한국 혁신 생태계는 후발 추격자에서 ‘민간 주도의 건강하고 역동적인 생태계 조성을 위한 정부의 역할이 중요한’ 창조적 선도자 단계로 진화해 왔다. 한국의 혁신 생태계는 그동안의 획기적인 발전과 양적 확대에도 불구하고 혁신 성과의 정체 현상, 생태계 내 및 글로벌 연계 활동의 부족 등을 보여주고 있다. 미래 지향적인 혁신 생태계 조성을 위한 차세대 혁신 생태계 모델이 요구되는 상황이다. 기존의 이론적 근거를 바탕으로 혁신 생태계의 바탕을 이루는 것이 기업간 네트워크라는 관점에서 차세대 혁신 생태계의 요소로 기업간 네트워크 외에, 기업 역량, 공공 연구기관, 민간 산업단체, 기술 인프라, 정책 주체를 바탕으로 5개 요소를 설정하고, 불연속적 기술 및 시장 변화에 부응하는 ‘민간 주도의 건강하고 역동적인’ 혁신 생태계로서의 차세대 혁신 생태계 모델을 제시하였고 혁신 생태계구축 역할을 담당하는 정책 주체의 구체적인 방향을 제시하고, 본 연구의 의의를 제시하였다.

IPA는 에폭시 수지제조 등과 같은 화학물질 및 화학제품 제조업과 반도체 제조공정, LCD 제조공정 등과 같은 전자부품 제조업에서 많이 사용 하며, 의료용 물질 및 의약품 제조업에서 시약원료, 인쇄 및 기록매체 복제업에서 잉크의 용제로 쓰인다. 일반적으로 IPA를 사용하는 공정에 따라 다양한 중량%의 IPA가 포함된 폐수가 발생된다. 이렇게 발생된 폐수는 유기화합물, 그중에서도 알코올의 회수라는 측면에서 보면, 증류공정을 이용하여 분리농축 시 원 폐수의 IPA농도가 낮으면 경제성이 없으며 증류공정이 가능하더라도 공비혼합물을 생성하면서 87.9%의 IPA가 물과 함께 존재하여 분리･농축의 한계를 가진다. 한편으로 이러한 IPA폐수를 수처리라는 측면에서 보면, IPA의 농도가 너무 높아 IPA의 농도를 1%이하로 낮추어 희석･처리해야하는 또 다른 문제점이 상존한다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 투과증발분리막공정이 상용화 되었지만, 현재는 증류공정의 전 단계 공정으로써 이용되고 있다. 이와 다르게 증기투과분리막공정을 이용한다면 증류공정의 한계가 가지는 공비혼합물의 생성 없이 IPA폐수로부터 수분을 제거하여 IPA를 선택적으로 분리할 수 있고, 90~99 중량% 이상의 농도로 농축하여 재활용 할 수 있다. 본 연구는 증기투과분리막공정을 이용하여 30~80 중량%의 IPA를 증기투과공정으로 수분을 제거하여 90~99 중량% 이상의 농도로 농축하였으며 유입IPA의 농도, 유입유량, 온도, pH, 스윕 가스량 등 다양한 인자들에 대하여 최적화된 공정인자들을 도출하고자 하였다.

반도체 산업에서 발생되는 고농도 폐액은 반도체 세정액으로 초고순도의 산용액을 사용하기 때문에 폐액이라고 하여도 일반 공업용 산용액에 비해 농도가 매우 높은 편에 속한다. 특히 반도체업계를 포함한 IT산업의 급속한 발달로 인하여 불산페액 발생량이 증가하는 추세를 보이고 있다. 규모에 따른 발생량을 추정해보면 국내 반도체 업계에서 연간 15,000ton의 불산폐액이 발생되고 LCD업계와 태양광산업에서 발생되는 불산폐액을 합산하면 국내 발생량은 약 50,000ton 정도로 예상된다. 또한 성장성과 경쟁력으로 볼 때 투자/매출 증가에 따른 폐액 발생 증가분을 예측해보면 향후 5년 내 현재 발생량의 약 2배에 이르게 될 전망이다. 발생된 불산 폐액은 일반적인 생물학적 처리가 불가능하며 현재 물리화학적 처리를 통해서 처리하고 있으나 재활용이 어렵고 2차폐기물이 발생하여 실용성이 떨어진다. 본 연구는 이러한 문제점을 해결하기 위해 반도체 업체에서 발생하는 불산폐액을 분리막을 이용한 투과증발 공정을 통해 수분을 분리하고 불산의 농도를 3배(약 20%, w/w)이상으로 농축을 가능케 하여 폐수 처리에 대한 부담을 줄였으며, 불산폐액에 포함된 이물질을 제거하기 위해 전처리로써 Activation Carbon과 제올라이트를 이용한 흡착법, Struvite 결정화 공법, 암모니아 stripping, 이온교환법을 이용하여 불산폐수 내 포함된 이물질의 제거를 꾀하였다.

반도체 소자가 초고집적화 되면서 제조 공정은 다양해지고 더욱 복잡해졌으며, 각 공정 후에는 많은 잔류물과 오염물이 웨이퍼 표면에 남게 된다. 따라서 이 잔류물과 오염물을 제거하는 세정공정은 반도체 공정에서 매우 중요한 과정 중 하나이다. 반도체 제조 공정은 약 400개 단계의 제조공정으로 이루어져 있으며 이들 중 적어도 20% 이상의 공정이 웨이퍼의 오염을 막기 위한 세정공정과 처리공정으로 이루어져 있다. 제조과정에서 발생하는 Water mark를 제거하기 위해 IPA(Iso propyl alcohol)를 사용하여 웨이퍼 표면을 세정 및 건조하는데, 공정 후 배출되는 IPA 폐액의 경우 그 독성으로 인해 미생물이 사멸되어 기존의 처리방법으로는 처리가 어려우며, 이를 폐기물로 위탁 처리하고 있다. IPA 세정공정에서 배출되는 폐액의 IPA농도는 30% 수준으로 기존 증류법을 통한 증발농축으로 IPA를 농축하는데 많은 Utility 비용이 소요된다. 따라서 본 연구에서는 이러한 IPA를 95%이상 고농도로 농축하기 위해 분리막을 이용한 증기투과 공정을 설계하였고, Lab scale 장치에서 다음과 같은 조건(공급 IPA 농도 30%, 조작온도 130℃, 유량 3kg/hr)에서 IPA 농도는 99% 수준으로 나타났다. 이를 토대로 Scale-up화하여 Pilot scale 장치에서 공급 IPA 농도, 온도, 유량 등의 운전인자를 변화시켜 IPA를 95%이상으로 농축하기 위한 최적조건을 도출해 보고자 하였다.