초순수 시장은 급격하게 성장하고 있으며, 2020년 이후로 급격한 성장이 전망되고 있다. 맥클레인(MclLVAINE)에 따르면 장비·서비스·인력·소모품의 초순수 시장 규모는 2000년 28억 달러에서 2021년 70억7천만 달러로 급격하게 성장했으며, 2027년에는 91억 달러 규모로 성장할 것으로 전망하고 있다. 

또한 글로벌 물산업 조사기관인 GWI(Global Water Intelligence)에 따르면 설계·시공·운영 등을 모두 포함한 초순수 시장의 규모는 2019년 19조3천억 원이며, 2024년 23조1천억 원으로 연평균 3% 성장할 것으로 전망된다. 국내 초순수 시장 규모는 2018년 1조 원이며, 2024년 1조4천억 원으로 연평균 성장률은 5.8%이다.

초순수 산업은 빠르게 성장하고 있지만 국내 산업 역량은 부족한 수준이다. 국내 초순수 산업의 설계, 단위 공정, 소·부·장(소재·부품·장비) 특허는 일본에 의존하고 있으며 시공·운영은 다국적 기업에 의존하고 있는 상황이다. 설계는 쿠리타(Kurita), 노무라(Nomura) 등 일본기업이 국내시장의 100%를 점유하고 있으며, 단위 공정은 미국, 유럽의 경쟁 제품은 있지만 일본 제품의 의존도가 높으며, 국내 제품은 품질문제가 존재한다. 소재·부품·장비의 특허는 일본이 세계 특허의 56%를 출원해 우위를 점하고 있고, 부분적으로 국산화된 제품이 있지만 실질적인 사용은 저조하다. 시공·운영은 베올리아(Veolia), 쿠리타 등 다국적 기업이 주로 운영하고 있으며 국내기업은 일부만 참여하고 있다.

초순수 시장 활성화 위해 전문 인력 양성해야

이렇게 급성장하는 초순수 산업 시장의 인력 수요에 대응하고 국내 초순수 산업 역량의 강화를 위해서는 초순수 산업 인력 양성이 필요하다. 인력 양성과 국내 시장의 활성화는 서로 연관되어 있다. 시장이 활성화되려면 인력이 필요하다. 국내 시장의 규모가 미미한 경우에도 고급 인력이 양성되어야 기술 개발을 통해 새로운 시장을 만들 수 있고 기술력을 높일 수 있기 때문이다.

특히, 초순수 산업은 현재 인력 수요에 대한 인력 풀(pool)이 부족한 상태여서 지금 당장 뿐만 아니라 미래를 위해서도 전문 인력 양성이 필수적이다. 또한 초순수 산업도 점점 첨단화되어 가고 있기 때문에 현장에서 요구되는 기술 및 인력 수준을 파악하고 이에 부합하는 인력을 양성해야 한다. 하지만 초순수에 특화된 교육 프로그램은 부재하며 전문 교육자 집단도 부족하기 때문에 초순수 교육 프로그램의 설립 및 개설과 물·공정 분야 전문성과 경험을 가진 교육기관 및 교수진이 필요하다.

초순수, 다학제 간 융합된 교육 과정 필요

따라서 교육과정을 개발한다면 이론과 실무를 겸비한 융·복합형 초순수 분야 공학 인재 양성을 교육 목표로 잡아야 한다. 특히, 요소수 분야는 다학제 간 융합되어 있어 여러 분야를 알아야 되는 첨단 분야라는 것이 특징이다. 물리학, 수처리 공정, 단위 공정, 소재 등이 중요하고 설계·운영, 측정률 분석도 상당히 중요하다. 이런 네 가지 분야에 대해 다학제 간 융합된 교육 과정이 필요하다.

또한 산업 현장도 빠르게 진화하고 있기 때문에 필요할 때마다 산업 현장의 수요를 충족시키기 위해 산업계와 학계가 지속적으로 소통하면서 프로그램을 신속하게 업데이트할 수 있는 체계를 마련하는 것이 중요하다. 아울러 여러 글로벌 표준이 있기 때문에 최근 탄소중립, ESG, 4차 산업혁명 등 부상하고 있는 이슈와 발맞춰 가는 것도 교육과정에 포함돼야 한다.

초순수 교육과정, 학위과정 형태로 취업과 연계 필요

기존 KAIST(한국과학기술원)에서 운영하고 있는 비학위 과정 초순수 교육 프로그램인 KAIST 디지털 물산업 심화 과정은 국내에서 유일하게 운영하고 있는 과정이다. 교육과정은 상반기 108시간, 하반기 102시간 총 210시간으로, 스마트시티 개론, 수리·수문학 기초, 수처리 기초, 데이터 처리 기초 등의 공통 과목과 초순수 개요, 입자 제거, 후처리, 분석 기술 등 디지털 물산업 트랙과 디지털 트윈 및 GIS, 디지털 인프라 및 의사결정 체계 등 스마트 시트 트랙으로 구성되어 있다.

이 교육 과정을 대학교 학점으로 환산하면 약 14학점으로, 전공 3학점 세 과목과 1학점 한 과목을 합한 수준으로 강의가 진행되고 있다. 강의 교재는 K-water에서 발간한 『초순수 설계 및 운영기술』을 사용하고 있다. 이 교재는 단위 기술별, 전체 공정, 설계, 분석, 재이용 등을 포함해 11개의 챕터로 구성되어 있다. 하지만 이 교재도 지속적인 업데이트가 필요하고 내용을 과정에 맞도록 충실하게 보완할 필요가 있다.

이 교육 과정은 비학위 과정으로 1년이면 끝나는 과정이어서 교육 기간이나 수업 시간의 제한이 있다. 또한 선행 기초 과목이 부재하고 여기서 배운 것들을 실제 현장에서 적용이나 실험이 필요하다. 그리고 수강생 대부분이 K-water 직원으로 위탁 교육 형태인데 학위 과정과 취업을 연계하면 학문 후속세대 양성도 가능하다. 

초순수 교육 과정, 이론과 현장 실습이 같이 포함돼야

초순수 교육 과정의 개발 방향에서 가장 중요한 것은 이론과 실무능력을 겸비한 문제해결형 인재를 양성하는 것이다. 이론은 초순수 공정 그 자체에 관한 지식도 필요하지만 과목을 잘 이해하기 위한 선행 기초 과목도 필요하고 이 안에는 당연히 초순수 기술과 과련된 핵심 과목이 필수적으로 포함되어야 한다.

이 이론을 실습할 수 있는 실험 실습이나 현장 실습 등의 프로그램도 필요하다. 또한 대학원에서 초순수 연구를 계속 하고 있기 때문에 해당 분야를 같이 연구하면서 교육을 받으면 시너지 효과가 발생할 수 있다. 초순수는 상당히 다학제 간 융합이 필요한 분야이다 보니 초순수 교육 과정은 △단위 공정 기술 △소재 기술 △측정 및 분석 기술 △공장 설계 및 운영 고도화·지능화 기술 등에 대한 지식을 함양시키는 방향으로 가야 한다.

단위 공정 기술에서는 흡착, UV산화, 분리막, 이온 교환, 전기 투석 등 초순수 공정의 단위 기술에 대한 종합적 이해도를 함양할 수 있어야 하며, 소재 기술은 분리막, 흡착제, 촉매 등 소재 기술에 대한 지식을, 측정 및 분석 기술은 전도도 유발 물질, 유기물, 입자성 물질, 용존 기체 등의 극미량 측정 및 분석 기술에 대한 지식을 함양시켜야 한다. 아울러 공장 설계 및 운영 고도화·지능화 기술에서는 유체 거동 분석, 열·에너지 회수, 빅데이터 통계기법, 데이터마이닝, 인공지능형 수처리 시스템 등에 대한 지식을 함양해야 한다.

교육 프로그램 구성 시 수처리 공학 반드시 포함돼야

이를 위해 개인적으로 초순수 교육 과정 교과목을 구성해봤다. 교과목은 선행 기초 과목, 핵심 과목, 실습 과목으로 구성했으며, 선행 기초과목은 △유체역학 △분리 공정 △열역학 △반응 공학 △공정제어 및 설계 △기계설계 △분석화학·기기분석 △전기화학 △재료 화학·재료 공학 △기계학습 등 선택 10과목과 △환경공학 △수질화학 △수처리공학(필수) 등 선택 필수 3과목으로 구성했다. 

핵심 과목은 필수 3과목으로 구성했으며, 필수 3과목은 △초순수 제조공정 개론1 △초순수 제조공정 개론2 △초순수 제조공정 응용으로 구성했다. 초순수 제조공정 개론1은 초순수 공정 개요, 막분리 공정, 탈기공정으로 구성했으며, 초순수 제조공정 개론2는 이온 교환 공정, 전기 탈이온 공정, 산화 및 소독 공정으로, 초순수 제조공정 응용은 초순수 공정 설계, 초순수 공정 운영, 초순수 분석기술, 처리수 재이용으로 구성했다.

특히, 환경공학이나, 수질, 화학, 수처리 공학은 초순수 핵심 과목과 밀접하게 관련되어 있기 때문에 교과목을 조금 다르게 [그림 3]과 같이 분류했다. 이 과목들은 서로 관련된 과목들이 최종적으로 수처리 공학과 연결되도록 초순수 핵심 과목을 구성했다.

교육과정에 산·학 연계 활성화 방안 포함돼야

초순수 교육 과정에서 가장 중요한 것은 산·학 연계 활성화 방안이다. 실제 교수들이 단위 공정에 대한 기초적인 이론을 가르칠 수는 있지만 현장에는 현장에서의 지식과 경험이 있기 때문에 산업계 전문가를 많이 활용해야 한다. 이를 위해 산업체 전문가 초빙 교육 및 세미나, 단기 현장 실습이 필요하다. 

또한 산업체 전문가 활용 공정 설계 및 운영사례를 교육하는 등 초순수 제조 공정을 응용한 교과목을 활용할 필요가 있다. 또한 초순수 교육 프로그램이 도입되면 운영위원회나 자문위원회가 필요한데 여기에는 산업계 전문가들이 반드시 포함돼야 하며, 이를 통해 꾸준한 피드백을 받아야 한다. 

아울러 국내 초순수 산업이 활성화되면 인력 수요가 증가해 일자리가 늘어나고 벤처라든지 스타트업 등도 증가할 것이다. 초순수 교육 프로그램에도 이를 반영해 취업과 창업을 연계할 필요가 있다. 이를 위해서는 기술 사업화 및 창업 컨설팅, 특강 등 기존 기술 사업화 및 창업 프로그램을 연계 활용해야 되며, 국내외 산업체 연수 프로그램을 개발해야 한다.

향후 이런 방향으로 초순수 교육 프로그램이 도입되면 초순수 분야 최초의 특화된 공학 교육 과정을 통해 이론 및 실무능력을 겸비한 환경, 화학, 기계, 재료, AI 등 다양한 공학 분야의 융합형 인재가 양성될 것으로 기대되며, 이를 통해 미래 초순수 분야의 인력 수요를 충족할 것으로 기대된다.

[『워터저널』 2022년 12월호에 게재]