녹색생산연구의 중심 고려대학교 GMRC
- 혁신적인 논스톱 폐수처리장치 개발
- CO2의 2만 배 온실가스 SF6, 표준규격개발
- 중소기업 장비 지원 및 녹색성장 전문인력 양성

산업기술의 발전은 현대인의 삶을 편리하게 만들었지만, 지구온난화와 수질오염 등 많은 환경문제를 야기했다. 범세계적인 환경문제 해결을 위해 국제사회는 ’92년 리우 유엔환경회의에서 기후변화협약을 채택하고, 협약의 이행을 위해 ’97년 교토의정서(Kyoto Protocol)를 제정했다. 이후 국제사회는 교토의정서를 통해 이산화탄소(CO2), 메탄(CH4), 아산화질소(N2O), 수소불화탄소(HFC), 과불화탄소(PFC), 육불화황(SF6)의 6가지 온실가스배출량을 줄이기로 합의했다. 그리고 ’09년 우리나라는 코펜하겐의 UN기후변화협약에서 온실가스 30% 감축을 선언했다. 이런 배경에서 2011년 고려대학교는 반도체-디스플레이 녹색생산연구센터를 설립, 온실가스·오폐수·에너지 절감문제를 해결하기 위한 기반구축사업을 진행하고 있다.

반도체-디스플레이 녹색생산연구센터 GMRC
반도체-디스플레이 산업의 환경문제 해결을 위해 고려대 신소재공학부 임대순 교수는 지난 2011년 반도체-디스플레이 녹색생산연구센터(Semicon-Display Green Manufacturing Research Center, 이하 GMRC)를 설립했다.
GMRC는 미래창조과학부와 산업통상자원부, 그리고 정보통신산업진흥원을 통해 지원 및 관리되는 반도체 디스플레이 녹색생산기술 연구기반 구축사업의 효율적 수행을 위해 설립된 연구소다.
연구기반 구축을 위해 GMRC는 2000년대 이후 반도체 공정에서 나타나는 오폐수와 디스플레이 공정에서 발생하는 온실가스 SF6의 문제를 해결하기 위한 연구기반을 갖추는 것을 중심으로, 현장에 필요한 전문인력 양성과 국제 표준화를 목표로 하고 있다.
GMRC는 2011년부터 3년간 약 200억 원의 사업비로 산·학·연·관 모두가 참여한 연구기반 구축사업을 진행한다. 이 사업에는 고려대를 포함한 3개 대학, KIST, ETRI, 표준연구원 등 3개 연구소, 그리고 삼성, LG를 비롯한 5개의 대기업과 4개의 중소기업 등이 참여했다.
전체사업은 KS표준화사업을 중심으로 한 연구기반구축 사업과 가스·폐수·에너지의 세 가지 세부사업으로 나눠있다. 세부사업의 목표는 다음과 같다. 제1세부 온실가스 감축 사업은 고효율·저에너지를 이용해 SF6를 분리·농축하는 공정개발이 최종목표다. 제2세부 폐수 감축 사업은 생산설비 폐수 저감과 폐수재활용 기술 재활용을, 제3세부 에너지 사업은 생산시스템의 사용 에너지 절감기술 개발이 목표다. 연도별로 살펴보면, 1차년도(’11~’12) 연구에 관련된 핵심소재 합성과 특성 평가 기반을 구축했고, 2차년도(’12~’13)에는 공정 구성 및 평가 관련 기반구축을 진행했다. 마지막 3차년도(’13~’14)는 대용량 연속 공정과 관련 기반 구축 사업을 진행했다.

오는 7월로 3년간의 사업이 종료되는 GMRC는 가시적인 성과를 거두기 힘든 단기 프로젝트임에도 불구하고, 다양한 성과를 보여주고 있어 세간의 시선을 끌고 있다.
먼저, ‘고구배 고자장 자기분리 장치’를 발명해 반도체 공정의 오폐수처리 문제를 혁신적으로 개선했다. 그리고 라만 적외선 결합형 분광기를 비롯한 UV-VIS-NIR분광기, 공초점 레이저 주사현미경 등 약 20여종의 장비로 효과적인 분석 시스템을 구축했다. 또, SF6에 대한 KS 규격제안, 세계 최고 수준의 국립싱가포르대학 물연구센터와 파트너십 체결, GMRC 인력양성 교육과정 구축 등의 목표를 웃도는 다양한 성과를 보여줬다.
총 책임자인 임대순 센터장은 “단기적인 성과보다, 앞으로 국내의 녹색생산기술 연구가 활성화되기 위한 기반구축을 위해 많은 준비를 했다.”고 사업목적을 말하며, “산·학·연·관의 유기적인 연계로 가시적인 성과를 보이며, 사업이 성공적으로 마무리 되고 있다.”고 밝혔다.
임대순 센터장은 GMRC는 3년간의 기반구축 사업 이후에도, 지속적인 녹색생산기술 연구를 위한 다양한 프로그램이 준비되어 있다고 밝혔다.
먼저, 중소기업청 연구장비 공동활용 지원사업의 주관기관으로 연구소에 있는 고가의 다양한 분석 장비들을 기업들이 쉽게 활용하도록 하고 있다. 중소기업의 현실에서 고가의 장비들을 구매할 수도 없고, 다른 기관에서 이용할 때도 많은 금액이 필요해 실제 사업에 필요한 장비 활용이 어려운 시점이다. GMRC는 ‘연구장비 공동활용 지원사업’을 통해, 중소기업들이 연구소에 있는 장비 사용 시, 중소기업청의 금전적 지원을 받을 수 있도록 준비했다.
그리고 이러한 장비들을 활용할 수 있는 교육과정을 준비해, 실제 현장에 필요한 전문인력들을 지속적으로 양성할 예정이다. 또, 구축된 기반시설을 활용해, 지속적인 녹색생산기술 연구를 진행할 예정이다.
GMRC 임대순 센터장은 “우리나라 산업의 새로운 동력이 되고 지구환경을 지키는 연구기관이 되겠다.”고 각오를 밝혔다. 한편, GMRC 임대순 센터장은 고려대학교 신소재 공학부 교수로 과거 고려대 반도체기술연구소 소장을 역임하며, 현재 한국세라믹학회장을 맡고 있다.

고구배 고자장 자기분리 장치

보통 반도체 공정의 폐수처리 시설은 전처리·주처리·후처리의 세 단계로 나뉜다. CMP 공정 중에 발생하는 폐수는 다양한 성질의 유기물질과 무기입자들을 함유하고 있어, 각각의 성질에 맞는 수처리 과정을 거쳐야 했다. 하지만, GMRC 이해근 교수(고려대)는 세계최초로 ‘고구배 고자장 자기분리 장치’를 개발해, 단 한 번의 절차로 폐수를 처리할 수 있도록 했다.
고구배 고자장 자기분리 장치는 초전도를 이용해 폐수 내의 오염물질들을 물에서 따로 분리하는 장치이다. 이를 위해 오염물질과 결합하는 응집제의 개발이 필수인데, 연구소의 응집제 개발 성공으로 CMP폐수를 처리할 수 있게 되었다.
펌프로 끌어올린 폐수를 하나의 기계를 통해 바로바로 정수하게 되면서, 속도와 공간적인 면에서 기존의 장치와 비교할 수 없는 효율을 나타냈다. 하나의 장비는 장비구매 비용은 물론, 장비가 차지하는 공간을 줄여준다. 펌프를 통해 유입된 폐수는 기계에 들어가는 순간 초전도 자석의 강력한 자기장에 의해 분리되며, 정수된 물은 바로 공업용수로 다시 사용 가능하다. 필터에 의해 걸러진 오염물질은 기계를 끄면 바로 아래로 떨어지게 되어, 오염물질의 처리도 매우 간단하다.
고구배 고자장 자기분리 장치를 개발한 고려대 이해근 교수는 “응집제만 개발하면 반도체 폐수뿐만 아니라, 녹조나 매립지 침출수, 기타 산업폐수 등 다양한 분야에서 활용할 수 있다.”고 밝혔다.

양대규기자 daegyu_yang@naver.com

[ GMRC 사업과 참여기관 ]
분류 주제 주관기관 참여기관
   연구소 대학 기업
연구기반구축 표준화 고려대학교, 표준연구원
제1세부 가스 ㈜세이브기술 KIST  ㈜LIG ADP, ㈜LG디스플레이
제2세부 폐수 ㈜성진ENG  명지대학교, 충북대학교 SK하이닉스, ㈜웅진케미칼, ㈜코웨이, ㈜삼성전자
제3세부 에너지 ㈜비스텔 ETRI 고려대학교 ㈜LIG ADP