다.
요점: 광촉매의 일본 시장규모는 2005년에 1조엔 이상이 되리라 예상됨. 21세기 환경산업의 중심이 되리라 예상되는 광촉매 기술. 특허출원 분야는 광촉매 재료 제조법에서부터 치아 표백까지 다양함.
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일본 광촉매 기업 단체 및 규격화
광촉매 시장은 고효율 광촉매 개발이나 응용 기술의 개발과 더불어 크게 성장하고 있으나, 1> 광촉매 성능에 대한 평가시험법의 표준화가 되어있지 않으며, 2> 광촉매 제품에 대한 품질 규격, 표시, 용어에 관한 기준이 없고, 3> 광촉매 성능의 평가시험법 및 품질이나 표시를 검토하고 유지 관리하는 단체가 없을 뿐 아니라, 4> 광촉매 응용기술의 연구개발이 불충분하다는 문제점이 지적되고 있다.
저품질의 유통을 막고 광촉매의 신뢰성을 높여 광촉매 산업의 건전한 발전을 꾀하기 위하여 2000년 1월 일본에서 유일한 광촉매 기업 단체인 광촉매 제품 기술협의회를 발족하였다.
광촉매 제품 기술협의회는 광촉매 제품을 제조, 판매 및 연구 개발하고 있는 기업을 정회원, 사단법인 등 시험연구기관인 찬조회원, 대학 등에 근무하는 광촉매 연구자인 특별회원으로 구성되어 있으며, 회원이 보다 우수한 품질의 광촉매 제품을 소비자에게 공급할 수 있도록 회원의 자주 관리에 필요한 기준을 만들어 관련 업계의 건전한 발전 및 국민 생활 향상에 기여하는 것을 목적으로 하고 있다.
이 목적을 달성하기 위하여 시험법의 표준화를 위한 시험법위원회, 품질규격 및 표시, 용어에 관한 기준을 만드는 기준위원회, 응용기술을 연구 개발하는 응용기술위원회, 기획, 홍보위원회, 자주관리 추진위원회를 설치하였으며 2001년 6월 21일 총회에서 광촉매 제품의 품질 규격, 광촉매 성능 평가 시험법, 표시, 용어 등에 관한 규정 및 광촉매 제품 기준을 담은 2000년도 책자를 발간하였다. 그리고 광촉매 성능 인증 마크를 만들어 광촉매 성능이 기준에 도달하는 제품에는 이 마크를 사용할 수 있도록 하는 SITPA 마크 표시 인증 시스템을 도입하였다.
이러한 인증 시스템이 시행됨으로써 품질기준에 미달하는 광촉매 제품이 시장에서 퇴출되고 우수한 광촉매 제품에 대한 소비자들의 신뢰성이 높아져 광촉매 산업이 건정한 방향으로 발전하리라 기대된다.
요점: 광촉매 제품 기술협의회 발족, 시험법의 표준화, 표시, 용어에 관한 기준 작성, 응용 기술 연구개발 진행을 위한 위원회 설치
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공개되어 있는 광촉매 성능 평가시험법
일본의 광촉매 제품 기술협의회에서는 광촉매 성능평가시험법, 광촉매 성능 기준을 만들어 2001년 6월 21일 총회에서 발표하였다.
광촉매 성능평가시험법1(액상필름 밀착법)은 평판 모양의 광촉매 제품의 성능에 관한 것이며, 광촉매 성능평가시험법IIa(가스백A법)는 분말이나 입자 등 여러 형태의 광촉매 제품 성능 및 광촉매 성능평가시험법IIb(가스백B법)는 흡착 능력이 큰 광촉매 제품 성능에 관한 것이다. 서능평가시험법은 누구나 쉽게 사용할 수 있는 방법이어야 하며, 시험법을 특허로 제한하게 되면 자유롭게 사용할 수 없게 되므로 광촉매 산업 발전의 저해 요인이 될 수도 있다.
광촉매 제품 기술협의회에서 정한 광촉매 성능평가시험법은 협의회 홈페이지에 공개되어 있으므로 누구나 접속할 수 있다. 광촉매 관련 각 연구회와 협력하여 연속식(유통식) 시험법을 검토하고 있을 뿐 아니라 더러움 방지, 항곰팡이, 대기정화 등의 시험법에 관한 검토도 순차적으로 계획하고 있으며 매년 문제점을 보완하여 개정하고 추후 JIS화, 또는 ISO 국제규격으로의 제안도 고려하고 있다.
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참고글