반도체 산업에서 세정제로 사용
온난화 잠재력 CO2 1만7700배
2012년 온실가스 목록에 등재
세계 배출량 절반 중국이 차지
국내에서도 다량 배출량 가능성
반도체 생산에서 불소 세정제로 널리 쓰이고 있는 삼불화질소(NF3)가 온실가스로 주목을 받고 있다.
사용량이 빠르게 늘고 있는 데다 온난화 잠재력이 이산화탄소(CO2)의 1만7700배에 이르기 때문이다.
중국 푸단대와 미국 MIT 등의 연구팀은 중국 내 NF3 배출량을 추정한 내용의 논문을 최근 ‘환경과학기술(Environmental Science and Technology)’ 국제 저널에 발표했다.
연구팀은 중국 내 9개 관측소에서 NF3 농도를 측정하는 한편 모델링과 공기 궤적 역추적 방법을 통해 2017~2021년까지 중국 내 NF3 배출량과 공간 분포를 추정했다.
중국 배출량 4년 사이 48% 증가
연구팀의 분석 결과, 중국의 NF3 배출량은 2017년 95만 톤에서 2021년 141만 톤으로 4년 만에 48%가 늘어난 것을 발견했다. 2021년 중국의 배출량은 2020년보다 다소 감소한 것으로 분석됐다.
연구팀은 전 세계 NF3 연간 배출량이 2016년 200만 톤에서 2020년 300만 톤으로 증가했으며, 중국의 세계 배출량 점유율은 2017년 41%에서 2020년 54%로 늘었다고 평가했다.
중국(붉은선)과 전 세계(검은선) 삼불화질소 배출량 (단위 100만톤). 보라색 점선은 전 세계 배출량 가운데 중국이 차지하는 비율(오른쪽 세로축 참고). [자료: ES&T, 2024]
출처 : ESG경제(https://www.esgeconomy.com) 
중국(붉은선)과 전 세계(검은선) 삼불화질소 배출량 (단위 100만톤). 보라색 점선은 전 세계 배출량 가운데 중국이 차지하는 비율(오른쪽 세로축 참고). [자료: ES&T, 2024]
특히, 2017~2020년 3년 동안 중국의 NF3 연간 배출량은 65만 톤 늘어났는데, 이는 같은 기간 전 세계 배출량 증가(63만 톤)과 비슷하다.
이는 2017년에서 2020년 사이의 세계 배출량 증가를 중국의 NF3 배출량 증가로 모두 설명할 수 있다는 의미다.
중국 내 배출을 지역적으로 보면, 반도체 산업이 발달한 주장 삼각주 지역과 양쯔강 삼각주 지역, 후베이성에서 NF3가 많이 배출됐다. 여기에 허베이·허난·산둥성을 포함한 중국 북부에서도 NF3 배출량이 다량 배출되고 있음이 확인됐다.
2021년 현재 중국의 NF3 배출량은 이산화탄소로 따져서 약 2500만 톤에 해당해 지구 기후에 미치는 영향을 무시할 수 없는 수준이다.
연구팀은 “세계 NF3 배출량의 증가가 세계 반도체 산업의 급속한 성장 때문일 가능성이 가장 높다고 생각한다”면서 “배출을 규제하지 않으면 NF3 배출량이 계속 증가해 2060년까지 탄소중립을 이룬다는 중국 정부의 목표 달성이 지연될 수 있다”고 지적했다.
지도에 한국 배출량 많은 것으로 표시
논문에서 직접 언급은 없었으나 논문에 포함된 지도에는 한반도에 NF3가 대량 배출되고 있는 것으로 표시돼 있다.
중국의 삼불화질소 배출 속도 지도. 한국의 배출량도 많음을 나타내고 있다. [자료: ES&T, 2024]
실제로 국내 가스업체인 SK스페셜티의 경우 NF3 생산능력이 연간 1만3500톤 수준으로 2020년 기준 세계 1위 규모다. 중국 페릭(9000톤)과 효성화학(8000톤)이 그 뒤를 잇고 있다.
일부에서는 사용량의 2% 정도가 대기 중으로 배출되는 것으로 추정하고 있다.
온실가스종합정보센터가 최근 확정한 2021년 국내 온실가스 배출량은 7억2140만톤으로 기존 확정치보다 4470톤 늘어났다. 배출량이 늘어난 데에는 NF3 같은 신규 배출원이 추가된 탓도 있는 것으로 알려졌다.
이에 따라 국내에서도 정확한 배출량 조사와 더불어 대기 중으로 배출되는 양을 최소화하기 위한 노력이 시급한 것으로 지적되고 있다.
수명 569년인 매우 안정된 물질
한편, NF3는 인위적인 출처에서만 배출되는 강력한 온실가스다.
온실가스로 주목 받는 삼불화질소.
NF3는 대기 중에서 매우 안정적이며, 수명은 569년이고 100년 기준으로 지구온난화 잠재력은 이산화탄소의 1만7700배나 된다.
NF3는 2012년 12월 카타르 도하에서 열린 기후변화협약당사국총회 때 교토 의정서가 개정될 때 그 부속서 A의 온실가스 목록에 추가됐으며, 이후 파리 협정에도 온실가스로 포함됐다.
NF3는 1960년대에 로켓 연료 산화제와 화학 레이저의 불소 공급원으로 처음 사용됐다. 1990년대 후반부터 NF3는 반도체 산업과 태양광 전지 및 평판 디스플레이(FPD) 생산에서 불소 세정제로 광범위하게 사용되고 있다.
NF3는 다른 기존의 불소 함유 가스(예: C2F6)보다 에칭 효율이 높고 안정적이고 안전한 운송 조건으로 인해 환경친화적인 가스로 간주돼 전자 산업에 쓰이고 있다.
강찬수 환경신데믹연구소장
반도체 산업에서 세정제로 사용
온난화 잠재력 CO2 1만7700배
2012년 온실가스 목록에 등재
세계 배출량 절반 중국이 차지
국내에서도 다량 배출량 가능성
반도체 생산에서 불소 세정제로 널리 쓰이고 있는 삼불화질소(NF3)가 온실가스로 주목을 받고 있다.
사용량이 빠르게 늘고 있는 데다 온난화 잠재력이 이산화탄소(CO2)의 1만7700배에 이르기 때문이다.
중국 푸단대와 미국 MIT 등의 연구팀은 중국 내 NF3 배출량을 추정한 내용의 논문을 최근 ‘환경과학기술(Environmental Science and Technology)’ 국제 저널에 발표했다.
연구팀은 중국 내 9개 관측소에서 NF3 농도를 측정하는 한편 모델링과 공기 궤적 역추적 방법을 통해 2017~2021년까지 중국 내 NF3 배출량과 공간 분포를 추정했다.
중국 배출량 4년 사이 48% 증가
연구팀의 분석 결과, 중국의 NF3 배출량은 2017년 95만 톤에서 2021년 141만 톤으로 4년 만에 48%가 늘어난 것을 발견했다. 2021년 중국의 배출량은 2020년보다 다소 감소한 것으로 분석됐다.
연구팀은 전 세계 NF3 연간 배출량이 2016년 200만 톤에서 2020년 300만 톤으로 증가했으며, 중국의 세계 배출량 점유율은 2017년 41%에서 2020년 54%로 늘었다고 평가했다.
중국(붉은선)과 전 세계(검은선) 삼불화질소 배출량 (단위 100만톤). 보라색 점선은 전 세계 배출량 가운데 중국이 차지하는 비율(오른쪽 세로축 참고). [자료: ES&T, 2024]
출처 : ESG경제(https://www.esgeconomy.com)
중국(붉은선)과 전 세계(검은선) 삼불화질소 배출량 (단위 100만톤). 보라색 점선은 전 세계 배출량 가운데 중국이 차지하는 비율(오른쪽 세로축 참고). [자료: ES&T, 2024]
특히, 2017~2020년 3년 동안 중국의 NF3 연간 배출량은 65만 톤 늘어났는데, 이는 같은 기간 전 세계 배출량 증가(63만 톤)과 비슷하다.
이는 2017년에서 2020년 사이의 세계 배출량 증가를 중국의 NF3 배출량 증가로 모두 설명할 수 있다는 의미다.
중국 내 배출을 지역적으로 보면, 반도체 산업이 발달한 주장 삼각주 지역과 양쯔강 삼각주 지역, 후베이성에서 NF3가 많이 배출됐다. 여기에 허베이·허난·산둥성을 포함한 중국 북부에서도 NF3 배출량이 다량 배출되고 있음이 확인됐다.
2021년 현재 중국의 NF3 배출량은 이산화탄소로 따져서 약 2500만 톤에 해당해 지구 기후에 미치는 영향을 무시할 수 없는 수준이다.
연구팀은 “세계 NF3 배출량의 증가가 세계 반도체 산업의 급속한 성장 때문일 가능성이 가장 높다고 생각한다”면서 “배출을 규제하지 않으면 NF3 배출량이 계속 증가해 2060년까지 탄소중립을 이룬다는 중국 정부의 목표 달성이 지연될 수 있다”고 지적했다.
지도에 한국 배출량 많은 것으로 표시
논문에서 직접 언급은 없었으나 논문에 포함된 지도에는 한반도에 NF3가 대량 배출되고 있는 것으로 표시돼 있다.
중국의 삼불화질소 배출 속도 지도. 한국의 배출량도 많음을 나타내고 있다. [자료: ES&T, 2024]
실제로 국내 가스업체인 SK스페셜티의 경우 NF3 생산능력이 연간 1만3500톤 수준으로 2020년 기준 세계 1위 규모다. 중국 페릭(9000톤)과 효성화학(8000톤)이 그 뒤를 잇고 있다.
일부에서는 사용량의 2% 정도가 대기 중으로 배출되는 것으로 추정하고 있다.
온실가스종합정보센터가 최근 확정한 2021년 국내 온실가스 배출량은 7억2140만톤으로 기존 확정치보다 4470톤 늘어났다. 배출량이 늘어난 데에는 NF3 같은 신규 배출원이 추가된 탓도 있는 것으로 알려졌다.
이에 따라 국내에서도 정확한 배출량 조사와 더불어 대기 중으로 배출되는 양을 최소화하기 위한 노력이 시급한 것으로 지적되고 있다.
수명 569년인 매우 안정된 물질
한편, NF3는 인위적인 출처에서만 배출되는 강력한 온실가스다.
온실가스로 주목 받는 삼불화질소.
NF3는 대기 중에서 매우 안정적이며, 수명은 569년이고 100년 기준으로 지구온난화 잠재력은 이산화탄소의 1만7700배나 된다.
NF3는 2012년 12월 카타르 도하에서 열린 기후변화협약당사국총회 때 교토 의정서가 개정될 때 그 부속서 A의 온실가스 목록에 추가됐으며, 이후 파리 협정에도 온실가스로 포함됐다.
NF3는 1960년대에 로켓 연료 산화제와 화학 레이저의 불소 공급원으로 처음 사용됐다. 1990년대 후반부터 NF3는 반도체 산업과 태양광 전지 및 평판 디스플레이(FPD) 생산에서 불소 세정제로 광범위하게 사용되고 있다.
NF3는 다른 기존의 불소 함유 가스(예: C2F6)보다 에칭 효율이 높고 안정적이고 안전한 운송 조건으로 인해 환경친화적인 가스로 간주돼 전자 산업에 쓰이고 있다.
강찬수 환경신데믹연구소장