[스타트업 투게더] 퍼스트랩, “집속초음파 기술로 화장품-의약품 원료 배합해 효율 향상…폐수처리에도 적용”

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현재 투자유치 단계 : 프리시리즈A
투자유치 목표 금액 : 30억원
투자유치 희망 시기 : 2024년 2분기

화장품, 식료품, 의약품, 도료 등을 제조하는 산업의 공통점은 무엇일까. 바로 원료의 혼합이 매우 중요하다는 것이다. 그리고 단순히 혼합하는 것이 아니라 고르게 잘 분산시켜 혼합해야 한다. 이러한 기술을 유화 분산 기술이라고 한다. 그러나, 물과 기름처럼 잘 섞이지 않는 물질을 섞으려면 특별한 소재가 필요한데, 그 대표적인 것이 계면활성제다.

계면활성제는 그 분자 구조상 한쪽 끝에는 물과 잘 달라붙는 친수성 부분이 있고, 다른 쪽 끝에는 물에 잘 달라붙진 않지만 기름과는 잘 결합하는 소수성 부분을 가지고 있어서 기름 방울이 물 속에서 안정적으로 물과 결합할 수 있도록 하거나, 옷에 달라 붙은 기름때를 제거할 수 있도록 도와준다.

식료품에서도 천연 계면활성제를 볼 수 있는데, 대표적으로 계란 노른자, 정확하게는 노른자에 함유돼 있는 레시틴 성분이 그 역할을 한다. 마요네즈는 식물성 기름, 물, 식초 또는 레몬 주스, 계란 노른자 등으로 구성돼 있는데 레시틴은 이들 원료들을 묶어주는 계면활성제 역할을 한다.

그런데, 이러한 계면활성제는 여러 가지 문제를 가지고 있다. 대표적으로 인체에 좋지 않고, 환경에 유해하다는 지적이다. 또한, 어떤 물질 속의 기름 성분, 예를 들어 화장품 안에 들어있는 유분은 나름의 작용을 하기 위해 존재하는 것인데, 계면활성제는 그러한 유분을 감싸는 형태로 포획하기 때문에 원했던 작용이 잘 발현되지 않는 면도 있다.

퍼스트랩은 이러한 계면활성제의 문제점과 한계를 극복하기 위해, 집속 초음파 기술을 이용해 물과 기름, 그리고 여러 원료를 골고루 섞어주는 유화 분산 장비를 개발하는 첨단 기술기업이다. 애초 집속 초음파를 통한 유화 분산 기술은 지난 2008년 한국표준과학연구원의 연구진이 개발하여 특허를 냈던 기술이다. 또한 이 기술을 사용해 유화 분산 장비를 개발하는 스타트업이 표준연구원 주도로 만들어진 바 있다. 그러나, 초음파 전달의 불균일성, 나노 유화 분산의 불균질성, 그리고 연속 공정의 제약 등으로 인해 제품의 양산화에는 실패했다. 퍼스트랩 황보민성 대표는 당시 해당 스타트업에서 사업화를 담당하다가 퇴사를 하였는데, 이후 해당 스타트업의 양산 실패를 전해 듣고 그 실패를 교훈삼아 양산이 가능한 새로운 기술을 도입하면서 퍼스트랩의 창업에 이르게 됐다.

황보민성 대표가 찾은 해법은 바로 기존 초음파 기술이 이용했던 배치타입, 혹은 배쓰(Bath), 혼(Horn) 타입 기술과는 달리 원통형의 압전세라믹에 원료를 집중해서 통과시키면서 초음파를 더 강력하게 집속해 전달하는 시스템인 DEBREX였다. 이 기술로 인해 퍼스트랩은 기존 기술이 달성하지 못했던 초음파 집속의 균일성, 나노 유화 분산의 균질성, 그리고 30일까지 가능한 연속 공정 능력을 확보할 수 있었다. 또한, 미국 유수의 초음파 유화 분산 기업인 M사의 장비와 비교해도 입자 사이즈가 더 작고, 균일성도 높으며, 분산된 상태가 지속되는 기간도 4배까지 더 유지되는 등 월등한 기술을 보여주고 있다. 이러한 기술력을 인정받아 지난 3월 디캠프가 주최한 디데이에서 우승을 하는 등 각종 수상이 이어지고 있다.

초음파 집속 기술 ‘퍼스트랩’, 3월 디데이 우승

만약 퍼스트랩이 구상하는대로 계면활성제 없이, 또는 최소한의 계면활성제만 사용하고도 24개월간 유화 분산이 유지되는 기술이 양산능력까지 갖추게 된다면 화장품, 의약품, 식료품, 도료, 2차 전지 등 각 산업에서 획기적인 전환이 일어날 것이다. P&G, 일본화약, Resonac 등 세계 유수의 기업들이 퍼스트랩을 주목하고 글로벌 진출 협의를 이어나가는 것은 바로 이러한 가능성 때문이다.

한편, 퍼스트랩은 나노 유화 분산 분야만이 아니라, 오염수의 수처리 및 석유화학 폐기물의 분해에도 자사의 집속 초음파 기술을 적용하며 사업 영역을 넓히고 있다. 오염수 처리에서는 현재 각광받고 있는 고도산화공정(AOP)에 집속 초음파를 통한 마이크로버블 기술을 접목시켜 수처리 산업으로도 진출을 꾀하고 있다.

또한, 석유화학 제품에는 ‘궁극의 플라스틱’이라 불리며 거의 분해되지 않는 것으로 알려진 과불화화합물(PFAS)들이 있다. 가장 잘 알려진 것으로는 흔히 ‘테프론’이라 불리는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이 있는데 이러한 과불화화합물들은 탄소(C)와 불소(F)가 강력히 결합하고 있어 제품 폐기 이후에도 거의 분해가 되지 않고, 인체에 축적됐을 때 매우 심각한 독성을 발현하여 많은 국가들에서 처리에 골머리를 앓고 있다. 그런데 이런 과불화화합물들도 퍼스트랩의 집속 초음파 기술을 통하면 적게는 49배, 많게는 12,000배까지 분해력이 향상되는 것이 확인되었다. 현재 퍼스트랩은 수처리 분야에서 SK에코플랜트, 수자원공사(K-WATER) 등과 협업을 진행 중이며, 플라스틱 분해 분야에서도 글로벌 기업들과 논의를 이어가고 있다.

스타트업이 좋은 기술을 갖고 있더라도 사업에 실패하거나, 제품 양산에 실패하는 경우는 흔히 일어나는 일이다. 그러한 실패에 굴하지 않고, 기존 기술을 오히려 획기적으로 발전시켜 이제 글로벌 시장을 두드리는 ‘퍼스트랩’에 투자자들의 관심이 매우 필요한 때다.

퍼스트랩이 해결하려는 문제점이 무엇입니까?

제조산업에서 공통적으로 쓰이는 기술은 여러 물질들을 균일하게 잘 섞고, 그 상태를 오랫동안 유지시키는 유화분산기술입니다. 영어로는 ‘Emulsion dispersion’ 기술이라고 합니다. 그동안 산업계는 계면활성제라는 유화제를 넣고 유화분산을 진행해 왔습니다. 계면활성제는 물과 기름처럼 잘 섞이지 않고 뚜렷하게 구분되는 물질들의 경계면을 활성화시켜 유화 분산을 하는 물질입니다. 비누가 대표적인 계면활성제인데요. 비누 분자의 한쪽 끝은 물과 잘 달라붙는 친수성의 성질을 갖고 있고, 다른 쪽 끝은 물과 친하지 않은 소수성의 성질을 갖고 있지만 기름과는 잘 달라붙는 성질을 갖고 있습니다. 그래서 비누로 기름때를 제거할 수 있는 것이지요.

그러나 산업계에서는 물질의 공정절차가 길어지면서 계면활성제가 안정성이 떨어지는 문제가 발생하고 있고, 계면활성제가 어떤 물질의 표면을 감싸는 성질 때문에 해당 물질이 가진 효과를 잘 구현하지 못한다는 문제도 있습니다. 또한, 환경과 인체에 부정적인 영향을 미친다는 보고도 계속되고 있습니다. 이런 상황에서 새로운 방식을 통해 기존 유화 분산 방식 대비 높은 성능의 소재를 개발하려는 노력들이 산업계에서 계속 이어지고 있는 상황입니다.

퍼스트랩은 어떤 방식으로 이 문제를 해결합니까?

저희는 초음파 집속기술을 통해 이 문제를 해결하였습니다. 기본적으로 물과 기름이 섞여 있을 때 강력한 집속초음파를 주입하면 기름이 나노미터 단위의 아주 작은 크기로 분리되면서 물 안에 골고루 섞일 수가 있습니다. 그리고 이렇게 작아진 기름입자는 여전히 물 위로 뜨려는 부력, 구동력을 가지고 있지만, 물 내부의 브라운 운동력이 이러한 부력, 구동력보다 더 크기 때문에 물 위로 뜨지 못하고 물 안에 골고루 분산돼 있는 상태로 유지됩니다. 이러한 초음파 집속을 통한 분산 유화기술은 최근에 개발된 것이 아니라 표준연구원 등에서 특허가 출원되고 개발되어 온 기술입니다. 저는 당시 표준연구원 출신 창업기업에서 사업화를 담당하고 있었는데, 당시에는 이것이 상용화되지 못했습니다.

기존의 초음파 기술들이 상용화가 되지 못한 가장 큰 이유는 배쓰(bath) 타입 또는 혼(horn) 타입의 용기에 물질을 넣어놓고 초음파를 주입했기 때문에 액체의 위치마다 전달되는 초음파가 균일하지 못하여 유화 분산이 잘 되지 못했습니다. 또한, 에너지 전달에 한계가 있었고, 이를 극복하기 위해 더 강력한 주파수의 초음파를 주입하려고 하면 진동 및 소음, 발열 등의 문제로 원하는 결과를 얻을 수 없었습니다. 당연히 연속공정을 통한 양산에도 실패하였지요.

퍼스트랩은 이러한 배치타입의 문제, 불균일한 초음파 주입, 기존 주파수 대역의 한계점들을 극복하고 연속공정을 가능케 하면서 균일한 나노입자의 제조가 가능한 집속 초음파 기술을 개발하였습니다. 이러한 기술을 통해 매우 균일한 나노입자 제조를 통해 계면활성제 없이, 혹은 기존 공정대비 10-20% 정도의 계면활성제를 사용하여 유화분산을 진행하고 있습니다.

이러한 기술을 통해 가장 먼저는 화장품에서부터 시작하여, 의약품과 2차전지, 건강기능식품, 페인트 등에 적용해 나가면서 혁신을 이루어 내고 있습니다.

경쟁사 대비 퍼스트랩의 경쟁력과 기술적인 장점이 무엇입니까?

앞서 말씀드린대로 현재 유화분산을 위한 초음파 기술은 고압분산방식을 많이 사용하고 있는데, 그러한 방법은 배치타입으로 제조시마다 30% 이상의 로스가 발생하고, 무계면활성제 유화분산이 불가능하여 기존 소재들의 성능을 획기적으로 끌어올리지 못합니다.

반면 퍼스트랩의 집속 초음파 유화분산 기술은 아주 얇은 압전 세라믹 원통형 튜브에 유화 분산 대상 물질들을 통과시키면서 중앙부에 초음파를 집속하여 에너지를 전달함으로써 대단히 균질하고 정밀한 유화 분산 결과를 도출할 수 있습니다. 또한, 배치 타입처럼 일정 용량을 한번 채운뒤 작업하고 비우고, 또 다시 채워서 공정을 반복하는 방식이 아니라, 압전 세라믹 튜브에 물질을 계속 통과시키면서 초음파 에너지를 주입하는 방식이기 때문에 30일 가량 연속 유화 분산이 가능합니다. 이러한 기술적 장점 때문에 기존의 초음파 유화 분산 기술에서 실패한 양산시스템을 퍼스트랩은 갖출 수 있었습니다.

퍼스트랩이 제공하는 제품/서비스는 무엇인가요? 현재 상태는?

2023년 12월 우리는 DEBREX라는 집속 초음파 연구용장비와 소형장비를 국내에 출시하고, 현재 판매 진행 중입니다. 또한 일본 및 독일 전시회에 출품하면서 현지 유통사들과 협의를 지속적으로 해나가면서 빠른 글로벌 시장 진출을 진행 중에 있습니다.

2024년 하반기에 양산능력을 갖춘 생산용장비를 국내시장에 출시할 예정이며, 2025년에는 연구용, 소형, 생산용 3가지 라인업을 일본과 유럽시장에 출시할 예정입니다.

퍼스트랩의 타깃 시장 크기와 핵심 타깃 고객은 누구입니까?

글로벌 유화분산장비 시장은 약 4조원 규모로 추산되고 있습니다. 하지만 이 시장들은 양산용 제품들에 한해 추산된 것으로 대량설비시장까지 합산한다면 더욱 시장은 클 것으로 보고 있습니다.

현재 글로벌 시장 레퍼런스 확보 및 가능성을 넓혀가기 위해 글로벌 기업 및 국내 대기업들과 협업을 진행하고 있으며 동시에 국내외 유통사들과 협력하면서 장비판매를 진행하고 있습니다.

퍼스트랩의 비즈니스 모델은 무엇입니까?

1차적으로 장비판매를 통한 수익을 창출하고 있으며, 완제품 제조사들과 공동연구를 통한 부가적인 수익창출을 목표로 하고 있습니다. 특히 기존 제품 대비 퍼스트랩의 유화 분산 입자는 월등히 뛰어난 흡수력, 높은 발림성 등이 가능해 제품개발을 통해 추가 매출을 창출할 수 있습니다.

당사가 초고압 분산 초음파 방식으로 유화 분산 장비를 개발하고 있는 미국의 유수 기업 M사와 제품 테스트를 실시해 본 결과, M사의 유화 분산 입자 크기가 100 나노미터에서 수 마이크로미터인데 반해, 퍼스트랩의 집속 초음파 기술을 사용해서 만든 입자의 크기는 50 나노미터에서 500 나노미터에 불과해 월등히 성능이 높음을 알 수 있었습니다. 또한, M사는 연속 생산이 어려운 데 반해, 당사는 압전 세라믹 튜브를 이용한 연속 생산공정이 가능하여 생산 단가를 낮출 수 있으며, 유화 분산 지속효과 역시 6개월 이하 대 24개월로 월등한 지속 효과를 보였습니다.

그 동안 퍼스트랩 팀의 성과는 무엇입니까?

2023년 12월 DEBREX 장비 출시 직후 3건의 계약을 완료하고 현재 많은 기업들과 테스트를 진행하고 있습니다. 동시에 생산량을 늘린 생산용 장비개발을 6월말까지 마무리하고 하반기 출시를 계획하고 있습니다.

빠른 글로벌 시장 진출을 위해 P&G, 일본화약, Resonac 기업들과 PoC 및 협력을 진행하고 있으며, 일본과 유럽 유통사들과 협의를 이어나가고 있습니다.

현재 2건의 등록특허를 보유하고 있으며 지속적으로 특허출원을 내고 있습니다. 또한 올해 미국, 일본, 유럽지역에 특허출원을 진행 중입니다.

올해 3월 특허청과 디캠프가 공동주관한 디데이에서 우승하여 특허청장상을 받았고, SK에코플랜트, 연구개발특구진흥재단, 대전광역시에서도 수상하였습니다.

퍼스트랩 팀의 경쟁력은?

당사에는 집속 초음파 기술을 한국에서 처음으로 상용화하여 선보인 표준연구원 및 여타 연구원에서 오랜기간 근무한 집속 초음파 기술 연구진들이 모여있으며 그외에도 소재 전문가, 독성평가 전문가가 모여 기술개발을 하고 있습니다.

또한 30년 이상의 영업경력을 가지고 있는 영업팀장을 비롯, 미국에서 환경학을 공부한 Caroline 대표와 함께 글로벌 비즈니스를 진행하고 있습니다. 이렇게 각 분야의 전문가들이 모여 퍼스트랩 기술을 글로벌 시장에 내보내기 위해 노력하고 있으며 앞으로도 다양한 분야의 전문가들이 합류할 예정입니다.

우리가 투자를 받아야 하는 이유 3가지!

첫째. 퍼스트랩은 빠르게 글로벌 시장에 진입 중입니다. 현재 P&G, Resonac, 일본화약 등 글로벌기업들과 PoC 및 협업을 진행하고 있으며, 유럽, 미국, 일본 현지 유통사들과도 논의를 하고 있습니다. 더 많은 글로벌 기업들과 협업을 이어나갈 예정입니다.

둘째. 당사의 집속 초음파 유화 분산 기술은 다양한 분야의 확장성이 있으며, 자본의 투입을 통해 그 결과를 앞당길 수 있습니다. 유화분산뿐만 아니라 수처리 분야에서도 집속 초음파 기술을 활용해 오염수 등을 처리할 수 있는데, 이 분야의 글로벌 기업들과도 교류가 활발해지고 있습니다. 빠르게 사업분야를 확장하면서 높은 매출성장을 기록할 수 있습니다.

셋째. 퍼스트랩은 기술과 더불어 2030년 이전 기술특례 상장 혹은 글로벌 기업 M&A 가능성을 동시에 가진 기업입니다. 투자자 여러분께는 다양한 EXIT 가능성이 열려 있으니 적극적인 투자 검토를 부탁드립니다.

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