에어레인 사업보고서 (2024.12)
2. 주요 제품 및 서비스

당사는 기체분리막 모듈 및 시스템을 제작, 공급하고 있습니다. 기체분리막 자체는 외부로 판매하지 않으며, 기체분리막을 하우징에 장착한 모듈, 그리고 모듈을 포함하는 시스템을 제품으로 판매하고 있습니다. 기체분리막을 통해 기체를 선택적으로 투과시키는 원리는 모든 제품에서 동일하게 적용되며, 고분자 소재의 종류, 제조 공정 및 제품 설계 방식 등의 차이에 따라 분리되는 기체의 종류나 분리 성능이 달라질 수 있습니다.

[적용분야별 제품 구분]

적용분야별	질소 발생	바이오가스 고질화	이산화탄소 포집

사용원료(소재)	폴리술폰/폴리이미드	폴리술폰/폴리이미드	폴리술폰/폴리이미드

모듈	질소 발생 모듈
(MNH)	바이오가스 고질화 모듈
(MCH, MBG)	이산화탄소 포집 모듈
(MCH)

시스템	수소충전소용 질소발생시스템	바이오가스 고질화다단공정 시스템	이산화탄소 포집 시스템

전방 산업	일반 산업용, 에너지 (석탄 등), 항공/방산	에너지, 환경	CCUS(석유화학, 제철, 시멘트 등)

기체분리막은 당사의 고유한 원료 배합 기술을 활용하여 제조됩니다. 기체분리막 원료로는 상용소재인 폴리술폰(Polysulfone)을 사용하고 있으며, 보다 높은 성능이 필요한 항공/방산 분야 등에는 자체 합성 폴리이미드(Polyimide)를 사용하고 있습니다.

폴리술폰은 뛰어난 고온저항, 내화학성, 기계적 특성을 가진 열가소성 물질로, -100℃에서 150℃ 사이에서 단단하고, 질기고, 투명한 속성을 유지합니다. 이러한 속성으로 인해 기체분리막용 소재로 가장 널리 사용되고 있습니다. 폴리이미드 역시 뛰어난 열적, 화학적, 기계적 특성을 가지고 있으며, 우수한 필름형성 특성을 갖고 있어 중공사막용 시트 생산이 용이합니다. 다만, 폴리이미드는 소량의 불순물에도 성능의 영향을 많이 받으며 가격이 높다는 단점이 있습니다.

가. 공급 형태에 따른 분류(1) 기체분리막 모듈

기체분리막 모듈이란 기체 분리 기능을 구현하는 최소 부품단위로서 혼합기체로부터 원하는 기체를 분리 및 농축하는 제품입니다. 당사는 시장의 범용 수요와 고객의 요청 성능에 맞추어 기체분리막 모듈을 생산중입니다.

혼합기체를 기체분리막에 통과시키면 기체분리막에 대한 선택적인 투과원리에 의하여 개별 기체로 분리됩니다. 즉, 개별 기체는 분리막에 대하여 서로 다른 값의 투과도를 가집니다. 예를 들면, 헬륨, 수증기 등은 분리막을 빠르게 투과하는 반면 메탄, 질소 등은 매우 느리게 투과합니다.

만약 산소와 질소로 구성된 압축공기를 기체분리막 모듈에 공급한다고 가정하면, 압축공기에서 투과속도가 빠른 산소는 분리막을 통과한 저압의 투과부에서 농축되고, 투과속도가 느린 질소는 공급부와 연속선상에 있는 배제부로 농축됨으로써 분리가 이루어집니다. 이때 산소는 중공사 외벽을 통과하는 투과기체(Permeate)가 되고, 질소는 분리막을 투과하지 못하고 중공사 내부에 남아 그대로 지나가는 잔류기체(Retentate)가 됩니다.

당사의 기체분리막 모듈은 용도에 따라 질소 발생용(MNH), 바이오가스(MBG) 및 이산화탄소 포집용(MCH) 제품으로 구분되며, 분리막 면적에 따라 다양한 용량의 제품군을 형성하고 있습니다.

현재 당사의 주력 제품은 4인치, 6인치 모듈입니다. 4인치 모듈의 주요 매출처는 중국이며, 6인치 모듈의 경우 중국을 비롯하여 중앙아시아, UAE, 인도 등 세계 각국에 소재한 거래처에 판매되고 있습니다.

(2) 기체분리막 시스템

앞서 설명한 기체분리막 모듈이 기체 분리 기능을 구현하는 최소 부품단위의 제품이라면, 기체분리막 시스템은 기체분리막 모듈이 포함된 장치로서 고객이 요구하는 기체의 종류와 분리 성능을 충족시킬 수 있도록 설계된 제품입니다.

당사는 고객의 요구 조건에 맞게 기체분리막 시스템을 자체 설계하고 있으며, 마지막 납품 단계인 설치공사는 외주 협력업체를 통해 진행하고 있습니다. 기체분리막 시스템에 대한 매출은 고객이 요구하는 장소에 시스템 설치가 완료되고 고객에게 인도되는 시점에 인식됩니다. 당사의 기체분리막 시스템은 모듈 제품과 마찬가지로 질소 발생, 바이오가스 고질화, 이산화탄소 포집 분야에 납품되고 있습니다.

기체분리막 시스템은 일반적으로 압축 설비, 전처리 설비, 기체분리 설비, 농축 기체 보관 설비와 같은 설비의 조합으로 구성됩니다. 시스템 안에 설치되는 기체분리막 모듈은 여러 개가 한꺼번에 병렬 또는 직렬로 연결되는 구조를 가지고 있습니다. 이러한 구조를 기반으로, 기체분리막 시스템은 고객이 요구하는 기체의 농도와 회수율에 따라 1단 또는 다단 공정으로 설계될 수 있습니다.

기체분리막 시스템 기술은 선택성과 투과성을 가진 분리막 모듈을 기반으로 다양한 배열의 분리막 공정 및 플랜트를 설계하고, 이러한 다단의 플랜트의 온도, 압력, 면적비, 조성 등의 운전조건을 최적화하여 최종 분리되는 기체의 농도와 회수율을 최대로 높이는 기술입니다.

기체분리막 시스템의 구동력은 압력에 영향을 받기 때문에, 압축 설비를 통해 상압 수준의 가스를 가압하여 분리막 모듈 통과 전후의 압력 차이를 크게 만드는 것이 필요합니다. 또한 수분과 산성가스가 포함되어 있는 기체를 분리하는 과정에서 기체분리막의 오염으로 내구성의 문제와 분리성능 저하가 나타날 수 있습니다. 따라서 분리막 공급 전에 전처리 과정을 도입하여 수분과 산성가스 제거가 선행되어야 합니다.

나. 적용 분야에 따른 분류

기체분리막은 목적에 따라 다양한 기체를 분리할 수 있습니다. 예를 들면, 기체분리막은 산업에서 요구하는 질소, 산소, 수소, 메탄, 헬륨, 이산화탄소 등의 기체를 생산할 수 있습니다. 그중에서 당사의 매출은 주로 질소 발생, 바이오가스 고질화, 이산화탄소 포집 3가지 분야에서 발생하고 있습니다.

질소 발생 분야의 경우, 당사는 해외 거래처를 대상으로 모듈 제품을 판매하고 있으며 국내에서는 시스템 위주로 공급하고 있습니다. 바이오가스 고질화 및 이산화탄소 포집 분야의 경우, 당사는 국내 시장에서 시스템을 공급하고 있습니다. 적용 분야별 주요 매출처는 아래와 같습니다.

적용 분야	주요 매출처	기체 사용 용도

질소 발생	모듈	중국	폭발방지용

키르기스스탄

UAE

인도

싱가포르	산화방지용

시스템	한국가스기술공사	결빙방지용

바이오가스 고질화	시스템	지역자치단체 바이오가스 시설 등	연료용

이산화탄소 포집	시스템	롯데케미칼 등	CCUS용

(1) 질소 발생

기존의 고압실린더 방식이나 액화탱크 저장 방식은 비용 상승이나 물류 상의 어려움을 야기하는 반면, 기체분리막 모듈을 이용한 장치는 질소를 필요로 하는 현장에 직접 설치될 수 있습니다. 특히, 당사의 질소 발생장치는 대기 중의 78%를 차지하는 질소 기체를 활용하여 농축하는 방식이기 때문에 설계가 복잡하지 않고 소형으로 제작할 수 있습니다. 뿐만 아니라 이동형 장치로 제작 가능하고 장치의 수직 및 수평 설치가 가능하여 공간에 대한 제약이 적습니다. 또한, 연속 가동 중에도 소음이 작다는 장점이 있습니다.

질소 발생 분야의 주요 모듈 판매처는 해외에 있으며, 대리점 계약 또는 직판을 통해 매출이 발생하고 있습니다. 2024년 기준 당사의 가장 큰 매출처는 중국입니다. 중국에 소재한 A사는 당사와 대리점 계약을 체결하여, 중국 국영 석탄기업 및 전기버스 제조사 등에 당사의 모듈을 공급하며 제품에 대한 기술적인 지원 및 유지보수 서비스를 제공하고 있습니다.

당사가 제공하는 질소 발생장치(시스템)는 수소충전소용 및 이동형으로 크게 2가지가 있으며, 관련 공인시험성적서를 취득함으로써 해당기술의 경쟁력을 확보하였습니다.

수소충전소용 질소 발생장치는 수소차의 연료 충전 시 충전노즐과 차량충전구의 결빙현상으로 인하여 충전노즐이 분리되지 않는 문제를 해결하기 위한 장치입니다. 기존에는 노즐 가열 방식이 보편적으로 사용되었지만, 이 방식은 전력소모량이 크고, 부피가 크며, 폭발위험이 있어 인허가 등 까다로운 절차를 거쳐야 하는 단점이 있습니다.

이를 보완하기 위해 개발된 당사의 질소 발생장치는 질소의 이슬점을 수소차 충전 온도인 -40℃ 이하까지 낮춘 상태로 충전노즐에 질소를 공급할 수 있습니다. 이를 통해 결빙현상을 방지하여 운전자들의 대기시간 지연 등 불편함을 해소하였으며, 수소충전소 운영에 있어 에너지비용 절감, 간단한 유지보수, 높은 안전성 등의 효과를 제공했습니다.

이동형 질소 발생장치는 LNG 기지의 탱크 보수, 도시가스 주배관 건설 시 기밀시험 및 가스치환에 사용되는 컨테이너 형태의 시스템입니다. 탱크나 배관 내부에서 작업을 할 때 공기 중의 산소를 제거하고 질소를 주입하여 안전성을 높이는 일은 매우 중요합니다. 이를 위해 다량의 액화질소를 구입하여 기화기를 통해 상온의 질소로 공급하는 방식이 있습니다. 하지만 액화질소 사용시 구매 비용뿐만 아니라 기화기와 같은 추가 설비 비용이 발생하여 고가의 공정비용이 요구됩니다.

반면, 기체분리막을 이용한 이동형 질소 발생장치는 압축공기만을 이용하여 고농도 질소를 생산하므로 경제적이고, 이동이 용이하며, 장치의 수직 및 수평 설치가 가능하여 도서, 산간 등 좁은 면적에도 설치할 수 있는 장점이 있습니다.

(2) 바이오가스 고질화

기체분리막 기술은 바이오가스 고질화 분야에서 사용할 수 있는 주된 분리 공정 기술로 주목받고 있습니다. 차세대 친환경 자원인 바이오가스는 도시가스 및 차량용 연료 사용에 있어 천연가스를 대체할 수 있는 자원으로 인식되고 있습니다. 음식물 쓰레기, 하수처리장, 매립지 등에서 발생하는 바이오가스를 자원화하기 위해 주성분인 메탄의 농도를 높일 필요가 있으며, 당사의 기체분리막 제품은 적은 비용으로 고농도의 바이오메탄을 생산하는 솔루션을 제공합니다.

당사의 바이오가스 고질화 시스템은 바이오가스 내에 황화수소, 수분, 실록산과 같은 불순물을 제거하는 전처리 공정부, 바이오가스를 압축하여 분리막으로 공급하는 압축 공정부, 바이오가스를 분리하여 회수하는 분리막 공정부로 구분할 수 있습니다.

바이오가스 고질화 공정은 기체분리막을 이용하여 상대적으로 높은 투과성을 가진 이산화탄소를 분리하여 바이오가스 중의 메탄의 순도를 천연가스와 같은 수준인 95% 이상으로 높이는 공정입니다. 당사의 바이오가스 고질화 시스템은 분리막 공정부에서 생성되는 부생가스를 다시 순환시키는 다단공정을 적용함으로써 바이오가스 내 메탄 회수 효율을 향상시켰습니다.

현재 바이오가스 고질화 기술을 외국 기술에 의존함으로써 발생하는 문제점(가격 경쟁력 저하, 유지보수의 어려움)으로 인하여 국산 장치 개발이 필요성이 대두되고 있습니다. 이에 당사는 지역자치단체에서 관리하는 유기성 폐자원 바이오가스화 시설 및 매립지공사에 바이오가스 고질화 시스템을 공급하고 있으며, 국가에서 추진하는 바이오가스 관련 프로젝트에 지속적으로 참여하고 있습니다.

당사는 기체분리막을 이용한 바이오가스 고질화 기술을 자체 개발하여 국산화에 성공하였습니다. 이에 따라 국내 여러 바이오가스 사이트에 고질화 시스템을 공급하였고, 그중에서 충주 바이오가스 고질화 시설(140N㎥/hr), 의정부 바이오가스 고질화 시설(250N ㎥/hr), 바이오에너지팜 아산의 바이오가스 고질화시설(1,700N ㎥/hr)은 현재 도시가스화 사업으로 운영 중에 있습니다. 2024년에 시흥시에 바이오가스 고질화 시설 (1,200N ㎥/hr)이 완료되어 도시가스화 사업이 시작, 운영중에 있습니다.

이러한 성공적인 사업 포트폴리오를 바탕으로 지금까지 다양한 건설사 및 제작 인허가 협력사와의 긴밀한 네트워크를 형성하여 사업경쟁력을 확보하고 있습니다.

[당사 국내 바이오가스 고질화 시스템 현황]
(용량 단위: N ㎥/hr)

구분	SITE	고객사	용량	응용처	준공일	사업현황

1	인천시 수도권매립지	수도권매립지공사	60	자동차 연료	2012.05	파일럿 평가 완료

2	파주시 환경관리센터	한국화학연구원	100	도시가스 배관망	2015.02	파일럿 평가 완료

3	충주시 음식물자원화센터	현대건설	140	도시가스 배관망	2016.11	사업 운영 중

4	의정부시 음식물자원화센터	한국종합기술	250	도시가스 배관망	2018.02	사업 운영 중

5	아산시 자원환경센터	바이오에너지팜아산
한국가스기술공사	1,700	도시가스 배관망	2018.02	사업 운영 중

6	시흥시 클린에너지센터	현대건설	1,200	도시가스 배관망	2024.06	사업 운영 중

7	청주시 하수처리장	현대로템	167	수소생산	2026 예정	설계완료

(출처: 당사 자료)

(3) 이산화탄소 포집

최근 사회경제적으로 주목받고 있는 온실가스 배출감소를 위해 당사는 다년간의 연구개발을 진행하여 연소 후 배가스에서 이산화탄소를 포집하는 기술을 확보하였습니다. 뿐만 아니라, 포집한 이산화탄소를 액화하여 신선식품 유통업체, 홈쇼핑업체, 조선업체 등에 공급하는 사업 또한 추진하고 있습니다. 당사는 현재 롯데케미칼에 이산화탄소 포집 시스템을 공급하여 운영 중에 있고, 발전소, 제철소, 석유화학 공장 등 주요 이산화탄소 배출업체로 사업을 확장하고 있습니다.

기체분리막을 이용한 이산화탄소 포집 시스템의 특징은 흡수법이나 흡착법을 이용한 포집 설비보다 공간을 훨씬 덜 사용한다는 점입니다. 따라서 공간 확보가 어려운 발전소, 제철소, 석유화학 공장, 시멘트 공장에서 기존에 설치된 구조물의 배치를 변경하지 않고 신규 포집 시스템을 유연하게 적용할 수 있는 장점이 있습니다. 이산화탄소 배출처에 따라 맞춤형 장치를 공급하고 효율적으로 배관을 설계하는 능력은 당사가 보유한 고유 기술입니다. 이러한 기술을 활용함으로써 현재 실증 완료된 주요 이산화탄소 포집 시스템은 다음과 같습니다.

a. 석유화학산업에서의 이산화탄소 포집시스템 적용당사는 롯데케미칼 여수공장에 이산화탄소포집시스템을 설치하였습니다. 롯데케미칼 여수공장의 NCC(Naphtha Cracking Center)에서는 납사(Naphtha)를 열분해하는 과정에서 배가스가 발생합니다. 당사는 기체분리막으로 배가스의 이산화탄소를 포집하는 프로젝트를 통해 300N㎥/hr 규모의 실증화 시설 검증을 완료하였습니다.

b. 시멘트산업에 이산화탄소포집시스템 적용 당사는 KCRC(한국이산화탄소포집및처리연구개발센터) 및 한라시멘트와 함께 협업하여 과학기술정보통신부가 추진하는 'Korea CCS 2020' 사업의 일환으로 이산화탄소 포집 시스템을 개발하였습니다. 배가스 2,000N㎥/hr 처리 규모의 실증 설비를 통해 이산화탄소 포집 농도 90% 이상, 회수율 85% 이상을 달성하였습니다.

c. LNG발전소에서 이산화탄소 포집기술 적용당사는 한국지역난방공사의 LNG 발전소에서 배출되는 배가스를 대상으로 이산화탄소 포집 기술을 적용하였습니다. LNG 발전소는 기타 배가스와는 달리 이산화탄소 배출농도가 낮은 특성이 있으며, 낮은 농도의 이산화탄소를 효과적으로 포집하기 위해 기체분리막 시스템을 3단으로 구성하였습니다.

그 결과 포집 농도는 최대 85%까지, 회수율은 80% 이상을 달성하였습니다.

d. 석탄화력발전소에서 이산화탄소 포집 기술 적용 당사는 한국에너지기술연구원과 함께 석탄 화력발전소에서 연소되는 배가스를 대상으로 이산화탄소 포집 기술을 적용하였습니다. 150N㎥/hr 처리 규모의 2단 분리막 실증화 설비를 제작하였고, 이산화탄소 포집 농도 80%, 회수율 85% 이상을 달성하였습니다.