Patent Analysis on the Treatment Technology for Acid Soil and Acid Drainage

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산성토양 및 산성배수 처리기술의 특허분석

안주성¹⁾* · 최종길²⁾

Patent Analysis on the Treatment Technology for Acid Soil and Acid Drainage

Joo Sung Ahn

*

and Jong-gil Choi

Abstract : The treatment technology for acid soil and acid drainage was classified into two categories, acid soil improvement and revegetation, and reduction and treatment of acid drainage. Patent analysis for the technology was carried out with a total of 788 patents from Korea, Japan, USA, and Europe. In the field of acid soil improvement and revegetation, Korea has the most active patent application and is currently on the stage of expansion of the technology development. USA and Japan have decreasing trends and are on the stage of decline.

In the reduction and treatment of acid drainage field, Korea is the most active and is on the expansion stage along with USA and Japan. From the analysis of key patents, it is necessary to avoid the similar topics in which patents have been already applied, and to develop differentiated ameliorants and new technologies of treatment for acid soil and acid drainage.

Key words : Acid soil, Acid drainage, Revegetation, Heavy metal, Patent analysis

요 약 : 산성토양 및 산성배수 처리기술에 대하여 산성토양개량 및 식생복원과 산성배수 발생저감 및 처리 분야로 대분하고 2009년 10월까지 출원 공개/등록된 총 788건의 한국, 일본, 미국, 유럽 특허동향을 분석하였다.

산성토양개량 및 식생복원 분야에서 한국은 최다 출원국으로 최근 증가세를 보이며 발전기 양상을 나타내었으며 미국과 일본은 최근 출원이 감소하고 퇴조기의 동향으로 나타났다. 산성배수 발생저감 및 처리 분야에서 역시 한국이 가장 우세하며 미국, 일본과 함께 발전기 양상을 보였다. 각 분야별 분석된 특허장벽을 평가하고 연구분 야와 유사성이 높은 특허가 있을 경우 회피설계 방안을 마련하고 산성토양과 산성배수 처리를 위한 차별화된 개량제 및 처리제, 신규 복원 및 처리기법 연구를 강화할 필요가 있다.

주요어 : 산성토양, 산성배수, 식생복원, 중금속, 특허분석

2011년 3월 18일 접수, 2011년 5월 2일 심사완료 2011년 6월 13일 게재확정

1) 한국지질자원연구원 지구환경연구본부 2) (주)윕스

*Corresponding Author(안주성) E-mail; [email protected]

Address; Geologic Environment Division, Korea Institute of Geoscience and Mineral Resources, Daejeon 305-350, Korea

서 론

우리나라는 1990년대 중반부터 폐탄광지역을 중심으 로 산성광산배수(Acid Mine Drainage) 처리를 위한 자 연정화 및 물리화학적 처리기술을 적용하고 있다(정영 욱, 2004). 특히 자연정화처리기법은 일정 기간 정화성 능이 우수하지만 처리시설의 부지확보 문제뿐만 아니라

시설내 월수현상, 배관막힘, 슬러지 누적, 기질물질 효율 저하 등 유지관리의 문제가 나타나기도 한다. 또한 산성 배수는 폐광산 지역 외에도 중생대 화산암류, 옥천층군, 고생대 평안층군, 제3기 퇴적암 및 화산암, 제4기 퇴적층 등을 주요지질로 하거나 국부적으로 광화작용을 받은 지 역에서 도로 및 터널 건설, 대형 건축물 시공 등의 지반 굴착작업에 의한 황화광물 산화반응으로 나타나기도 한 다(김재곤 등, 2008). 이러한 지역의 산성암석배수(Acid Rock Drainage)에 의해 환경오염 문제와 함께 콘크리트 구조물 부식, 절개지 사면불안정 등의 공학적 피해가 초 래되고 있다. 이와 같이 광산활동이나 특정지질분포에 기인한 산성배수 문제가 발생하는 지역에서는 토양산성 화 양상도 수반되는 경우가 많으며 낮은 유기물함량, 질 소와 인의 결핍 등과 함께 식생성장을 저애한다. 또한 산 성토양내 다양한 중금속 원소의 이동성 향상으로 그 오 해 설

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Table 1. Classification of the technology for the treatment of acid soil and acid drainage

대분류 세부분류 주요 기술개요

산성토양개량 및 식생복원

산성/중금속오염

토양개량 산성화 방지 및 개량 / 중금속 오염토양 처리 및 안정화

식생복원 산성토양의 녹화, 식생피복 촉진, 생태복원

산성배수 발생저감 및 처리

산성배수 처리 일반 산성배수 처리의 방법, 시설, 장치 또는 시스템 / 중화용 처리제 개발 황화광물 산화방지 산성배수 발생저감을 위한 현장피막, 안정화 / 차수재 개발

황산염 제거 황산염환원 / 황산염 함유폐수처리

Table 2. The patents and investigation database by country

자료 구분 국가 전체분석구간 분석대상특허

공개/등록특허 (출원일 기준)

한국 1979∼2009. 10 353건

일본 1976∼2009. 10 258건

유럽 1978∼2009. 10 22건

미국 1976∼2009. 10 155건

(PCT) (1978∼2009. 10) (31건)

합계 788(819)

염양상이 더욱 심각하게 나타나게 된다.

이러한 산성토양 및 산성배수의 환경문제에 관하여 폐 광산 지역의 광산배수 오염양상 평가 및 처리(배위섭 등, 2003; 이병선과 우남칠, 2004; 지상우와 정영욱, 2005a;

이현석 등, 2006), 건설현장 및 절취사면의 산성암석배 수 발생 평가 및 방지(최석원 등, 2001; 이규호 등, 2005;

지상우와 정영욱, 2005b; 임길재 등, 2006; 지상우 등, 2006; 지상우 등, 2007; 김재곤 등, 2008), 산성토양의 식생복원(김대연 등, 2006; 이규호 등 2006), 중금속 오 염토양 처리(고일원 등, 2004; 이은기와 최상일, 2007;

이민희 등, 2008; 박동혁 등, 2010)등의 목적으로 활발한 지구화학적 연구가 이루어지고 있다. 한편 최근의 전세 계적인 기후변화양상으로 우리나라에서도 국지성 집중 호우, 슈퍼태풍, 이상고온 등의 기상현상이 나타나며 이 로 인해 광산폐기물 유실, 산성배수 발생특성 변화, 오염 토양 확산 등 위에서 언급한 산성토양 및 산성배수의 지 질재해 양상이 심화되고 있다. 따라서 앞으로는 이와 같 은 강우패턴변화와 기온상승에 따른 새로운 지질재해 대 응기술의 개발과 적용이 요구되고 있다.

이에 본 특허분석은 산성토양 및 산성배수의 처리기술 에 관한 특허동향을 파악함으로써 향후 더욱 효과적인 대응기술 연구개발 방향을 수립하고 기존 기술과 차별화 된 연구 성과를 이끌어 내는데 도움이 될 기초 데이터를 제공하고자 하는데 목적이 있다. 특히 산성토양 및 산성 배수 처리기술의 관련 주요특허의 평가와 선정은 지구화

학적 관점에서 실시되었다. 본 특허분석 실행시기 이후 특허동향은 다소 변화가 있을 수 있음을 밝혀둔다.

기술분류 및 분석방법

산성토양 및 산성배수 처리기술의 특허동향 분석을 위 한 관련기술로서 산성토양개량 및 식생복원과 산성배수 발생저감 및 처리기술로 대분하고 다시 각각 산성/중금 속오염 토양개량, 식생복원, 산성배수 처리일반, 황화광 물 산화방지, 황산염 제거기술로 세분하였다(Table 1).

이 세부분류 기술 분야를 특허분석대상으로 하였으며 2009년 10월까지 출원 공개/등록된 한국, 일본, 미국, 유 럽의 공개특허와 등록특허를 분석하였다. 분석대상 특허 는 각 세부분류별 작성된 검색식(Appendix Table A-1, A-2)을 통한 검색 이후 중복특허 제거 및 관련여부 검토 를 통하여 최종 유효 분석대상 특허 788건(PCT포함 819 건)으로 선별하였다(Table 2). 특허검색은 WIPS 데이터 베이스((주)윕스, http://www.wips.co.kr)를 이용하였다. 본 분석에서는 양적인 통계를 의미하는 동향분석과 각 특허 가 갖는 기술적인 내용을 의미하는 심층분석으로 나누어 실시하였다. 동향분석은 특허를 출원연도별, 국가별, 기 술별 및 출원인별로 분류하여 각 기술 분류별 특허건수, 점유율 및 증가율 등을 통한 각종 분석을 수행하였으며 심층분석은 기술수준과 특허수준을 비교하여 향후 연구 개발에 있어 위험도가 높은 주요특허를 도출하고 각 기

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Table 3. Patents of the technology according to sub-categories and countries

대분류 세부분류 한국 미국 일본 유럽 합계

산성토양개량 및 식생복원

산성/중금속오염 토양개량 187 86 177 13 463

식생복원 114 27 64 6 211

합계 301 113 241 19 674

산성배수 발생저감 및 처리

산성배수 처리 일반 40 32 15 1 88

황화광물 산화방지 3 3 1 0 7

황산염제거 9 7 1 2 19

합계 52 42 17 3 114

전체 합계 353 155 258 22 788

Fig. 1. Patent application by year for the technology of acid soil improvement and revegation.

Fig. 2. Patent application by year for the technology of reduction and treatment of acid drainage.

술 분류별 특허장벽 분석으로 이루어졌다. 분류된 특허 의 기술수준과 특허수준의 평가에 있어 본 연구진의 현 행 연구개발방향과의 관련성이 불가피하게 고려되어졌 으나 최대한 다수의 연구자들이 최근 학술연구로 발표하 고 있는 관련기술 분야를 포함할 수 있도록 실시하였다.

PCT조약 절차에 의한 국제출원특허는 동향분석 대상에 서는 제외하였으며 이후 심층분석에서는 참고하였다.

동향분석

국가/기술별 특허건수 및 연도별 특허동향

산성토양 및 산성배수 처리기술과 관련하여 선별된 국 가 및 기술별 특허건수는 Table 3과 같다. 2개의 대분류 기술 분야에서 한국이 최다 출원국으로 나타나고 있으며 이는 특허데이터베이스에 따른 키워드 차이에서 기인한 것으로 볼 수도 있으나 비교적 최근에 폐광산지역 복원 사업이 활발히 이루어지며 한국에서 관련 연구도 활발했 던 것으로 분석할 수 있다. 출원동향 분석은 출원 후 공 개까지 1년 6개월이 소요되는 특허공개제도의 특성으로

2008년 이후의 데이터는 일부 미공개 상태이므로 2007 년까지만 유효구간으로 간주하고 실시하였다.

산성토양개량 및 식생복원 기술 분야의 연도별 출원동 향(Fig. 1)은 한국특허의 경우 1998년 이후 급격히 출원 이 증가하였으며 이후 2003년 일시적인 출원감소가 있 었으나 지속적인 출원이 이루어지고 있는 것으로 나타났 다. 미국특허는 1987년 이후 완만한 증가세를 나타내었 으며 2005년부터 감소하고 있는 추세이다. 일본특허는 1992년 이후 2002년까지 지속적으로 출원이 증가하였 으며 2002년 이후 감소세를 나타내다 2007년 일시적으로 증가한 추세를 보인다. 유럽특허는 1985년부터 5건 미만 의 출원이 이루어지고 있으나 특별한 동향은 나타나지 않 고 있다. 산성토양개량 및 식생복원 분야의 국가별 점유 율은 한국이 44%(301건)를 차지하고 있어 최다 출원국으 로 나타났으며 이어서 일본 36%(241건), 미국 17%(113 건), 유럽 3%(19건) 순서의 점유율 분포를 나타내고 있 다(Fig. 1).

산성배수 발생저감 및 처리 기술 분야의 연도별 출원 동향(Fig. 2)은 한국특허의 경우 1996년 출원이 시작되

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Fig. 3. Development stages of the technology of acid soil improvement and revegation.

※ 구간(출원년도): 1구간(1974～1977년), 2구간(1978～1982년), 3구간(1983～1987년), 4구간(1988～1992년), 5구간(1993～

1997년), 6구간(1998～2002년), 7구간(2003～2007년) 어 1999년 일시적으로 급격한 증가가 있었으나 최근까 지 지속적인 증가추세에 있는 것으로 나타났다. 미국특 허는 1987년 출원이 일시적으로 다소 증가하였으나 이 후 증가, 감소를 반복하면서 꾸준한 출원이 이루어지고 있는 것으로 분석된다. 일본특허는 대체적으로 출원이 미약하며 2003년 일시적인 증가가 있었으나 이후 감소 한 추세이다. 유럽특허는 전체적으로 출원이 미약한 것 으로 나타나고 있다. 산성배수 발생저감 및 처리기술 분 야의 국가별 점유율은 한국이 45%(52건)로 절반 가까이 차지하고 있으며 이어서 미국 37%(42건), 일본 15%(17 건), 유럽 3%(3건) 순서의 점유율 분포를 보인다.

대분류 기술 분야별 포트폴리오 분석

특허건수와 출원인(특허권자)수 변화의 상관관계를 통 해 기술의 발전 위치를 살펴보는 포트폴리오 기본모델에 서 산성토양개량 및 식생복원 기술 분야의 국가별 위치 를 분석해보면(Fig. 3), 한국특허는 기술혁신의 주체인 출

원인수(특허권자수)와 기술혁신의 결과인 출원건수(등록 건수)가 동시에 꾸준히 증가하고 있는 것으로 파악되어 발전기 단계에 있는 것으로 분석된다. 미국특허와 일본 특허의 경우 6구간(1998년∼2002년)까지는 발전기 동향 을 나타내었으나 최근 7구간(2003년∼2007년)은 퇴조기 에 있는 것으로 분석되었다. 유럽특허의 경우 퇴조기 경 향을 나타내고 있으나 관련분야의 특허활동이 미약하여 분석의 큰 의미는 없다.

산성배수 발생저감 및 처리 기술 분야의 경우(Fig. 4), 한국 및 미국, 일본특허의 경우 출원인수(특허권자수)와 출원건수(등록건수)가 동시에 꾸준히 증가하고 있는 것 으로 파악되어 3개국 모두 발전기 단계에 있는 것으로 분석된다. 유럽특허의 경우 관련분야의 특허활동이 미약 하므로 역시 분석에 큰 의미를 두기는 어렵다.

대분류 기술 분야별 주요출원인 분석

산성토양개량 및 식생복원 기술 분야의 국가별 상위 주

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Fig. 4. Development stages of the technology of reduction and treatment of acid drainage.

※ 구간(출원년도): 1구간(1974～1977년), 2구간(1978～1982년), 3구간(1983～1987년), 4구간(1988～1992년), 5구간(1993～

1997년), 6구간(1998～2002년), 7구간(2003～2007년)

Table 4. Key assignees of the technology of acid soil improvement and revegation

한국 미국 일본 유럽

출원인 건수

(점유율) 출원인 건수

(점유율)

케이.씨 리버텍 7

(2.33%)

UNIVERSITY OF CALIFORNIA

6 (5.31%)

KANEGAFUCHI CHEM IND

11 (4.56%)

WESTINGHOUSE ELECTRIC

2 (10.53%)

한상관 7

(2.33%)

UNIVERSITY OF FLORIDA

5

(4.42%) OHBAYASHI 11 (4.56%)

장정만 6

(1.99%)

WESTINGHOUSE ELECTRIC

4

(3.54%) DOWA MINING 9 (3.73%) 한국지질자원

연구원

5

(1.66%) RMT 4

(3.54%)

HITACHI CONSTR MACH

5 (2.07%)

포스코 4

(1.33%)

Yamashita, Thomas T.

4

(3.54%) UBE IND 5 (2.07%)

한국바이오콘 4

(1.33%)

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Table 5. Key assignees of the technology of reduction and treatment of acid drainage

한국 미국 일본 유럽

출원인 건수

(점유율) 출원인 건수

(점유율) 한국지질자원

연구원

8 (15.38%)

Wurzburger, Stephen Ray

3 (7.14%)

HAZAMA GUMI

2 (11.76%)

ANGLO OPERATIONS

1 (33.33%) 한국건설기술

연구원

4 (7.69%)

Gillis, Christopher S.

2 (4.76%)

Uchida Shinji

2 (11.76%)

CHEMICAL SEPARATION TECHNOLOGY

1 (33.33%)

코오롱건설 3

(5.77%)

Hilton, Jr., Gene T.

2 (4.76%)

LAPORTE INDUSTRIES

1 (33.33%) 한국광해

관리공단

2 (3.85%)

KROFF CHEMICAL

2 (4.76%) 한국과학

기술원

2 (3.85%)

에코랜드 2

(3.85%)

요출원인을 살펴본 결과(Table 4), 한국에서는 주식회사 케이.씨 리버텍과 한상관이 7건으로 가장 많은 출원을 한 것으로 나타났으며 이어서 장정만, 한국지질자원연구원, 포스코, 한국바이오콘이 관련 기술 분야 한국의 주요 연 구주체인 것으로 나타났다. 미국의 경우 UNIVERSITY OF CALIFORNIA가 6건으로 가장 많은 출원을 하였으 며, UNIVERSITY OF FLORIDA, WESTINGHOUSE ELECTRIC, RMT, 일본국적의 Yamashita, Thomas T.가 미 국에서의 주요 연구주체이다. 일본의 경우 KANEGAFUCHI CHEM IND와 OHBAYASHI가 11건으로 가장 많은 출원을 하였으며 DOWA MINING, HITACHI CONSTR MACH, LIBE IND가 일본의 주요 연구주체인 것으로 나타났다. 유 럽은 출원건수가 미약하며 미국국적의 WESTINGHOUSE ELECTRIC가 2건의 출원을 하였으나 뚜렷한 연구주체 는 나타나지 않았다. 각 국가에서 자국 출원인이 주요 연 구주체를 형성하고 있는 것으로 나타났다.

산성배수 발생저감 및 처리 기술 분야의 국가별 상위 주요출원인을 살펴본 결과(Table 5), 한국에서는 한국지 질자원연구원이 8건으로 가장 많은 출원을 한 것으로 나타났으며 이어서 한국건설기술연구원이 4건, 코오롱 건설이 3건, 한국광해관리공단, 한국과학기술원, 에코랜 드가 2건으로 관련 기술 분야 한국의 주요 연구주체로 나타났다. 미국의 경우 Wurzburger, Stephen Ray가 3건 을 출원하여 관련 기술 분야에서 가장 많은 출원을 한 것으로 나타났으나 미국, 일본, 유럽에서 관련분야의 출 원건수가 미약하여 특별한 연구주체는 나타나지 않고 있다.

심층분석

산성토양 및 산성배수 처리기술 분야의 각 분류 기술 별로 최근 학술 연구개발방향과의 기술유사성을 우선적 으로 고려하고 특허수준을 참조하여 주요특허를 선정하 였다. 특허수준은 법적 관점, 상업적 관점, 기술적 관점 으로 평가하였으며 법적관점은 공개 또는 등록 여부, 권 리잔존기간, 권리범위지수(추출건의 청구항수/모든 추출 건의 평균 청구항수)를 이용 점수화하고 상업적 관점은 패밀리 국가수를 기준으로 점수화, 기술적 관점은 발명 자수를 기준으로 점수화하여 고려하였다. 선정된 주요특 허를 통하여 기술별 형성되어 있는 특허장벽을 분석하였 다. 연구개발방향과 동일 또는 유사한 특허가 존재할 시 향후 특허 출원 후 권리 획득 또는 기술의 실시에 제약 이 될 수 있으므로 기출원된 특허들을 특허장벽이라는 용어로 표현한다.

산성/중금속오염 토양개량기술 특허장벽 분석 광산폐기물 또는 산성/중금속오염 토양의 개량기술과 관 련하여 선정된 주요특허의 핵심요지를 분석한 결과(Table 6), 불용화제, 토양 개량제, 안정화제 등을 사용한 화학 적 방법의 중금속 안정화, 미생물 또는 식물을 이용한 오 염개량, 금속폐기물 처리를 위한 처리제, 복토공법에 의 한 오염층 차단 등의 기술이 요소기술로서 특허장벽을 형성하고 있는 것으로 분석되었다. 중금속 안정화 요소 기술이 토양개량기술 분야의 대다수를 차지하고 있으며 중금속 불용화제, 산화제, 고화제, 중금속 고정화제, 안

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Table 6. Analysis of key patents in the field of acid soil improvement

분류 특허번호 출원일

(등록/공개일) 출원인 권리

상태 발명의 명칭

중금속 안정화

JP

2002-035733 2000.07.25

(2002.02.05) HAZAMA GUMI

(JP) 공개 중금속을 함유한 토양의 개량 방법 JP

3818446 2002.07.01

(2006.06.23) UBE IND (JP) 등록 중금속 고정화제 JP

3925853 2002.08.07

(2007.03.09) KURITA WATER

(JP) 등록 중금속 고정화제 및 중금속 고정화제의 안정성 개량 방법

JP

2004-105851 2002.09.18 (2004.04.08)

CIVIL CHEMICAL ENGINEERING

(JP) 공개 중금속 함유 토양의 안정화 방법 및 중금속 함유 토양용 유황 산화 세균 생육 저해제

JP

3777380 2004.03.11

(2006.03.03) HITACHI

CEMENT (JP) 등록 복합 중금속 오염 토양의 처리 방법 JP

4034775 2004.10.21 (2007.11.02)

KITA NIPPON SOIL SOGO

KENKYUSHO (JP) 등록 비소 함유 토양용 개량제 및 개량 토양의 제조 방법 JP

2009-114291 2007.11.05

(2009.05.28) TERUNAITO (JP) 공개 중금속 불용화제 및 중금속 오염 토양 처리제 KR

1997-006568 7

1996.03.21

(1997.10.13) 오수창 (KR) 공개 오염토양중 유해중금속의 안정화 처리 방법 KR

2006-000316 1

2004.07.05

(2006.01.10) 에코솔루션 (KR) 공개 비소 오염 토양의 복원 방법 KR

0838309 2007.04.18

(2008.06.09) 강릉대학교 (KR) 등록 비소 오염물의 안정화 방법 US

6623646 2001.05.15

(2003.09.23) Bryant, James

Daniel (US) 등록 In-situ chemical oxidation-reduction and precipitation of heavy metals in soils and groundwater US

6884352 2003.02.14

(2005.04.26) Kennedy, Lonnie G.

(US) 등록

Treating toxic solvents and heavy metal contaminants in groundwater and soil using iron sulfides microbial geochemical treatment zone US

20040068156 2003.10.01

(2004.04.08) Forrester, Keith E.

(US)

공개

Heavy metal stabilization using wet process phosphoric acids and complexing combinations, particularly for mining waste

US

20080086022 2007.03.01

(2008.04.10) 공개 Method for complex stabilization of Pb and As bearing waste and soils

US

7581902 2007.02.28

(2009.09.01) AUBURN

UNIVERSITY (US) 등록 In situ immobilization of metals in contaminated sites using stabilized iron phosphate nanoparticles

미생물 /식물 활용

JP

2005-144404 2003.11.19

(2005.06.09) SUMIKON

SERUTEKKU (JP) 공개 토양오염 수복 방법 JP

4088690 2004.03.16

(2008.03.07) UNIV. OF

MIYAZAKI (JP) 등록 신규 미생물과 미생물에 의한 비소류의 제거 방법 US

7065920 2004.10.08

(2006.06.27) UNIV. OF

FLORIDA (US) 등록 Contaminant removal by additional ferns

폐기물 처리

JP

3724062 1996.06.13

(2005.09.30) KANEGAFUCHI

CHEM IND (JP) 등록 폐기물처리 재목 및 폐기물처리 방법 JP

2000-325915 1999.05.20

(2000.11.28) MIYOSHI OIL &

FAT (JP) 공개 고체상 폐기물의 처리 방법

복토 공법

KR

0881977 2007.05.16

(2009.01.29) 한국지질자원연구원

(KR) 등록 오염토양 차단층 및 이를 이용한 기능성 다층객토

복원공법 KR

0869719 2008.02.21

(2008.11.13) 문상돈 (KR) 등록 복토차단층용 고화제 및 이를 이용한 차수층 시공 방법

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Table 7. Analysis of key patents in the field of revegetation

토양 개량제

EP 0707056

1995.08.23

(1996.04.17) DRAVO LIME (US)

공개 A soil ameliorant and a method of ameliorating acid soil to enhance plant growth

US 5628811

1994.08.23

(1997.05.13) 등록 Method of ameliorating acid soil to enhance plant growth

EP 1208922

2000.11.21 (2004.03.03)

Leggo, Peter J.

(GB)

등록 Method of sustaining plant growth in toxic substrates polluted with heavy metal elements

US 20050257586

2004.12.23 (2005.11.24)

Dunn, Stephen R.

(US) 공개

Method of sustaining plant growth in hazardous substrates, limiting the mobility of substrate contaminants, and beneficiation of normal soils JP

1996-291286

1994.01.26 (1996.11.05)

SANGYO SHINKO

(JP) 공개 산성 토양 사면의 토양 개량 시공 방법 JP

2005-281658

2004.03.30 (2005.10.13)

Igarashi Kazutoshi

(JP) 공개 폐알카리의 유효 이용 방법 미생물

토양 개량 기법

JP 2001-136833

1999.11.15 (2001.05.22)

SUMITOMO

CONSTR (JP) 공개 산성 토양의 녹화 방법 KR

0903666

2006.03.28 (2009.06.11)

코엔바이오

(KR) 등록 백색부후균을 이용한 토양개량제 및 이를 이용한

폐광지식생복원과 중금속오염정화 방법

중화층 이용 식생 공법

JP 2923227

1995.03.16 (1999.04.30)

NIPPON GODO

HIRYO (JP) 등록 강산성 토양의 법면 녹화 공법 JP

2003-082671

2001.09.06

(2003.03.19) OHBAYASHI (JP)

공개 법면 녹화 방법 및 그에 이용하는 배수성 중화판 JP

4106389

2007.02.02

(2008.04.04) 등록 법면 녹화 방법

JP 4102125

2002.07.04 (2008.03.28)

FUKUDA

(JP) 등록 토양 녹화 공법

KR 0885039

2007.07.30

(2009.02.16) 한국지질자원연구원 (KR)

등록 산성배수가 발생하는 절토, 성토 면의 생태복원 녹화공법

KR 2009-0095233

2008.03.05

(2009.09.09) 공개 산성배수가 발생하는 절취암석사면 생태복원

녹화공법 황철석

코팅

KR 0868776

2007.07.11 (2008.11.07)

한국지질자원연구원

(KR) 등록 산성배수 발생억제 및 식생피복 촉진을 위한 코팅제 폐석

복토

KR 0494567

2004.10.28 (2005.06.01)

대한민국

(KR) 등록 활엽수칩을 이용한 폐광지 식생복원 방법 정제 등의 화학적물질을 이용하여 중금속의 고정화, 용

출억제 등에 사용되고 있다. 미생물 또는 식물 활용 요소 기술은 비소 또는 시안 화합물 오염토양 복원을 위하여 신규 미생물 또는 양치류 식물을 이용하여 오염물질을 제거하는 방법을 활용하고 있다. 폐기물 중금속처리 요 소기술은 광산폐기물이나 토양 등의 고체상 폐기물을 처 리하는 방법으로 중금속 추출제 또는 처리제를 활용하고 있다. 복토공법 요소기술은 오염층의 객토 복원공법으로 오염층과 객토층 사이에 오염토양 차단층을 구비하는 기 술과 복토 차단층용 고화제를 활용하는 기술이 있다. 향

후 연구개발방향으로 새로운 성분의 중금속 안정화 처리 제 개발과 차별화된 토양개량 공법이 요구된다.

식생복원기술 특허장벽 분석

산성토양의 식생복원 기술과 관련하여 선정된 주요특 허의 핵심요지를 분석한 결과, 식생복원을 목적으로 산 성토양 또는 중금속 토양을 개량하기 위한 토양개량제, 미생물을 활용한 토양개량기법, 중화층을 활용한 식생공 법, 황철석코팅, 폐석복토 등의 기술이 요소기술로서 특 허장벽을 형성하고 있는 것으로 분석되었다(Table 7).

(9)

토양개량제 요소기술은 석고와 마그네슘 수화물로 구성 되는 연도가스 탈황 부산물, 제올라이트 광물과 동물 배 설물로 구성되는 유기-제올라이트 화합물, 석탄재에 알 칼리 수용액을 첨가하여 열처리한 개질 석탄재, 폐알칼 리 함유물 등을 토양개량제로 활용하고 있다. 미생물을 활용한 토양개량기법 요소기술은 알루미늄 이온을 흡착 제거하는 미생물과 슬러지 및 톱밥 혼합물에 부숙촉진용 신균주를 첨가하여 활용하고 있다. 중화층을 활용한 식 생공법 요소기술은 산성토양 또는 산성토양 법면에 산성 교정층, 중화판, 중화층, 기능성 인공토양 등을 구성하고 그 위에 식생층을 형성하는 방식의 녹화공법이다. 기타 요소기술로 황철석 함유 특이 산성토의 산성배수 발생억 제 및 식생피복을 위한 코팅제와 폐광산 폐석을 활엽수 칩으로 복토하는 식생복원 기술이 있다. 식생복원기술 분야에서도 새로운 토양개량제 또는 중화층 재료 개발과 함께 차별화된 복원공법 연구가 앞으로 필요하다.

산성배수 발생저감 및 처리기술 특허장벽 분석 산성광산배수 또는 산성암석배수의 발생저감 및 처리 기술에 관한 주요특허의 핵심요지 분석결과(Table 8), 산성배수를 처리하기 위한 기술로서 각종 처리조를 배치 하는 처리기술, 황화광물의 안정화에 의한 황화광물 산 화방지기술, 황산염환원 또는 침전 반응에 의한 황산염 제거기술이 요소기술로서 특허장벽을 형성하고 있는 것 으로 분석되었다. 산성배수처리 요소기술은 각종 처리조 또는 여과장치를 유로상에 배치하여 산성배수를 처리하 는 기술로서 산성배수 함유 이온의 산화처리, 중화처리, 침전처리, 정화 또는 여과처리를 적절히 조합 배치하여 산성배수를 처리하는 기술이 다수이다. 황화광물 산화방 지 요소기술은 화학적 처리방법에 의하여 황화광물의 산 화를 방지하는 기술로서 폐석회, 시멘트 등의 알칼리제 를 혼합 또는 피복하거나 유기산을 주성분으로 하는 항 산화제를 첨가하는 기법 등이다. 황산염제거 요소기술은 산성배수에 포함된 황산염을 황산염환원 박테리아에 의 해 침전 제거하는 기술이 주를 이루며 전기분해처리 또 는 암모니아 투여를 통한 화학적 처리가 제시되기도 하 였다. 향후 차별화된 중화 처리제와 산화방지용 피막제 개발이 필요하며 화학적 기작의 황산염 제거기술 등을 공백기술로 제시할 수 있다.

결론 및 시사점

산성토양 및 산성배수 처리기술과 관련하여 효과적인 연구개발 방향 수립과 기존 기술과 차별화된 연구 성과 를 이끌어 내는데 도움이 될 기초 데이터를 제공하고자

한국, 미국, 일본, 유럽 4개국에 출원 공개/등록된 특허 를 중심으로 특허동향을 분석하였다. 산성토양개량 및 식생복원 분야와 산성배수 발생저감 및 처리 기술 분야 의 특허 점유율 분포는 한국이 각각 44%, 45%로 최다 출원국으로 나타났다. 각 기술 분야별 포트폴리오 분석 결과, 한국은 모든 분야에서 발전기 단계에 있는 것으로 나타나 최근까지 관련연구가 활발한 것으로 분석되며 미 국과 일본의 경우 산성토양개량 및 식생복원 분야에서 퇴조기 단계에 있는 것으로 나타나 관련연구가 최근 주 춤한 것으로 분석된다. 출원인 분석결과 공공기관으로서 한국지질자원연구원이 한국의 주요 연구주체인 것으로 나타났다.

주요특허의 심층분석 결과, 산성/중금속오염 토양개량 분야는 화학적방법의 중금속 안정화, 미생물 또는 식물 을 이용한 오염개량, 금속폐기물 처리제, 복토공법 관련 요소기술이 특허장벽을 형성하고 있고 화학적방법의 중 금속 안정화 기술이 주요 요소기술인 것으로 나타났다.

중금속 안정화 처리제의 신규 화학적 성분개발과 기존과 차별되는 토양개량 기술이 연구개발방향으로 고려될 수 있을 것으로 판단한다.

식생복원 분야는 산성토양 또는 중금속오염 토양을 개 량하기 위한 토양개량제, 미생물을 활용한 토양개량기 법, 산성토양 중화층을 활용한 식생공법, 황철석 코팅, 폐석복토 관련 요소기술이 특허장벽을 형성하고 있다.

요소기술 중 토양개량제와 중화층 이용 식생공법 관련기 술이 비교적 많이 분포하고 있으며 이와 관련한 신규특 허 창출을 위해서는 기존 특허와 차별되는 토양개량제 성분 또는 중화층의 재료에 대한 결과물 도출이 필요하 다. 상기 요소기술과 차별되며 진보된 새로운 복원방법 에 대한 연구가 수행될 경우 특허성 및 기술적 우위를 선점할 수 있을 것으로 판단한다.

산성배수 발생저감 및 처리 분야는 각종 처리조를 활용 한 산성배수처리기술, 황화광물의 안정화에 의한 황화광 물 산화방지기술, 황산염환원 또는 침전 반응에 의한 황 산염 제거기술이 요소기술로서 특허장벽을 형성하고 있 으며 한국특허의 비율이 높은 것으로 나타났다. 산성배수 중화처리를 위하여 기존과 차별되는 처리제 성분과 황화 광물 산화방지를 위한 피막제 개발, 화학적 방법의 황산 염 제거기술 등이 연구개발방향으로 고려될 수 있다.

사 사

본 연구는 한국지질자원연구원 주요사업인 “급경사지 및 휴폐광산지역의 재해예방기술 개발(11-3411)” 과제 의 일환으로 수행되었습니다.

(10)

Table 8. Analysis of key patents in the field of reduction and treatment of acid drainage

산성 배수 처리

KR 0439535

2002.04.26 (2004.06.29)

아성 엔.엠.티

(KR) 등록 지중유로형 광산배수 처리 장치 및 이를 이용한

광산배수처리 방법 KR

0427774

2003.09.08 (2004.04.07)

김장남

(KR) 등록 폐광산 폐수의 정화 방법 및 그 장치 KR

0672080

2005.10.11 (2007.01.15)

광주과학기술원

(KR) 등록 산성광산 폐수 처리 시스템 KR

0688965

2006.03.16 (2007.02.23)

(KR) 등록 사면 산성암석배수 자연정화 처리시설 KR

0753547

2007.05.18 (2007.08.23)

광해방지사업단

(KR) 등록 산성광산배수 자연정화식 처리 장치 KR

2009-0049741

2007.11.14 (2009.05.19)

송재윤

(KR) 공개 광산폐수 처리 장치

US 20070045189

2005.08.31 (2007.03.01)

GENERAL

ELECTRIC (US) 공개 Acid mine water demineralization methods US

20090026141

2007.02.14 (2009.02.14)

HOWARD

DARRYL (ZA) 공개 Effluent treatment process

황화 광물 산화 방지

US 5550141

1995.08.31 (1996.08.27)

NATURAL RESOURCES - CANADA (CA)

등록 Method for inhibiting the formation of acid mine drainage

KR 0522328

2003.09.25 (2005.10.11)

한국건설기술연구원

(KR) 등록 유해 중금속 성분을 함유한 발파암버럭의 안정화

처리 방법 KR

0639656

2006.07.21 (2006.10.23)

도화종합

기술공사(KR) 등록 현장 피막을 통한 산성암석배수 억제 공법 WO

WO03/047768

2002.12.04 (2003.06.12)

THE RESEARCH FOUNDATION

(US)

공개 Method for inhibiting oxidation of metal sulfide-containing material

WO WO04/083468

2004.03.19 (2004.09.30)

SUMITOMO

METAL IND (JP) 공개 Method for preventing oxidation of sulfide minerals in sulfide ore

황산염 제거

EP 1034140

1998.10.29 (2002.11.06)

ANGLO OPERATIONS

(ZA)

등록 Removal of pollutants from effluents with electrochemical treatment

KR 2009-0051547

2007.11.19 (2009.05.22)

(KR) 공개 매트형 산성광산배수 처리 시스템 KR

0618305

2005.01.10

(2006.08.24) 한국지질자원연구원 (KR)

등록 갱내 황산염 환원시설 KR

2009-0040045

2007.10.19

(2009.04.23) 공개 침전수로를 이용한 산성광산배수 자연정화 시스템

KR 0916842

2009.03.02 (2009.09.03)

한국광해관리공단

(KR) 등록 개선된 산성광산배수 정화용 알칼리 공급조 및 이의 시공 방법

US 5698107

1996.03.11

(1997.12.16) Wurzburger, Stephen Ray (US)

등록 Treatment for acid mine drainage US

6790352

2000.07.13

(2004.09.14) 등록 Process for treating acid mine water with moderate to high sulfate content

(11)

안 주 성

현재 한국지질자원연구원 지구환경연구본부 선임연구원 (本學會誌第46券第3号參照)

최 종 길

2005년 강원대학교 기계공학과 학사 2007년 강원대학교 기계메카트로닉스공

학과 석사

현재 (주)윕스 기술분석부 선임연구원 (E-mail; [email protected])

참고문헌

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지상우, 정영욱, 2005a, “산성광산배수로 오염된 지하수 정화용 투수성 반응벽체 반응매질 선정 기초실험,” 자 원환경지질, 제38권, 3호, pp. 237-245.

지상우, 정영욱, 2005b, “도로절개지 암석 및 광산폐석에 대한 산 발생 및 부식특성 평가,” 환경공학회지, 제25권, 4B호, pp. 291-300.

지상우, 정영욱, 백승한, 김윤상, 고주인, 김선준, 임길재, 이현석, 2007, “건설현장에서 발생되는 산성암석배수의 발생 예측 및 적용 사례,” 한국지구시스템공학회지, 제 44권, 1호, pp. 82-93.

지상우, 정영욱, 임길재, 이현석, 2006, “도로 건설에 의해 노출된 절취사면 암석에 대한 산성암석배수 발생 평가,”

한국지구시스템공학회지, 제43권, 4호, pp. 339-349.

최석원, 이찬희, 원경식, 김일석, 2001, “청주-상주간 고속 도로 예정구간의 회북지역에 대한 지질학적 및 수리지 구화학적 특성,” 지질학회지, 제37권, 1호, pp. 83-106.

(12)

부록(Appendix)

Table A-1. Search equation for the field of acid soil improvement and revegatation

기술분류 언어 검색식 검색대상

산성/중금속오염 토양개량

한글

((토양* 흙* soil* earth* land*) ((토양* 흙* soil* earth* land*) near (오염*

contamination*))) and (산성토양 산성토 (산성 adj 토양) 지질재해* (geological*

adj hazard*) 광산* mine 폐광* 휴폐광* 휴광* (abandon* adj mine) 광미 비소*

arsenic* 중금속* (heavy* adj metal*) 황화광물* 황화광석* 황철석* ((황화*

술피드* 유화* sulfide* sulphide* sulfate* sulphate*) adj (광물* 광석* mineral*)) 시안화물 cyanide* 청산가리*) and (개량* 개질* reclamat* remediat* 고형화*

solidificat* 안정화* stabl* stabiliz* 침전* precipitat* 중화* neutralizat* 미생물*

(micro adj biology*) (황산염* adj 환원*) ((sulfate* sulphate* sulphide* sulfide*) adj reduction*) 복토* 매립* ((reclamat* (fill adj up)) near (soil earth)))

한국 일본

영문

(soil earth land) and ((acid adj (soil earth land)) mine arsenic (heavy* adj metal*) ((sulfide* sulphide* sulfate* sulphate*) adj (mineral*)) cyanide*) and (solidificat*

stabl* stabiliz* precipitat* neutralizat* (micro adj biology) ((sulfate* sulphate*

sulphide* sulfide*) near reduction*) (ion adj oxidation) ((reclamat* remediat*

(fill adj up)) near (soil* earth* land*)))

미국 유럽 PCT

식생복원

한글

(식생* 식물* 생태* vegetat* plant* grass* afforest* greening) AND (녹화* 복원*

피복* restorat* revegetat*) AND (산성토* 산성토양* (산성* adj (토* 토양*)) (acid* adj2 (soil* land* earth*)) 유해원소* 위해원소* ((유해* 위해*) adj (원소*)) ((harm* hazard*) adj (element*)) 비소* arsenic* 중금속* (heavy* adj metal*) 시안화* cyanide* 중화* neutralizat* ((독성* toxicity*) near (저감* 감소* 제거*

reduc* remov* 변화* change*)) 생장* 성장* grow*)

한국 일본

영문

(revegetat* restorat* afforest* greening* vegetat* ((plant* grass* vegetat*) near (grow*))).ti. and (((acid* arsenic* (heavy* adj metal*) cyan* toxic* pollut*

hazard*) and (soil* land* earth* ground* substrat*)) (((neutraliz* remov*

recover* remediat*) near3 (acid* arsenic* (heavy* adj metal*) cyan* toxic*

pollut*)) and (soil* land* earth* ground*)))

미국 유럽 PCT

Table A-2. Search equation for the field of reduction and treatment of acid drainage

기술분류 언어 검색식 검색대상

산성배수 처리 일반

한글

(광산폐수 광산배수 광산유출수 광산폐기물 ((광산 mine) adj2 (폐수 배수 유출수 침출수 폐석 폐기물 drain*)) ((폐광* 휴폐광* 휴광* (abandon* adj mine) 함탄층*

절취사면* 적치장 폐석) and (배수 폐수 유출수 침출수 drainage)) ((산성* acid*) adj (배수 폐수 침출수 유출수 water* drainage*)) ((사면*) and (배수 폐수 유출수 침출수 drainage) and (황화광물 철 알루미늄 중금속 비소)))

한국 일본

영문

(acid* adj mine adj (drainage water)) (acid* adj rock adj (drainage water)) ((mine slope rock) and (acid iron aluminum (heavy adj metal) arsenic ((sulfide*

sulphide* sulfate* sulphate*) adj (mineral*))) and (drainage effluent sewage fluid) and (remediat* treatment* reduct* remov*))

미국 유럽 PCT

황화광물 산화방지

한글

(광산* 폐광* 휴폐광* 휴광* mine 암석* 산성*) and (배수* 폐수* 유출수*

침출수* drainage*) and (황화광물* ((황화* 술피드* 유화* sulfide* sulphide*

sulfate* sulphate*) adj (광물* 광석* mineral)) 황화물* sulfide* sulphide*

sulfate* sulphate* 황철석*) and (피복* 피막* 코팅* coat* ((산화* oxidat*) near2 (방지* 억제* protect* prevent*)))

한국 일본

영문 ((sulfide* sulphide* sulfate* sulphate*) adj (mineral* material* mine*)) and (coat* (oxidat* near2 (protect* prevent*)))

미국 유럽 PCT

황산염 제거