탄소는 금속과 비철금속(고강도 및 전도성), 세라믹(내열성), 플라스틱(경량) 등의 장점을 모두 보유한 소재로 일컬어진다. 산업 전반의 에너지 절감을 위해 사용이 급격하게 증가될 것으로 전망되는 가운데 특히 항공과 풍력 블레이드, 자동차 부품, 스포츠 용품 등의 산업 분야에서 탄소 융합 산업이 활성화 될 것으로 예측된다.
원천 기술로 탄소 소재 기술은 석유·석탄계의 전구체로부터 물리·화학·기계적 융합 공정을 통해 탄소만으로 이뤄진 다양한 크기 및 차원(입자상, 섬유상, 판상)의 탄소 물질을 생성한다. 이후 금속·세라믹·고분자 등의 매트릭스와 융합해 혁신적인 성능을 갖는 고부가가치형 소재 및 부품을 창출해 내는 기술이다.
현재 국내 수요 탄소 소재의 대부분은 상용화 기술 및 시설 부재로 수입에 주로 의존하고 있다. 특히 전라북도 탄소 소재 육성 사업의 초점인 탄소섬유와 흑연, 활성탄소는 대외 수입이 매우 높은 품목이다.
국내 탄소섬유 관련 업체 중 직접 탄소섬유를 수입해 사용하는 업체는 약 45개 업체다. 그밖에 150여개 업체는 한국카본과 SK 케미칼에서 생산되는 카본 프리프레그를 사용하고 있다.
다른 산업이나 소재와의 융복합성이 우수해 전 산업에 걸쳐 다양하게 활용되는 탄소 소재는 융합에 의한 신산업을 통해 대기업과 중소기업 간의 협업 플랫폼 형성이 가능할 뿐만 아니라 중소기업이 혁신의 주체가 돼 경제성장의 원동력으로 떠오를 수 있다.
△새만금과 융합산업 메가 클러스터
새만금개발청은 세계 최장의 방조제(33.9㎞), 노출된 부지(156.3㎢), 고군산군도(3.3㎢) 등에 레저·관광·문화·생태 공간·산업 용지 등을 조성해 명품 복합 도시, 동북아 경제의 중심지로 조성할 계획이다.
특히 산업 용지 유치 업종은 자동차 부품과 조선 기자재, 기계 부품, 신소재·나노 융합, 신재생 에너지, RFT(핵융합), 바이오 식품 등을 선정할 계획이다. 즉 첨단 업종과 신에너지 분야 R&D 기능을 연계한 차세대 성장 육성 축을 조성할 계획인 것이다.
새만금에 가장 적합하면서도 꼭 필요한 산업으로는 탄소 소재 활용도가 높은 친환경 수처리 산업과 친환경 전기 자동차, 친환경 건축 산업 등이 꼽힌다. 새만금에 친환경 수처리 연구 센터와 전기 자동차 실증 연구 센터, 건축·친환경 실증 인증 센터를 설립하고, 새만금을 ‘친환경 미래 도시’로 개발해야 한다는 주장이 나오는 이유다.
이러한 흐름에 발맞춰 새만금 지역에 미국의 실리콘밸리(약 3억 평), 일본의 즈꾸바연구학원도시(약 9500만평), 대덕 특구, 대구·경북 DGIST, 송도 사이언스빌리지 등 국내외 혁신 클러스터를 능가하는 ‘100만평 융합 산업 메가 클러스터’를 조성해야 한다는 의견이 힘을 얻고 있다. 100만평 융합 산업 메가 클러스터 구축으로 세계적인 우수 연구자와 투자전문가 등의 공동 연구, 사업화 추진에 의한 전북의 산업구조 혁신을 이뤄야 한다는 것이다.
100만평 융합 산업 메가 클러스터에는 우리나라와 전북의 미래융합기술 진흥을 위한 ‘미래융합기술진흥원’을 설립하고 국내외 우수 연구자가 한자리에 모여 연구할 수 있는 ‘글로벌 공동 연구소’설치 등이 청사진으로 제시된다.
또 융합 산업 메가 클러스터에 국내외 200여개 탄소 융합 산업 분야 전문 대기업과 중소기업을 적극 유치한다면 상호 시너지 효과가 발휘될 것이다. 대기업 10개를 비롯해 중견 기업 20개, 중소기업 150개, 지식 서비스 산업 분야 및 전문 연구 기관 20개 등으로 구성해 연구 개발과 사업화를 자급자족할 수 있는 시스템을 조성할 수 있다.
여기에 전북 탄소융합산업대학교·대학원까지 설립한다면 기업과 연구 기관에 공급할 전문 R&D 인력과 기술을 육성할 수 있다. 혁신 클러스터의 시너지 효과를 높이기 위해서는 국내외 우수 대학교와 창업보육센터를 유치하고, 과학 문화 복합 콤플렉스(Complex)를 구축해 24시간 불이 꺼지지 않는 ‘글로벌 연구 문화 단지’가 될 것으로 기대된다.
△국외 선진 탄소 소재 산업 클러스터
MAI(Munich Augusburg Ingolst ate) 카본 밸리는 독일 남부의 아우디와 BMW 등 프리미엄 자동차 생산 기지가 위치한 뮌헨, 아우구스부르크, 인골슈타트 등 3개 도시를 주축으로 한다. 60여개의 탄소 기업 연합체가 자동차용 탄소 복합재 적용을 위해 국내외로 활동 중이다.
CFC(Carbon Fiber Composites) 밸리는 에어버스(Airbus)사를 중심으로 독일 함부르크 지역의 탄소 관련 기관과 기업 연합체 형태로 구성돼 있다. 주요 기업과 기관은 에어버스와 DLR, 프라운호퍼, CTC 등으로 항공용·산업용 탄소 복합재를 다룬다.
이탈리아 첨단 소재 기술 특구(IMAS T)는 이탈리아 남부 나폴리 공업단지에 있는 특구로 탄소복합재 관련 20여개 기업과 기관 등이 위치하고 있다. 이탈리아 최대 자동차 업체 피아트를 비롯해 항공기 제작사 보잉, 반도체 회사 ST마이크로일렉트로닉스 등 글로벌 기업과 네트워크를 형성하고 있다.
△각국의 탄소 기술 개발 현황
현재 탄소 시장은 일본과 미국, 독일 등 선진국들 주도로 탄소 개발이 진행되고 있으며 원천 기술 보유 소수 기업이 독과점적으로 지배력을 행사하는 상황이다. 일본 도레이와 도호, 미쯔비시가 전세계 탄소섬유 생산의 89%를 점유하고 있다.
선진국들은 대규모 정부 지원 및 확보된 원천 기술을 바탕으로 다양한 R&D 활동을 추진한다.
일본과 미국 등은 대기업과 학연 위주의 다기능 탄소 소재 생산과 응용 제품 개발에 주력하고 자국 내 광범위한 제품 시장을 보유하고 있다.
일본은 도레이와 도호, 미쯔비시 등의 기업을 중심으로 연구 개발을 진행한다. 신에너지 산업 기술 종합개발기구(NEDO)와 시즈오카대학, 산업기술종합연구소(AIST) 등 연구 기관과 대학을 중심으로 탄소섬유 연구를 하고, 도레이는 카본블랙과 티탄블랙을 이용해 수지블랙을 양산하고 있다.
미국은 국가 차원에서 원자력 발전소용 탄소섬유 연구 자금을 지원한다. 특히 미국은 탄소나노튜브 기술력이 세계 최고로 탄소나노튜브 관련 원천 특허를 보유하고 있다.
중국 또한 정부 주도의 탄소섬유 투자 확대로 전략적 육성 체계를 구축하고 나섰다. 제12차 5개년 계획에 탄소섬유 기술 발전 내용을 포함해 고기능탄소섬유(T400, T700 수준) 원사와 탄화 등의 연구 개발에 집중 투자할 방침이다. 이를 통해 오는 2015년까지 1만 톤급 기술을 확립하겠다는 계획이다.
국외 각 국가들의 탄소 소재 개발 현황은 기능의 다양화와 고도화, 폭넓은 응용 분야로 확대되는 추세다.
향후 전북은 이러한 각국의 실정을 반영한 명확하고 구체적인 목표를 설정해 융합 기술 및 산업의 영역을 구축해 나갈 것으로 보인다. 당장 직면한 사회적 니즈(Needs) 및 정책적 목적을 충족하기 위해서는 융합 산업 테마의 선정과 추진이 절실한 시점이다.