공기 중 극미량으로 존재하는 희귀가스, 들어보셨나요? 최근 이 희귀가스가 반도체와 인공위성 등 첨단산업에 없어선 안 될 핵심 전략자원으로 주목받고 있는데요. 국내에서 반도체와 항공우주용 희귀가스 국산화를 이끌고 있는 기업이 바로 포스코에어솔루션입니다. 오늘은 포스코에어솔루션 김대연 대표이사와 함께 희귀가스가 산업 현장에서 어떤 가치를 지니는지, 또 포스코에어솔루션만의 경쟁력은 무엇인지 자세히 이야기를 나눠보도록 하겠습니다!
희귀가스란 공기 중에 극미량으로 존재해, 마치 공기 속의 진주처럼 희소성이 높은 가스를 말합니다. 화학적으로 반응성이 매우 낮아 다른 물질과 쉽게 결합하지 않으며, 분리·정제 과정도 까다로운 것이 특징이죠.
실제 공기 중 성분 구성을 살펴볼까요? 다양한 성분의 가스가 있지만, 특히 질소가 약 78%, 산소가 약 21%, 아르곤이 약 0.9%로 전체의 99% 이상을 차지합니다. 그밖에 네온(Ne), 크립톤(Kr), 제논(Xe), 헬륨(He) 등이 아주 적은 양으로 존재하는데요. 이들을 바로 희귀가스라고 부릅니다.
이런 희귀가스들은 다양한 산업에서 중요한 역할을 하고 있습니다. 그중에서도 특히 최근 AI의 급격한 발전으로 반도체 산업의 중요성이 커지면서, 반도체 제조 공정에서 그 존재감이 더욱 커지고 있죠. 그럼 이들 가스가 각각 어떤 분야에서 활약하고 있는지 함께 살펴볼까요?
먼저 네온은 반도체 산업에서 빛으로 회로를 그리는 노광 공정에 사용되는 엑시머 레이저용 혼합가스의 주요 원료로 활용됩니다. 우리에게 상대적으로 익숙한 헬륨은 반도체 장비와 공정에서 열을 제어하는 냉각·열전달용 가스로 주로 사용되고 있죠. 제논과 크립톤은 반도체 공정에서 적층하고 난 뒤에 불필요한 부분을 깎아내는 식각 공정에 고순도 가스로 활용되고 있어요. 이중 특히 제논은 공기 중 농도가 약 0.1ppm에 불과할 정도로 매우 희귀한데요. 제논 1L를 생산하려면 생수병 약 1000만 병에 해당하는 공기가 필요하다고 하니, 그 희소성을 실감하시겠죠?
포스코에어솔루션은 바로 이 네온, 크립톤, 제논, 헬륨 네 가지 희귀가스를 국내에서 생산·공급하고 향후 해외 수출까지 추진하고 있는 회사입니다. 그동안 국내에서 사용되는 희귀가스는 대부분 글로벌 가스 기업으로부터 수입해 왔는데요. 포스코에어솔루션의 생산설비가 구축되면서부터는 희귀가스를 이제 국내에서도 안정적으로 공급할 수 있게 되었다고 해요. 연간 약 13만 노멀입방미터(N㎥) 규모의 생산설비를 갖추고 있으며, 이는 2024년 기준 국내 반도체 시장 수요의 약 52%를 공급할 수 있는 규모입니다. 포스코에어솔루션은 앞으로도 시장 상황과 수요를 살피며 생산 품목과 설비 규모를 단계적으로 확대해 나갈 계획입니다.
희귀가스가 반도체 공정을 넘어 항공우주 분야에서도 활용되고 있다는 사실, 아셨나요? 최근 우주산업은 미국과 중국의 우주 패권 경쟁, AI 기반 실시간 위성 데이터 분석 수요 확대 등에 힘입어 빠르게 성장하고 있는데요. 실제로 작년 한 해 동안 전 세계에서 발사된 위성 수가 이전까지 발사된 누적 위성 수를 뛰어넘을 만큼, 위성 산업의 성장세가 가파릅니다.
이 많은 위성이 우주에 도착한 뒤에는 궤도를 유지하고 위치를 조정하거나, 다른 위성과의 충돌을 피하기 위해 자세를 제어하고 이동해야 하는데요. 이때 활용되는 것이 바로 전기 추진체입니다. 전기 추진체의 대표적인 연료로 바로 제논과 크립톤이 활용되고 있습니다.
제논은 원자가 무거워 위성을 분출할 때 큰 힘이 가해지기 때문에 적은 양으로도 높은 추진력을 낼 수 있어 전기 추진체에 가장 널리 활용되고 있습니다. 반면 크립톤은 제논보다 가볍고 가격이 저렴해서 소규모 위성이나 위성 군집에 적합해 최근 그 활용성이 주목받고 있죠.
포스코에어솔루션은 공장 준공과 함께 제논과 크립톤 제품 판매를 시작했는데요. 이러한 결과는 준공 이전부터 제품 품질 경쟁력을 꾸준히 입증해 온 덕분입니다. 준공과 동시에 생산한 시제품은 지난 6월 한국항공우주연구원 성능 시험을 통과했고, 그 결과 제논과 크립톤 제품이 항공우주용 위성 전기 추진체 연료로 적합하다는 평가를 받을 수 있었죠. 또한 7월에는 항공우주 분야 제품 공급에 필요한 우주항공품질경영시스템 ‘AS9100’ 인증도 획득했다고요. 가스 소재 분야에서는 아시아 최초로 항공우주 품질 인증을 취득했다는 점에서 그 의미가 큽니다.
이쯤 되면 이런 의문이 드실 수도 있을 것 같은데요. 철강 회사인 포스코가 어떻게 희귀가스 사업을 시작하게 된 건지요! 그 출발점은 바로 철강 생산 공정에 필요한 산소와 질소를 대량으로 생산할 수 있는 설비가 갖춰져 있다는 점이었습니다.
철강을 생산할 때 산소는 쇳물 온도를 높이고 불순물을 제거하는 데 사용되고, 질소는 쇳물의 성분을 균일하게 섞는 교반과 설비 보호를 위해 대량으로 활용되는데요. 포스코 광양제철소와 포항제철소에는 대량의 산소와 질소를 생산할 수 있는 공기분리장치(ASU, Air Separation Unit)가 갖춰져 있어요. 공기를 분리하는 과정에서 산소와 질소뿐만 아니라 희귀가스의 원료가 되는 성분도 함께 얻을 수 있기 때문에 포스코는 희귀가스 원료를 경제적으로 확보하고 대량으로 생산할 수 있는 경쟁력을 갖출 수 있었던 것이죠!
포스코에어솔루션이 희귀가스 국산화에 성공하면서 이제는 특정 국가와 해외 공급업체에 대한 의존도를 낮출 수 있게 됐습니다. 실제로 2022년도 러시아-우크라이나 전쟁 당시에는 공급 차질 우려로 네온 가격이 무려 3000%~5000%까지 급등했고, 네온보다 단가가 높은 제논과 크립톤 가격도 300%~500%가량 큰 폭으로 상승한 바 있죠. 이처럼 희귀가스는 반도체나 인공위성 같은 첨단산업에 꼭 필요한 자원이지만, 생산할 수 있는 국가와 기업은 제한적인데요. 그렇기에 만약 공급망이 흔들리면 단순한 가격 상승을 넘어 한 국가의 첨단산업 전반에까지 영향을 미칠 수 있습니다.
따라서 국가 차원의 첨단산업 공급망 안보가 더욱 중요해지고 있는 요즘, 포스코의 대용량 공기분리 역량과 포스코에어솔루션의 희귀가스 생산 기술이 결합한 것은 희귀가스를 더욱 경제적으로 안정적으로 생산·공급할 수 있는 경쟁력을 확보했다는 점에서 큰 의미가 있습니다.
앞으로 포스코에어솔루션은 희귀가스 생산 공정을 안정화하고 제품 품질을 더 높여 나갈 계획입니다. 이를 바탕으로 반도체 분야에서는 품질 테스트를 거쳐 제품 경쟁력을 인정받고, 내후년부터 반도체 공정에 희귀가스를 본격적으로 공급할 예정입니다. 항공우주 분야에서는 늘어나는 인공위성과 함께 제논과 크립톤 수요가 증가할 것에 대비해, 글로벌 시장 진출을 목표로 다양한 기업과 협의를 이어갈 계획인데요. 국가 전략자원인 희귀가스 공급망 안정화에 기여할 포스코에어솔루션의 행보에 많은 기대 부탁드립니다!
