원천기술 기반으로 동결건조 시장 개척 확대
극저온/초고진공 원천 냉각기술 기업
㈜오페론
전 세계에서 유일하게 -156°C 급 극저온 냉각시스템을 개발해 수십 개 국에 수출하고 있으며 세계 시장의 -120°C급 동결건조기 수요 전체를 공급하고 있는 ㈜오페론이 새로운 특허기술을 적용한 <50% 에너지 절약형 고효율 동결건조기>를 추가로 출시했다. 또한 LCD 패널이나 모니터 등을 분리하여 재활용 하는 박리(Exfoliation) 작업 분야나, LNG 선재를 -165°C 이하에서 인장강도, 압축 시험 등 극저온 테스트를 필요로 하는 조선, 해양 분야 등에 보다 활발히 진출해 극저온 냉각 기술의 활용 시장을 확대하고 있다. ㈜오페론의 김진표 이사를 만났다.
냉각 관련 원천기술로 범용 제품부터 특이 제품까지 개발
1991년 설립된 ㈜오페론은 창립 이래 극저온, 초저온(-203°C ~ +300°C) 및 초고진공(10-10torr) 분야의 기술개발 및 제조에만 전념해온 극저온/고진공 전문 기업이다. 또한 민간부분에서는 최초로 2011년에 기업부설 극저온 연구소를 설립하여 극저온 및 초고진공 분야의 연구개발에 매진하고 있다.
㈜오페론의 주력아이템은 동결건조기와 극저온 냉각장치이며 원천기술을 바탕으로 동결건조기, 극저온 테스트 챔버, 극저온 처리기, 고도시험기, 항공유 칠러 등을 제조하여 미국, 유럽, 중동 등 24개국에 직수출하고 있다.
보유 원천기술은 세계 최초로 국제특허 등록 된 극저온 냉각시스템에 대한 것이다. 기존의 액체질소 사용 방식 대신 전기적인 방식으로 얼음이 형성되지 않는 온도영역(Amorphous)인 -135°C ~ -150°C 영역대를 급속히 통과시키면 냉각 중에 얼음 결정이 생기지 않아 시료가 변성되지 않고 수년에서 수십 년 간 장기간 보존이 가능하다. 또한 액체질소를 사용할 때 생기는 고비용, 고위험(질식, 동상 등), 번거로움, 시료오염의 위험 등을 피할 수 있다. 이 외에도 -203°C 급 극저온 다원냉동장치(Patent no.:0469537) 및 원심진공농축기(Patent no.0330734), 동결건조시스템, Twin Heart 냉동고 시스템, 유기용매전용 동결건조 시스템 등 20여개의 특허를 보유하고 있다. 특히, 어는 점이 -90°C ~ -120°C 의 유기용매가 포함된 시료를 예비동결 및 동결건조 하기 위해서는 -120°C 이하의 냉각장치가 필요한 데, ㈜오페론에서 유기용매 전용 동결건조기(FDCF 시리즈)를 개발하여 전 세계 수요의 대부분을 공급하고 있다.
이 같은 기술력으로 매우 특수한 제품의 주문제작을 계속하고 있기도 하지만, 올해부터는 범용성을 갖춘 제품군에 마케팅과 판매 비중을 늘리는 전략을 펼치고 있다. 특허기술이 적용된 FDTA / FDTE 시리즈 동결건조기는 냉각기 Compressor의 압축 토출가스를 버리지 않고 승화열(Sublimation heat)로 재활용하며, 열매체 순환계통이 필요하지 않아 소비전력을 기존제품 대비 50% 이상 절감 할 수 있다. 2016년 소용량 제품 출시 후 최근 100Kg급 제품을 출시하여 새로운 제품군을 확대했다. 이 제품들은 가격이 타 제품보다 30% 이상 저렴하며 에너지 효율은 50% 이상 절약되는 획기적인 제품이다. 기존에는 압축기에서 압축을 하면 뜨거운 가스가 실외기를 통해 버려지고, 건조과정에서 승화열을 공급하는데 전기히터를 사용하며, 열매체(Thermal Medium)를 사용하여 순환시키는 복잡한 구조가 필요하여 제작비용이나 전력소비가 매우 높은 것이 가장 큰 단점이었다.
“<에너지 50% 절약형 동결건조 시스템>은 압축기의 폐열을 하나도 버리지 않고 재활용해 승화열로 전환시키며, 복잡하고 값비싼 열매체(Thermal Medium) 순환계통을 대체하는 특허된 냉각시스템을 적용하여 온도나 진공도의 성능을 그대로 유지하며 오히려 제품가격을 낮추고 전력소비량을 대폭 줄일 수 있었습니다. 특히 총 500kg정도 용량의 <에너지 50% 절약형 동결건조시스템>을 사용하는 고객이라면 기존 제품대비 연간 1천7백5십만원 정도(농가용 전기 기준)의 전력비용을 절약할 수 있습니다. 여기에는 여러 기술들이 접목되어 있으며 오랫동안 극저온냉각기술 개발에 전념해 온 결과물입니다.”
세계에서 특별한 장비 개발 의뢰, 새로운 시장도 찾아나가
초저온/극저온 시장은 매우 특수하고 제한된 시장을 가지고 있다. 그만큼 극저온을 자유자재로 대응할 수 있는 제조업체를 찾기 어렵고, 그 조건을 구현하기가 어려운 분야다.
“극한온도나 극한 진공분야에서 어려운 문제를 극복하고자 국내뿐만 아니라 전 세계에서 알음알음 찾아오고 있습니다. 자체 연구소에 들어온 의뢰로 식품, 제약, 바이오 분야뿐만 아니라 우주항공, 조선해양, 반도체, 석유, 화학 등 광범위한 분야의 특수 제품들의 문의가 이어지고 있습니다.”
최근에는 특히 식품, 농산물, 바이오 등 자연원료에 대한 동결건조 수요가 굉장히 높아지면서 활황인 분위기다.
“초극저온/고진공 관련 특수 분야는 시장이 작지만 반드시 필요한 부분들입니다. 일반적인 식품, 농산물 등 자연원료에 대한 실험은 이미 많이 이루어져 있고 데이터를 가지고 있으나 나머지 특수한 분야는 어떤 기술로 어떤 반응과 현상이 생길지 모르는 경우가 많습니다. 따라서 그 극한 조건을 만들어 하나하나 시험을 해보는 수 밖에 없습니다.”
(주)오페론에서 제작하고 있는 제품들 중에는 선반냉각형 초저온 냉동고, 열악한 설치 환경(+40°C) 용 Power plus 냉동고, 독립제어용 초저온 냉동고, Ultra Safe (Twin Heart) freezer, Portable Stoppering system, -170°C 급 극저온 테스트 Chamber, -203°C 급 진공 증착용 극저온 Cooler, -120°C 급 유기용매 전용 동결건조기, -156°C 급 줄기세포 보존용 극저온 냉동고, -180°C ~ +180°C 급 재료시험기 등이 있다.
김진표 이사는 “한국화학융합시험연구원(KTR)에 납품한 (-170°C ~ +300°C 급)기계식 극저온 인장강도 테스트 쳄버는 전 세계에서 유일한 제품으로 자부심이 남다릅니다. 또한 인공위성센터에서 특별 주문한, 극저온/고온용 Thermal Test Chamber를 주문 제작 중에 있습니다. 큰 Project에 참여 할 수 있다는 것만으로도 보람 있고 자부심이 생기는 일이 아닐 수 없습니다.”라고 뚝심 있게 말했다.
지난해부터는 극저온 냉각 기술을 활용하여 LCD 패널이나 모니터 등을 분리하여 재활용 하는 박리(Exfoliation) 작업 분야에 이전보다 더욱 활발하게 시장을 열어가고 있다.
“이 작업은 자원의 재활용이라는 면에서도 보람이 있지만 일반적으로 매우 단단히 붙어 있는 패널 접착제를 깔끔하게 분리할 수 있는 방법이 극저온으로 냉각하는 것 이외에 별다른 대안이 없다는 것에도 기술적 차별성이 있습니다.”
또한 자동차, 조선 분야에서 금속부품 등을 정밀하게 조립하기 위한 방법으로도 냉각수축조립(Shrinkage & Assembly)이 적용되는데, ㈜오페론의 제품과 냉각기술이 이 분야에도 진출해 있다.
“자동차 금형분야의 가이드포스트(Guide post)나 대형선박의 Bushing 혹은 Bearing 등을 마모 없이 정밀하게 조립하는 방법은 극저온에 냉각/수축시키는 방법이 가장 효율이 좋습니다. 극저온 재료시험기는 하나의 챔버 안에서 -180°C 부터 +180°C 에 이르는 광범위한 온도 테스트를 할 수 있는 장비는 저희 제품이 유일합니다. 많은 ㈜오페론 제품 사용자들이 보유하고 있는 제품들은 전 세계에 유일한 제품들이 많습니다. 그 만큼 특수한 분야에서 연구하거나 사업화하는 고객들이 많으며, 고객들은 그 장비를 보유하는 것만으로도 차별화할 수 있고 자부심을 갖습니다.”
신제품 에너지 50% 절약형 고효율 동결건조기 FDTA-50100(Energy 50% saving type of High efficiency F/D systems)
올해에는 <에너지 50% 절약형 고효율 동결건조기> 제품군을 확대 출시하여 전략적 핵심 제품으로 선정하고 이 제품의 매출 증대를 위해 집중하고 있다.
“여러 가지 특수한 분야 제품을 독보적으로 개발할 수 있음에도 불구하고, 특수한 제품들은 시장이 너무 협소하여 노력에 비해 매출증대에 공헌도가 높지 않아 표준규격 제품군의 판매와 마케팅에 집중하고 있습니다. 전략제품인 <에너지 50% 절약형 고효율 동결건조기>는 여러 가지 편리함과 장점이 있습니다만 차별화된 주요 장점은 대형 제품과 비교할 때 더욱 확연합니다.”
다음은 ㈜오페론에서 밝힌 건조기를 100kg 단위로 여러 대 구입할 때와 500kg 대용량 건조기 한 대를 구입할 때의 비교 내용이다.
1. 가격 : 동결건조기의 가격은 용량에 정비례하므로 500kg X 1대가격이나 100kg X 5대의 구입가격은 거의 동일하거나 오히려 같은 제품 여러 대를 구입 시 더 저렴합니다.
2. 납기 : 작업 기간이 짧습니다. 100kg-1대/약45일, 2대/60일, 3대/70일, 5대/90일 정도면 충분합니다, 이에 비해 500kg x 1대 제작에는 5-6개월이 걸립니다.
3. 편리 : 100kg 단위로 구입 시 완성된 제품을 현장에 가서 전원만 연결하면 가동 할 수 있습니다. 이에 비해 500kg 용량은 현장 공사작업이 상당기간 필요합니다.
4. 고장 시 : 100kg 단위로 구입 시, 사용 중 만일 기기에 이상이 생긴다면 나머지는 계속 가동이 가능합니다. 이에 비해 대용량 설비는 수리가 완료될 때까지 작업이 모두 중단됩니다.
5. 건조량 축소 시 : 또한 시료의 양이 줄어들어 300kg 정도만 건조해야 할 경우 세 대만 돌리면 되고, 나머지는 돌리지 않아도 되므로 에너지 소모량이 대폭 절약됩니다.
6. 에너지 소모량 : 에너지 소모량이 월등히 적게 듭니다. 선반의 승화열 공급을 압축기에서 나오는 폐열을 재활용하고 전기히터를 사용하지 않으므로 에너지 소모량이 절반 이상 줄어듭니다. 500kg 정도의 설비를 사용하신다면 사용자는 전기요금에서만 연간 1천7백50여만원을 절약할 수 있습니다.
7. 이동성 : 이동이 자유로워서 설치 환경에 따라 필요 시 이동 설치가 용이합니다.
8. 작업성 : 100kg 표준제품으로 여러 대 구매하실 경우, 시료의 LOADING & UNLOADING이 1선반/1TRAY 구조로 매우 편리합니다. 이에 비해 500KG 이상 대용량은 한 선반에 9~12개
이상의 TRAY가 들어가므로 LOADING & UNLOADING 이 매우 불편하고 손이 닿지 않아 사다리를 타고 올라가야 하며, 자동 대차방식을 채택하게 되면 추가적으로 비용이 많이 늘어나게 됩니다.
9. 전용건조 : 종류가 다른 시료를 건조하는 경우, 1개의 대용량 건조실에는 한 번 냄새가 배면 청소하거나 냄새를 제거하기가 쉽지 않은 반면, 100kg 단위로 여러 대를 구입하시면 시료의 종류별로 전용건조가 가능합니다.
이 외에도 Compact type의 동결건조기를 새로 출시했다. 기존에는 소용량이라 하더라도 기기의 외관 크기가 1m 이상씩이던 것을 절반 정도로 대폭 줄인 제품이다. 향후 주력 상품군으로 매진할 장비는 대용량 산업용 콜드트랩(Cold trap / Vapor trap) 및 고진공용 콜드트랩(-150°C ~ -50°C)으로 산업용 콜드트랩이나 칠러도 차별화된 제품군을 갖추고 있다.
또한 휴대용 스토퍼링 시스템 (Portable Flask Stoppering System)도 주목할만하다. 야외나 실험실에서 간편하게 실험을 할 수 있는 컴팩트한 구조로 진공상태에서 뚜껑을 닫으므로 오염에서 자유롭고, 간편한 멸균 구조로 야외에서 응급 질병이나 진료에 대한 신속한 대응할 수 있고, 어떤 기성 동결건조기와도 호환이 가능한 설계와 간편한 예비동결 구조가 강점이다. 쉬운 예비동결 구조와 샘플 센서를 내장하고 있으며, 극지나 야외에서 채취한 시료를 긴급분석 등을 위해 간편하고 신속히 처리 및 대응할 수 있다.
규격은 Stoppering system : Ø110mm x L430mm, Borosilicate Flask : Ø115mm(id) x L220mm, Shelf size : Ø110mm x 2ea, Sample loading capacity : Ø22mm x 24vials 이다.
초저온 분야의 기술력으로 새로운 시장을 개척해나가고 있는 오페론의 행보를 계속 기대한다.
Q: 하반기/ 장기 계획에 대해 말씀 부탁 드립니다.
특수 냉각기술이 적용된 주문제작 시장은 매우 협소하고 산재되어 있습니다. 프로젝트 참여와 기술개발과 신제품 출시는 매우 보람되고 자부심 가득한 일이지만 그 노력에 비해 실제적으로 매출증대에 기여하는 효과는 매우 미미합니다.
생산이나 판매에서 보다 보편적인 기술과 일반적인 제품을 확대하는 데 중점을 둘 계획입니다. 지금 동결건조기의 시장은 양분화되고 있습니다. 고가 정밀형의 제약용 동결건조기 시장과 식품 & 농산물용 보급형 동결건조기 시장이 그 두 축입니다. 당사는 일반형 고효율 동결건조기가 대표적인 전략제품으로 향 후 이 시장에 집중할 계획입니다.
아울러 실험용 장비 중에서는 기술적으로나 품질, 가격면에서 월등한 경쟁력을 가지고 있는 -120도급 유기용매전용 동결건조기(Chemical-free freeze dryer), 초저온 콜드트랩(Cold trap/Vapor trap), 초저온 칠러(Chiller) 등을 주력 제품으로 집중할 예정입니다.
또한 해외시장에도 일반적인 기술에 대한 제휴지원 및 공격적인 판매 & 서비스망 협력체제를 구축하여 매출영역을 확대할 예정입니다.
<이 기사는 사이언스21 매거진 2018년 7월호에 게재 되었습니다.>
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