[⑧ 동향과 과제] 탄소섬유로 더 가볍고 강하게…모든 산업분야 확산

탄소산업은 일본이 전 세계 시장의 70%를 차지하고 있다. 특히 방위산업과 항공기 산업 분야에서는 일본이 독점하고 있다. 전투기, 미사일 등은 물론 에어버스 A-380, 미국 보잉 787기 등 민항기에도 일본의 탄소섬유가 쓰인다. 민항기를 미국이나 유럽 등에서 만들더라도 일본의 탄소섬유를 쓰도록 품질인증 등의 방식으로 묶어놨다. 설계도면에서부터 일본의 탄소섬유가 반영돼 있기 때문에 완벽하게 시장을 장악하고 있다고 할 수 있으며, 새로운 시장의 진입이 어렵다. 따라서 탄소산업계는 그동안 자전거나 테니스 라켓, 배드민턴 라켓 등 스포츠 용품, 또는 지진대비 건축용 자재 등의 시장에 관심을 기울여 왔다.그런데 탄소섬유의 새로운 가능성이 열린 것은 자동차에서다. 독일의 BMW와 폭스바겐 등이 지난해 탄소섬유를 적용한 전기자동차와 하이브리드 자동차를 출시했다. 특히 폭스바겐에서는 ℓ당 111㎞를 달릴 수 있는 자동차를 선보여 폭발적인 반응을 이끌어냈다. 당시까지만 해도 탄소섬유는 가격이 비싸고 시장 확장성이 낮은 것으로 생각됐는데 자동차 산업계에서 갑자기 새로운 지평이 열린 것이다. 더욱 중요한 것은 자동차산업에서는 항공기와 달리 아직까지 탄소섬유에 대한 품질인증이나 규격화, 표준화가 돼 있지 않다는 점이다. 일본뿐만 아니라 탄소섬유를 생산하는 한국 등 모든 나라가 경쟁할 수 있는 마당이 열려 있다.△중국의 자동차 산업중국은 스모그가 심한 나라이다. 도심에서 이를 해소할 수 있는 방법은 공해가 없는 전기자동차밖에 없다. 앞으로 모든 시내권에서 전기자동차를 사용하도록 하겠다는 게 중국정부의 방침이다. 정부가 보조금을 지급해서 전기자동차의 값을 내리고 매연가스가 없는 도시로 만들겠다는 구상이다. 1회 충전으로 200㎞ 이상 주행할 수 있는 자동차를 개발하면 생산비의 50%, 150㎞ 이상 주행할 수 있는 자동차에는 30%를 지원한다는 방침이다. 중국의 자동차회사들도 정부의 방침에 따라 전기자동차 개발에 적극적으로 나서고 있다. 더불어 중국에서도 탄소섬유의 개발에 적극적으로 나서고 있다. 자동차의 무게를 줄이려면 탄소섬유가 가장 이상적인 방법이기 때문이다. △탄소산업의 미래자동차산업은 하나의 신호탄일 뿐이다. 앞으로는 탄소섬유의 적용이 가전제품, 생활용품 등 산업의 거의 모든 분야로 확산될 전망이다. 탄소는 훌륭한 구조재일뿐 아니라 열과 전기 전도성 등 기능성도 좋기 때문에 각종 전자제품과 OELD TV, 곡면 TV, 태양광 등에 폭넓게 적용될 것이다.특히 무인항공기와 경비행기, 국방산업 등은 우리가 앞으로 관심을 갖고 관련기업 유치에도 적극적으로 나서야 할 분야이다. 해양을 탐지하고, 날씨를 예측하고, 정찰과 감시를 담당하는 무인항공시대는 먼 미래의 이야기가 아니다. 불과 몇 년 후면 우리 곁에 다가올 무인항공기는 얼마나 가볍게 만들 수 있느냐가 관건으로 100% 탄소복합소재를 사용하게 된다. 이처럼 탄소섬유는 거의 모든 산업분야에서 혁명을 준비 중이다. 강신재 원장은 이제 일본과 한국, 중국의 탄소산업 경쟁은 시작됐다. 내년부터는 매년 15% 이상씩 탄소시장이 성장할 것이다고 말했다.△관광산업과 연계과학기술은 관광산업과 연계될 때 더 큰 시너지 효과를 낼 수 있다. 도내 곳곳에 실증체험 장소를 만들어 관광객을 유치하고 경제적 효과를 내야 한다. 고창에 산악자전거단지(탄소섬유 사용)가 있듯이, 부안에는 연료전지 자동차를 위한 전지저장소를 만들 수 있다. 지리산권 자동차시험주행 코스와 연계해 친환경 소재 부품인증 시험 체험파크로 만들 수도 있다. 탄소복합소재 적용 차량을 위한 각종 대회를 만들 수도 있다. 디자인상, 경주상은 물론 최고 연비상을 주는 것이다. 최고 연비를 얻기 위해서는 탄소소재의 사용이 불가피하다. △국내 거점 선점해야그러나 탄소사업이 발전한다고 해서 전북이 국내 탄소산업의 중심이 된다는 보장은 없다. 아니 오히려 전북의 탄소산업은 대내외적으로 많은 도전을 받고 있다.실제로 대구경북에는 현재 탄소복합소재와 관련된 661만㎡(200만평) 규모의 하이퍼텍스산업단지 및 연구개발 프로젝트를 추진 중이다. 박근혜 대통령의 선거공약에 따른 것으로 국가예비타당성조사를 준비중인 것으로 알려지고 있다.전북도 더 이상 앉아서 구경만 할 수는 없다. 메가탄소밸리를 국책사업으로 추진해야 한다. 국방항공기와 전기전자, 에너지, 스포츠, 산업, 의료용 등 다양한 분야로 나눠서 중점적으로 연구 개발하고 관련기업을 집적화해야 한다. 탄소섬유를 선점하게 되면 많은 기업과 사람이 몰려들고 돈이 생겨나게 된다. 강신재 원장은 탄소산업의 새로운 기회가 열리고 있다. 탄소산업은 100년 먹을거리다. 이런 좋은 기회를 놓쳐서는 안된다. 전북이 탄소산업의 메카가 될 수 있도록 우리가 단합하고 분발해야 한다며 개인적으로는 대기업 10개와 중견기업 20개, 소기업 100개를 집적화하는 것이 목표이다. 이러한 기업들이 지역에 자리잡으면 국내외적으로 경쟁력을 가질 수 있다고 말했다. <끝>

기획
이성원
2014.03.25 23:02

[⑦ 탄소섬유복합체용 소재] 철 10배 강도…가볍고 얇게 만들 수 있어 전자부품 각광

일반적으로 차량 무게가 1% 가벼워지면 연비가 1%씩 향상되는 것으로 알려져 있다. 그런데 자동차는 사양의 고급화와 온실가스 배출규제 등으로 차체의 중량이 크게 증가하고 있다. 철강을 대체할 수 있는 가볍고 우수한 기계적 강도를 지닌 탄소 복합재료가 각광을 받을 수밖에 없는 이유이다. 항공분야에서도 마찬가지다. 항공기의 무게를 줄이면 연비가 향상되고, 탑승인원이 그만큼 증가하게 된다. 또 골프채, 낚싯대, 자전거 등 레저산업은 물론 핸드폰과 OLED TV, 노트북 하우징재로도 탄소 복합재료가 널리 사용된다. 탄소섬유 복합재료는 철보다 강도가 10배 우수하고, 밀도는 1/5 수준으로 가벼우며, 고온에서의 열적 안정성과 내피로성, 내열성, 내부식성, 내화학성 등이 우수하여 우주/항공, 풍력에너지 및 국방용 소재로 각광받고 있다.△복합재료는복합재료는 성질이 서로 다른 두 가지 이상의 물질이 거시적으로 혼합되어 보다 유용한 기능성을 발현하는 재료를 말한다. 자연에서는 짚으로 기초를 만들고 점성이 좋은 진흙으로 공간을 채워 만든 제비집이나, 볏짚에 진흙을 섞어서 만든 황토벽 등을 예로 들 수 있다. 또 이불에 풀을 먹여서 빳빳하게 만드는 것도 복합재료의 일종이다. △기지재의 종류 탄소섬유복합재료의 기지재(Matrix)로는 고분자 물질이 많이 사용된다. 크게 열경화성(Thermalset)과 열가소성(Thermalplastic)으로 나눌 수 있다. 열경화성 수지로는 에폭시 수지, 우레탄 수지 등이 있으며, 주제와 경화제가 혼합되어 경화라는 반응이 일어난다. 반면 열가소성은 나일론 열가소성 폴리에스터, 폴리아세탈 등으로 열경화성 물질과 다르게 단독으로 사용된다.열경화성과 열가소성의 가장 큰 차이는 경화(가교) 반응의 유무라고 할 수 있다. 열가소성 수지는 열을 가하면 녹아 흐르는 현상(melting)이 일어나지만, 열경화성 수지는 열을 가해도 녹는 현상은 일어나지 않고 고온에서 탄화현상이 발생한다. 또 열경화성 수지는 열에 강하고 내화학성 및 물리적 특성이 우수한 반면에 재활용이 어렵고 생산시간(경화시간)이 필요하다. 열가소성 수지는 녹여서 재활용 할 수 있지만, 열에 약하고 내화학성이 취약하다. 따라서 복합재료의 용도에 따라 사용하는 고분자 물질을 다르게 해야 한다. △고압 RTM탄소섬유 복합체 제조에 주로 사용되는 에폭시 수지는 물성 및 내화학성, 특히 열에 강한 내산성이 우수하지만 경화 반응을 하기 위한 추가 시간이 필요하기 때문에 대량 생산에 걸림돌이 되어 왔다. 최근에는 이를 획기적으로 줄일 수 있는 방법인 고압-RTM(Resin Transfer Molding) 성형법이 사용되고 있다. 높은 압력으로 주제 및 경화제를 균일하게 섞어 혼합 시간을 단축하고 경화반응 시간을 줄일 수 있어 생산 단가와 공정비를 획기적으로 줄일 수 있다. 이러한 제품은 공정뿐만 아니라 고분자 물질과 함께 개발 되어야 효과가 있는데, 최근에서 경화시간을 단축시키면서도 기존 제품에 비해 고온에도 견딜 수 있고 화재 때 불에 타거나 번지지 않는 난연성의 고기능성을 부여하였다. 이는 자동차 산업에서 대량 생산뿐만 아니라 전기 전자 분야 등 다양한 분야에 적용될 것으로 예상된다.△전자제품 활용최근 전자 제품 트렌드는 모빌리티(이동성)다. 성능은 올라가면서 디자인은 더욱 미려해야 하고, 무게는 가벼워야 한다.특히 TV, 모니터, 핸드폰, 태블릿 PC 등 디스플레이 분야의 경우, 다양한 기능을 부여하기 위해 많은 부품들이 들어가지만 제품의 무게는 감소하는 경향이 심화되고 있다. 따라서 기존에 사용하고 있는 부품을 가볍고 얇게 만들어야 하는데 그중 주목받고 있는 재료가 탄소섬유복합체이다. 탄소섬유복합체는 철과 비교할 때 무게 및 비중은 낮아도 높은 강도를 가지며, 기존 플라스틱 물질과 비교하면 월등히 좋은 물리적 특성을 가지고 있어 더욱 얇게 적용할 수 있다. △OLED TV와 울트라 경량 노트북최근 LG전자에서 발매한 유기발광다이오드(OLED) TV의 경우, 탄소섬유복합체를 적용해 4.3mm의 초슬림 두께와 17kg(55인치 기준)의 경량 디자인을 구현했다. 곡면형 OLED TV에서 탄소섬유복합체의 채택은 더욱 강하고 가벼운 장점을 극대화하는 계기가 되었다.레노버는 라스베가스에서 열린 CES 2014에서 탄소섬유복합체를 적용하여 세계에서 가장 가벼운 노트북을 공개했다. 화면의 크기는 14인치인데 무게는 1.27kg에 불과한 울트라북 X1 카본이 그것이다.현재 출시되고 있는 OLED TV 뒷면 커버에는 프리프레그(Prepreg : 에폭시수지를 탄소섬유에 미리 함침시킨 시트형태의 중간제품)가 사용되고 있다. 그러나 프리프레그를 적층하여 만드는 공법은 성형시간이 많이 소요된다. 기존 휴대전화 및 모니터 하우징도 일반 RTM 공법으로 제품이 생산되고 있으나, 가사 시간 및 경화 시간이 오래 걸려 생산단가가 높고 대량생산에 한계가 있다. 따라서 일부 업체들은 앞에서 언급한 고압-RTM 공법을 이용한 제품 개발을 진행하고 있다.△앞으로의 과제전자재료분야에 탄소섬유복합체를 적용하기 위해 에폭시 수지가 가져야 하는 특징은 난연성이다. 난연성은 또 다른 말로 자기소화성이라고 한다. 불이 붙었을 때 몇 초안에 꺼지느냐에 따라 등급을 나눈다.예전에는 할로겐계열 난연이 일반적으로 많이 사용되었으나, 이는 화재 때 유독 가스가 발생하기 때문에 사용이 점진적으로 제한되고 있으며, 할로겐 함량이 없는 난연이 필수적으로 요구되고 있다. 또한 에폭시 합성 때 에피클로린하이드린이란 화학물질을 사용하여 에폭시화를 하기 때문에 클로린이란 물질이 잔존하게 되는데 이 또한 함량을 제한받기 때문에 클로린이 함유되어 있는 부가 물질을 제거하는 기술이 반드시 필요하다. 이렇게 해결해야 할 문제점이 많음에도 불구하고 탄소섬유복합체는 경량화라는 장점으로 인해 전자제품 부품용으로 사용이 증가하고 있는 추세다. 또 국내 전자제품의 부흥으로 인해 휴대전화 케이스, 테블릿 PC 등 타 제품으로 적용이 확대될 것으로 예상된다.

기획
이성원
2014.03.18 23:02

[5. '프리프레그'] 탄소섬유·첨단복합재 이어주는'핵심 소재'

탄소섬유는 강철보다 강하고 알루미늄보다 가벼운 꿈의 신소재로 각광을 받고 있지만, 그 자체만으로는 단순한 실 (fiber) 또는 천 (fabric)에 불과하다. 구슬이 서 말이라도 꿰어야 보배라고 할 수 있듯이, 단순히 실의 형태만으로는 의미가 없다. 탄소섬유는 그 형태와 물성을 그대로 유지하면서도 부품의 형태를 만들 수 있게 하는 기지재(matrix)를 만날 때 비로소 복합소재(composite)로서 의미를 갖는다.△탄소섬유강화플라스틱 성형탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastic, CFRP)은 탄소섬유를 강화제로 하고 플라스틱을 기지재로 하는 대표적인 탄소섬유 복합재료이다. 탄소섬유는 CFRP에서 높은 강도와 탄성률을 담당하고, 플라스틱은 각 섬유간의 힘을 연결해 부품의 형태를 담당하게 된다. CFRP 성형법에는 탄소섬유와 플라스틱을 일정한 비율로 혼합한 뒤 사용하기 편한 형태의 중간재로 만들어 사용하는 중간재 활용법과 중간재를 사용하지 않고 곧바로 탄소섬유와 플라스틱이 만나면서 복합재 부품을 만드는 방법이 있다. 직접성형법으로는 수적층법(hand lay-up), 인발(pultrusion), 필라멘트와인딩(filament winding), 수지주입성형(resin transfer molding) 등의 공법이 있다.이러한 직접 성형법은 별도의 중간재를 거치지 않기 때문에 비교적 경제적이긴 하지만, 수지/탄소섬유 비율의 편차, 수지 물성의 한계, 복합한 형상 구현의 어려움 등 여러 가지 한계도 있다. 따라서 첨단 복합소재 부품에는 프리프레그(prepreg)라는 중간재를 이용한 성형법이 주로 사용하게 된다.△프리프레그란프리프레그란 Pre-impregnated material의 줄임말로, 수지와 탄소섬유를 미리 일정한 비율로 함침시켜 놓은 시트 형태의 탄소섬유복합소재용 중간재를 말한다. 프리프레그를 사용하면 수지와 탄소섬유비율을 정밀하게 조절 할 수 있으며, 직접성형법을 적용하는 것보다 성형물의 섬유 체적비를 높일 수 있어 신뢰성이 높은 고품질 복합재 부품을 만들 수 있다. 또한 시트 형태의 프리프레그를 필요한 부분에 원하는 섬유 방향으로 원하는 만큼 재단하여 사용할 수 있다는 장점도 있다.△프리프레그 수지의 종류프리프레그에는 열경화성과 열가소성 수지가 모두 사용될 수 있지만, 현재까지는 대부분 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지를 사용하고 있다. 열경화성 수지는 한 번 열을 가하여 성형하면 경화가 이뤄지며, 일단 성형된 프리프레그는 다시 열을 가하여도 녹거나 재성형이 되지 않는 수지를 말한다. 열경화성 수지 프리프레그는 제조가 용이하고, 물성이 우수하며, 다양한 성형공법이 알려져 있어 대부분의 탄소섬유 복합소재에 주로 적용된다. 반면 성형시간이 길어(보통 1시간 이상) 대량생산에는 불리하다. 최근에는 성형시간을 대폭 줄이고(1분 내외) 재성형/재활용이 가능한 열가소성 수지가 적용된 탄소섬유 프리프레그가 등장하였으며, 자동차와 전기전자 외장 부품용도 적용을 위해 활발하게 연구가 진행되고 있다.△국내 산업동향국내에서는 SK케미칼, 한국카본, TB카본 등의 업체에서 에폭시 수지를 기지재로 한 탄소섬유 프리프레그를 상업 생산하고 있다. 지금까지는 낚싯대, 골프채, 자전거 부품 등에 사용되는 스포츠레져용 프리프레그가 주였으나, 최근에는 산업용 내열 프리프레그, 자동차용 고강도 프리프레그, CNT가 첨가된 기능성 프리프레그 등의 개발이 완료되어 상업 생산 중에 있다. 이들 회사에서는 일방향 탄소섬유 프리프레그와 직물형 탄소섬유 프리프레그를 생산하고 있으며, 상당량의 프리프레그를 중국을 비롯한 해외로 수출하고 있다. 또한 최근 SK케미칼, LG하우시스, 한화 L&C 등에서는 대량생산에 적합한 열가소성 수지 프리프레그를 개발하여 자동차, 전기 전자 용도에 적용하고자 하는 시도가 활발하게 진행되고 있다. 그러나 국내 업체의 항공용 소재 인증 부재로 항공용 프리프레그는 전량 Hexcel, Cytec, Toray 등과 같은 외국 업체에서 수입해오고 있는 실정이다. 국내 항공우주 시장의 성장 및 방위산업 소재 국산화 필요성이 대두 되고 있는 현 시점에서 탄소섬유와 마찬가지로 항공용 프리프레그에 대한 국내 업체의 항공 소재 인증 및 품질 관리 시스템 도입이 필요하며, 이를 위해서는 민간 기업의 의지뿐만 아니라 정부의 정책적인 지원도 시급한 실정이다.△프리프레그 성형탄소섬유 프리프레그를 이용한 복합소재는 스포츠 용품, 자동차 부품에서부터 항공기, 우주선에 이르기까지 널리 이용되고 있다. 프리프레그를 이용한 첨단 부품을 만드는 성형 공정은 재단 공정에서부터 시작된다. 적층의 형태는 성형공법에 따라 다르며 낚싯대와 같은 봉형 구조물은 멘드렐이라 불리는 쇠 막대기에 말아서(rolling) 적층하며, 자동차 외판과 같은 판상 구조물은 몰드 표면에 프리프레그를 한 층씩 붙이며 적층하게 된다. 적층된 프리프레그는 열과 압력에 의한 경화 공정을 거쳐 부품으로 탄생하는데, 성형 공정은 열과 압력을 주는 방식에 따라 오토클레이브 성형, 진공백 성형, 시트 롤링공정, 프레스 성형 등 다양한 형태가 있다. 최첨단 부품을 만드는 공정이지만 여전히 수작업이 상당히 많은 부분을 차지하고 있으며, 일부 부품들에 대해서는 대량생산 시스템을 구축하는데 어려움이 있다. △앞으로의 과제최근 몇 년간 탄소섬유 복합소재에 대한 국내 기업의 관심이 부쩍 늘었으며, 이에 따른 결실로 핵심 소재 중 하나인 탄소섬유 국산화에 대한 성과가 나타나기 시작하였다. 또한 탄소섬유 프리프레그 생산량도 지속적으로 증가하여, 일부 품목은 내수는 물론 동북아 시장에서 우월적 지위를 얻고 있다. 그러나 프리프레그의 고품위화 및 항공용 소재 인증 부재로 항공용, 방산용 프리프레그의 대부분을 수입하고 있는 것도 현실이다. 프리프레그는 탄소섬유와 첨단복합소재를 이어주는 핵심 소재이다. 고기능성 프리프레그 수지 개발과 항공용/방산용 프리프레그 생산 설비 확보 및 인증 체계를 확립하는 과제가 남아 있다. 또한 부품성형 자동화, 표준화에 대한 연구를 수행하여, 탄소섬유에서 고품위 복합소재 부품에 이르는 가치체계(value chain)의 국산화를 확립하는 것이 필요하다.

기획
이성원
2014.02.05 23:02

[④ 탄소나노튜브] 인장강도 철보다 370배 강하고 열전도율 높은 '꿈의 신소재'

21세기에 접어들면서 나노 과학 기술이라는 새로운 영역이 태동하게 되었고, 이러한 나노과학은 21세기를 선도해 나갈 수 있는 과학기술로써 부각되고 있다.탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT)는 꿈의 신소재, 21세기 나노 기술의 보석으로 불리면서 나노과학기술의 대표적인 나노물질로 각광을 받고 있다. 처음에는 대학과 연구소를 중심으로 연구가 시작돼 일부 중소기업을 중심으로 탄소나노튜브 생산과 응용제품에 대한 연구가 진행되어 왔으며, 최근에는 한화나노텍, 금호석유화학, 효성 등의 대기업이 진출하면서 소재 및 응용제품의 상용화 실현을 앞당기고 있다.탄소나노튜브의 응용분야로는 고기능성 복합체, 에너지 저장 소재/첨가제, 조명, 단전자소자, 트랜지스터 등이 있다. 이중에서 상업화 관점에서 가장 각광을 받고 있는 분야는 탄소나노튜브를 충전제로 사용하여 특성을 향상시키는 고분자 복합플라스틱과 에너지 저장소재 등이다.△탄소소재의 팔방미인 탄소나노튜브는 1991년 일본 NEC 부설연구소의 이지마 박사가 길이 수십 nm ~ 수 ㎛, 외경 2.5~30 nm의 가늘고 긴 빨대모양의 탄소로 이루어진 나노튜브를 발견했으며, 최근에는 탄소나노튜브의 대량합성을 목적으로 기상화학증착법(CVD)을 주로 사용하고 있다. 탄소로 이루어진 결정체들의 집합을 탄소 동소체라고 한다. 지금까지 알려진 탄소동소체로는 다이아몬드, 흑연, 플러렌, 탄소나노튜브가 있다. 다이아몬드는 정사면체를 이루며, 탄소나노튜브는 나노크기의 직경으로 실린더형태로 말려서 이루어진 형태이다. 하나의 층이 말려서 이루어진 경우를 단일벽 탄소나노튜브, 두 개 이상의 층이 말려서 이루어진 경우를 다중벽 탄소나노튜브라고 한다.탄소나노튜브는 높은 강도, 낮은 전기비저항, 높은 열전도율을 보유한 꿈의 신소재이다. 실례로 다중벽 탄소나노튜브의 밀도는 알루미늄보다 낮지만, 인장강도는 철(A36 steel)보다 약 370배 이상 강하며, 전기비저항과 열전도율은 각각 구리 및 다이아몬드와 유사한 값을 가져 가볍고 강한 전기도선과 방열 소재로 사용할 수 있다.△첨단산업소재의 소금나노미터 직경을 보유한 탄소나노튜브의 1차원적 구조와 더불어 독특하고 우수한 전기적, 물리적 및 화학적 특성 때문에 고기능성 복합소재에서 트랜지스터와 분석용 소재 등 응용분야가 다양하다. 탄소나노튜브 복합체는 탄소나노튜브를 수지 내에 분산시켜 만든 복합체이며, 일반적으로 고분자의 특성을 유지하면서 충전제(filler)의 특성을 가진 기능성 재료가 된다. 탄소나노튜브 복합소재는 반도체 칩트레이(Chip tray)등의 대전방지가 필요한 플라스틱에 적용할 수 있을 뿐만 아니라, 전자파 차폐용 플라스틱과 LED에서 발생되는 열을 방출하기 위한 방열 플라스틱 등 응용분야가 다양하다.△유연투명전극최근 탄소나노튜브를 이용한 응용분야로 각광은 받고 있는 것은 유연투명전극이다. 탄소나노튜브를 이용한 투명전극은 대부분 수입에 의존하는 기존의 ITO (Indium Tin Oxide) 투명전극을 대체할 수 있을 뿐만 아니라, 유연디스플레이에 적합한 소재로써 시장을 선점할 수 있는 계기가 될 것으로 기대되고 있다. (주)상보는 2013년 7월말에 경기도 양촌에 탄소나노튜브 투명전극 공장을 완공해 월 20만개의 터치센서를 생산중이며, 2014년에는 월 300만개 규모로 확대할 계획이다. 탄소나노튜브를 소재로 한 투명전극은 향후 액정표시소자(LCD), 유기발광 표시소자 (OLED), 전자종이와 태양전지 등의 다양한 소자에 응용될 전망이다.△다기능성 플라스틱탄소나노튜브를 이용한 다기능성 플라스틱 개발도 활발히 진행 중이다. 정부에서는 2010년부터 세계시장을 선점하기 위한 10대 핵심소재(WPM, World Premium Materials)로써 에너지 절감용 나노복합소재를 선정, WPM사업에 2018년까지 1조원의 정부 연구개발자금을 투입할 계획이다. 또 5조3000억원의 기업투자를 유도하여 세계 3200억 달러 규모의 시장에서 325억 달러를 창출한다는 계획이다. 이중 에너지 절감용 나노복합소재는 초경량 구조용, 에너지 흡수용, 에너지 절감용 고방열 나노복합소재로 구분되어 있으며, 한국탄소융합기술원은 탄소나노튜브를 비롯한 나노탄소소재를 이용한 전자파 차폐특성을 구현하는 에너지 흡수용 나노복합소재 개발에 참여하고 있다.△에너지 저장소자탄소나노튜브는 에너지 저장소자의 첨가제로도 각광을 받고 있다. 탄소나노튜브를 리튬이온 이차전지의 음극, 양극에 첨가할 경우 전기전도성을 향상시키며, 이는 충방전 시간을 단축하고 수명을 연장시킬 수 있다. 실제로 일본의 소니사는 탄소나노튜브를 적용한 리튬이온 이차전지를 개발하고 있으며, 미국 택사스대학은 양극물질로 실리콘 입자와 하이드로겔(Hydrogel) 및 탄소나노튜브를 이용하여 대용량 고수명의 리튬이온 배터리를 개발하였다. 더욱이 세계적으로 웨어러블 디스플레이의 개발이 본격화됨에 따라서 탄소나노튜브를 이용한 고용량, 장수명 및 급속 충방전이 가능한 웨어러블 배터리의 개발이 각광을 받고 있다. 뉴저지 공대(NJIT)에서는 탄소나노튜브를 이용한 휘어지는 배터리를 개발하였고, 라이스 대학에서는 어떤 표면에도 인쇄할 수 있는 탄소나노튜브가 첨가된 리튬이온 배터리를 개발하였다. 국내에서는 2013년에 삼성전자와 LG전자에서 휘어지는 스마트폰이 출시된데 이어 탄소나노튜브를 이용한 휘어지는(Flexible) 배터리 개발에 박차를 가하고 있다.△섬유의 개발탄소나노튜브로 구성된 섬유의 개발은 탄소섬유를 능가하는 특성을 보유할 것으로 예상된다. 2000년대 초반부터 미국 달라스의 텍사스대와 라이스대를 중심으로 탄소나노튜브 섬유개발을 활발히 진행하고 있다. 특히 라이스대학에서는 소형 LED전구에 전기인가 및 지지가 가능한 탄소나노튜브 섬유를 개발하였다.국내의 한국전기연구원에서는 전기전도도 ~50,000 S/m, 인장강도 122.4 MPa을 보유한 다중벽 탄소나노튜브섬유를 개발하였다. 이는 앞으로 유연소자의 전극에서 웨어러블 디스플레이까지 다양한 응용분야에 적용될 전망이다. △탄소나노튜브 생산현황 및 전망탄소나노튜브의 세계적으로 가장 활발하게 생산하는 업체는 벨기에의 Nanocyl과 독일의 Bayer이다. 국내에서는 금호석유화학, 한화나노텍, 제일모직, 효성 등의 대기업을 중심으로 탄소나노튜브 생산이 활발히 진행중이다. 특히, 금호석유화학은 2013년 아산(충청남도)에 탄소나노튜브 공장을 신축하여 연 50톤의 생산용량을 확보한 상태이며, 시장성숙도에 따라 연 300톤까지 생산량을 확대할 계획에 있다.탄소나노튜브의 상용화를 위해서는 탄소나노튜브 생산공정의 개선과 수요처의 확대를 통해 가격을 낮추어야 한다. 또한, 고분자 등의 매질내에서 분산성이 향상된 탄소나노튜브 개발이 필요하다. 특히, 전도성 탄소나노튜브 플라스틱의 경우 전기/전자 부품 및 포장재의 대전방지소재에서 자동차의 휀더, 사이드 미러 하우징등으로 응용분야가 확장될 전망이다.

기획
이성원
2014.01.22 23:02

[3. 용도 다양한 활성탄소] 원전 오염수 정화·바다 기름띠 걷어내는 데 활용

일본 후쿠시마 원전사태로 인한 오염수 유출 때 일본에서는 오염수의 정화를 위해 활성탄소를 이용했다. 지난 2007년 우리나라 태안 앞바다 원유 유출 사건 때에도 상당한 양의 활성탄소가 바다에 뿌려졌으며, 2010년 미국 멕시코만 원유 유출 사건에도 활성탄소가 사용됐다. 활성탄소는 원유를 흡수해서 뭉치는 특징이 있기 때문에 원유제거에 매우 효과적인 역할을 수행할 수 있다. 또 지난 2003년 이라크 전쟁 당시나 북한 생화학 테러 위협이 있었던 2005년에는 활성탄소를 이용한 방독면과 보호의, 개인정수장치 등에 대한 시장수요가 폭발했었다. 그런가하면, 최근에는 국내 주요 기업인 GS칼텍스, OCI, 애경유화, 비나텍 등이 활성탄소를 이용한 에너지저장장치의 시장진입에 적극적으로 나서고 있다.△활성탄소의 구조활성탄소가 무엇이기에 이처럼 여러 가지에 쓰일 수 있는가?우리나라에서는 예전부터 된장이나 간장을 담을 때 숯 등을 사용해 왔다. 활성탄소의 일종인 숯이 흡습 작용이나 액상오염물에 대한 탈색력을 가지고 있는 것은 경험적으로 알려져 왔다. 이러한 작용에 관한 과학적 검토는 1773년 Scheele에 의해 시작되었으며, 현재 활성탄소에 대한 연구는 탄소과학의 주요한 한 부분을 이루고 있다. 활성탄소로 대표되는 다공질 탄소는 그 내부의 기공구조 특성으로 인해 실생활 전반 (공기청정기, 정수기, 방독면, 혈액필터, 각종 배터리 등)에 걸쳐 다양하게 사용되고 있다.활성탄소는 다양한 형상(분말상, 입상, 섬유상 등)으로 제조될 수 있으며, 그 형상에 따라 흡착특성(물리화학적인 고체-기체 결합)이나 에너지저장특성, 기계적 강도 등이 서로 다르다. 입상 및 파쇄상은 주로 수질정화용으로, 조립상과 섬유상은 대기정화 및 고도정화용으로 활용되며, 고순도의 활성탄소 분말은 에너지저장용 전극재료로 사용된다.활성탄소의 가격은 천차만별이다. 일반 상하수도 정화용 활성탄소의 가격은 ㎏당 약 2000원~3000원 수준이며, 방독면용 활성탄소는 1만원~2만원으로 10배 가량 비싸다. 또 에너지 저장용 활성탄소는 5만원~20만원으로 상하수도용에 비하면 100배 이상 비싼 경우도 있다. 현재 국내 활성탄소 시장은 연간 약 1조원이며, 환경에 대한 관심이 높아지고 에너지저장 분야의 시장이 확대되면서 매년 8% 이상 시장규모가 커지고 있다.활성탄소를 이용한 산업적 응용은 구체적으로 두 가지로 분류된다. 첫째는 수질 및 대기환경 개선을 위한 필터소재이며, 둘째는 에너지저장용량 증대를 위한 배터리용 전극재료이다. △수질환경 분야액상에서 활성탄소의 이용은 제당공업의 탈색으로부터 시작되었다. 현재도 많은 분야에서 탈색을 주목적으로 사용하고 있으나 탈색 이외의 효과를 동시에 얻는 경우가 많다. 활성탄은 탈색/탈취, 수중 유기물 제거, 방향족 탄화수소계 제거, 무기오염물질 제거, 탈이온을 통한 해수담수화 등의 효과가 있기 때문이다. 상하수도 정화목적의 활성탄 사용은 가장 중요한 응용이라 할 수 있다. 상수도에 처음으로 활성탄을 사용한 것은 1925년 체코의 아들라에서다. 그러나 초기에는 활성탄소의 기공구조에 대한 이해가 낮아 그 효과가 미미하였다. 세계 1차 대전 이후 방독면 기술이 쌓이면서 수처리 부분에서도 급진적인 기술개발이 동반되었다. 미국에서는 1927년 시카고에서 수중 염소제거에 활성탄소가 적용되었으며, 이를 시작으로 미국 전 지역으로 사용이 확대되었다. 유럽에서도 탈취 목적으로 상수도 정화용 활성탄이 보급되었다.우리나라에서도 가정용 수도의 잔류염소를 제거하기 위한 소형 정수기나 대형공장 정수장치의 전처리, 그리고 이온교환장치 등에 활성탄을 사용해왔다.현재는 많은 나라가 수질환경을 보전하고 물 부족을 해소하기 위해 가정에서 나오는 하수를 1, 2차 처리한 후 하천에 방류하기 전에 활성탄소로 추가처리 한다. 게다가 활성탄은 크롬, 구리, 니켈 등 다양한 중금속의 제거에도 탁월한 효과가 있어 산업폐수의 처리에도 널리 사용된다. △대기환경 분야활성탄소는 기공이 잘 발달되어 있어 흡착능력 및 흡착속도가 우수하고, 비표면적과 미세기공의 크기 및 구조를 그 사용목적에 따라 다양하게 변화시킬 수 있어 대기환경 개선에도 널리 사용되고 있다. 또한 화학물질을 첨착시켜 물리흡착과 동시에 미량의 유해가스를 효과적으로 제거하는 필터로도 사용되고 있다.그러나 이러한 우수한 물성에도 불구하고 필터 내에 부착된 세균이나 바이러스 등이 적당한 온도와 습도에서 증식될 경우 2차 오염을 유발할 수 있는 단점이 있다. 따라서 이 같은 단점을 보완하기 위해 활성탄소의 표면에 항균기능성을 가지는 은, 구리, 니켈과 같은 금속을 분자분리 방식으로 도포하여 항균기능을 갖추게 한다. 흔히 말하는 은 나노 기술이 대표적인 사례이다. △에너지저장분야 응용21세기 들어 에너지의 효과적인 저장 및 이용은 환경과 사회를 유지하기 위한 중요한 과제다. 특히, 우리나라는 부존자원의 부족으로 에너지의 대부분을 외국에서 수입하여 사용하고 있어 에너지 저장 및 이용 효율을 높일 수 있는 새로운 에너지 기술의 개발이 반드시 필요하다. 게다가 환경친화적 신에너지 시스템에 대한 요구와 정보화 사회로의 변화에 따라 휴대용 고밀도?고출력 에너지 저장 시스템의 개발은 21세기 선진국의 필수 개발기술로 인식된다.수소연료전지는 슈퍼커패시터와 함께 무공해 전력 공급장치라는 점에서 차세대 청정에너지 발전 시스템으로 각광받고 있다. 연료전지와 슈퍼커패시터의 핵심 전극으로 사용되는 것이 바로 활성탄소다. 독특한 기공구조로 인해 많은 양의 에너지를 내부에 저장할 수 있기 때문이다. 특히 슈퍼커패시터 제조 때 활성탄소가 차지하는 가격비율은 40%에 달하며, 모바일 전원의 핵심인 리튬이온전지의 단점을 완벽하게 보완해 줄 수 있다. 즉, 출력밀도를 높이고 리튬이온전지의 수명을 크게 늘릴 수 있다.이 때문에 최근 개발되고 있는 전기자동차에서는 리튬전지와 슈퍼커퍼패시터를 하이브리드화하여 적용하고 있다. 현재 국내에서는 슈퍼커패시터와 관련하여 비나텍(주), 네스캠(주), 코칩(주), LS 엠트론 등이 활성탄소 전극소재를 기반으로 하는 에너지저장소자를 제조하고 있다. 한편 수소연료전지의 경우 백금이 담지된 활성탄소를 주요 전극소재로 사용한다. 수소연료전지는 수소 및 산소를 직접 이용하여 전기를 생산하기 때문에 활성탄소와 같이 기공이 잘 발달된 전극소재가 필요하기 때문이다. 아직까지 연료전지의 시장이 뚜렷하게 형성되어 있지 않지만 촉매가격 문제를 해결하면, 향후 거치형 및 모바일형 에너지 저장장치로 패러다임 변화를 주도할 것으로 많은 전문가들은 예측하고 있다.△탄소융합기술원은한국탄소융합기술원에서는 2009년부터 다양한 응용분야를 가지는 다공성 탄소재료, 즉 활성탄소의 개발을 진행해 왔다. 슈퍼커패시터 메이커인 비나텍, 하드카본 메이커인 애경유화, 그리고 활성탄소 메이커인 OCI 및 GS칼텍스와의 협력을 통해 국내 활성탄소 분야에서 기술적 네트워크를 공고히 하고 경쟁력을 확보해 나가고 있다. 또한 활성탄소 관련 학계와도 꾸준한 업무 협력을 통해 폭넓은 전문가풀의 지원을 받고 있다. 한국탄소융합기술원이 초점을 맞추고 있는 부분은 고가의 에너지저장용 활성탄소를 저비용으로 생산할 수 있는 기술개발이다. 특히 슈퍼커패시터 분야에서 미국 맥스웰사보다 기술우위를 점할 수 있도록 관련 기업들과 신제품 개발에 집중하고 있다.

기획
이성원
2014.01.15 23:02

신성장동력 탄소 ② 탄소섬유 복합재 적용 전기자동차

탄소섬유는 1880년에 에디슨이 대나무 섬유를 탄화하여 전구의 필라멘트에 사용하면서 알려지기 시작하였다. 무려 100여년이 넘는 역사를 가지고 있는 셈이다. 이후 1959년에 미국의 유니언 카바이드(Union Carbide)사가 레이온(Rayon)으로부터 초기 탄소섬유를 개발했고, 1964년에는 일본과 영국에서 연속상(continuous phase) 탄소섬유 개발에 성공하였다. 탄소섬유가 산업적으로 이용된 것은 1971년에 일본의 도레이(Toray)사가 폴리 아크릴 섬유(Polyacrylonitrile, PAN)로부터 고강도, 고탄성 구조용 재료에 적합한 탄소섬유 양산에 성공하면서부터다. 그러나 지금까지는 주로 항공기나 스포츠카, 스포츠 레저 용품 등 소량 고부가가치 제품에만 적용되고 있다. 초고강도 수퍼소재로서의 장점이 있지만, 대량생산의 한계가 있고 가격도 만만치 않기 때문이다.△양산기술의 발달과 수요 확장하지만, 최근 들어 탄소섬유 양산 기술력이 비약적으로 발전하고 가격이 낮아지면서 탄소섬유의 시장이 날로 확장되고 있는 추세다. 항공기 산업 분야 이외에도 일반 승용차나 건축재, 풍력발전기, IT 기기 등으로 사용처가 점차 넓어지고 있다. 환경오염이 없는 청정에너지인 풍력발전의 경우, 1기당 발전량이 5MW급으로 높아지면서 블레이드(바람개비 날개)의 길이만도 약 50m에 이르기 때문에 기존의 유리섬유 복합재 대신에 훨씬 가볍고 튼튼한 탄소섬유 복합재를 적용하고 있다.독일탄소섬유협회는 2012년 기준으로 4만2000t이었던 전 세계 탄소섬유 수요량이 오는 2020년에는 13만t으로 급증할 것이라고 전망했다.△탄소섬유와 항공기항공사 운영 원가 분석에서 항공유(연료)가 차지하는 비중은 30%대에 이른다. 따라서 비행기가 경량화 되면 그만큼 연비가 높아지고 상대적으로 많은 승객과 화물을 실을 수 있어서 경제성이 높아진다. 그래서 항공사들은 연비 향상을 위해 기존의 알루미늄 대신에 탄소섬유 복합소재로 몸체를 대체하고 있다. 보잉 B787의 경우, 항공기 동체와 날개의 50% 가량이 탄소섬유 복합소재로 만들어진다. 에어버스도 탄소섬유 복합소재 비중을 25%로 높인 A380을 생산하고 있다.△탄소섬유와 자동차탄소섬유의 시장 잠재력이 가장 큰 분야 중 하나는 자동차 산업이다. 세계에서 가장 인구가 많고 대기환경 오염에 대한 우려가 높은 중국에서 먼저 나섰다. 집중적인 예산투자와 연구개발로 신에너지 자동차 산업을 적극적으로 육성하겠다는 계획이다. 1회 충전으로 200km이상 달릴 수 있는 전기자동차에 대해서는 차량가격의 50%, 150km까지 달릴 수 있는 전기자동차에 대해서는 30%까지 보조금을 지급하고 있다. 1회 충전으로 더 멀리 달릴 수 있는 자동차를 만들기 위해서 가장 중요한 것은 자동차의 무게를 줄이는 일이다. 그런데 차체에 탄소섬유 복합소재를 사용하면 전체 무게를 약 30% 정도 가볍게 만들 수 있다. 앞으로 탄소섬유에 주목할 수밖에 없는 이유다. 사실, 탄소섬유복합재는 이미 오래전부터 자동차산업에 활용돼왔다. 포드(Ford)사는 1978년에 도어 패널, 추진축, 후드에 탄소섬유복합재를 적용했다. 그 뒤로 페라리(Ferrari) Enzo, 람보르기니(Lamborghini), 포르쉐(Prosche), 폭스바겐, 벤츠, 렉서스, 도요타, BMW 등에서도 탄소섬유복합재를 적용한 다양한 모델들을 출시하고 있다. 특히 람보르기니는 아벤타도르 LP700-4에 자체적으로 개발한 최신 탄소섬유복합재 싱글 셀 모노코크 바디(Single Cell Monocoke Body)를 최초로 적용하여, 차체의 무게는 혁신적으로 줄이고 강성 및 안정성은 극대화 했다. △람보르기니의 싱글 셀 모노코크싱글 셀 모노코크 바디는 F1 경주용의 차체 제작에 사용되는 방식으로서, 강철이나 알루미늄 등을 접합해서 차대와 차체를 결합시키는 기존의 모노코크 셀과는 달리 접합 과정이 없는 하나의 단일 셀로 제작된다. 아벤타도르에 적용된 싱글 셀 모노코크 바디의 무게는 147.5kg에 불과하며, 단일 셀 모노코크이기 때문에 차체 비틀림 강성은 3만5000Nm/deg. 수준으로 매우 견고하다.△BMW의 웨트 카본(Wet Carbon) 전기자동차인 BMW i3에 적용되는 탄소섬유복합재는 기존의 F1 머신의 모노코크 바디 등에 적용되는 탄소섬유 및 수지 적측-고온고압 가마에서 굽기-가공 방식의 드라이 카본(Dry carbon) 공정과는 달리 웨트 카본(Wet Carbon)이라고 불리는 공법이다. 액상수지를 고온금형에 채우면 순식간에 만들어지기 때문에 양산이 가능하다. 웨트카본 공정에 의한 BMW i3의 바디섹션은 강철에 비해 무게가 약 50% 가벼워 전기자동차에 추가로 필요한 배터리팩의 중량을 상쇄시키고도 남는다. 즉, BMW i3의 중량은 배터리팩을 포함하고도 1195kg으로, 기존 내연기관 승용차의 평균 중량 약 1500kg에 비해 훨씬 가볍다.△앞으로의 전망람보르기니의 아벤타도르와 같은 수퍼카는 아직도 먼 나라 이야기로만 들린다. 그러나 탄소섬유복합재가 자동차 산업에 얼마나 활용될 수 있을지는 탄소섬유 양산을 위한 자동화기술과 생산속도, 외관의 아름다움, 유지보수 비용 등에 달려 있다고 할 수 있다. 결국은 생산 공정 그 자체에 해답이 있다. 생산공정을 살펴보면, 먼저 섬세하게 직조된 탄소섬유 프리프레그를 재단하든 정확한 사이즈로 자르고, 여기에 부분적으로 액화된 파우더를 적용해 부분별로 예비성형체를 만든다. 부분별로 만들어진 이 예비성형체들을 고온 및 액상수지 사출이 가능한 대형 금형에 넣고, 액상수지를 주입한 후 가열하면 짧은 시간 내에 경화되면서 작은 부분의 예비성형체들이 접합되어 큰 바디 부품으로 완성된다. 특히, 사이드 프레임은 9개의 작은 섹션으로 구성되어 있어서, 충돌 등에 의한 차량 수리 때에 해당 부분만 교환할 수 있기 때문에 차량의 유지보수 비용 측면에서도 매우 유리하다. 게다가 이러한 생산과정은 로봇을 활용한 자동화 시스템으로 되어 기존 탄소섬유복합재의 적용 한계도 극복되었다.앞으로 10년이 지나면 탄소섬유가 가장 많이 적용될 분야는 자동차 산업이다. 자동차의 연비를 향상시키기 위하여 경량화가 필수다. 현재 탄소섬유의 가격은 철강에 비해 6배쯤 비싸지만 2030년쯤 되면 2배 정도로 낮아질 전망이다. 그렇게 되면 탄소섬유를 적용하는 사업도 크게 성장할 것으로 전문가들은 예상하고 있다.

기획
이성원
2014.01.08 23:02

[2014 희망전북 10대 어젠다] 신성장동력 탄소 ① 전북 상징 된 탄소섬유

탄소소재는 21세기 산업의 쌀로 불린다. 자동차, 항공, 우주, 조선, 건축, 의료, 레저스포츠 등 거의 모든 부문이 탄소를 빼놓고는 미래의 발전을 이야기할 수 없다. 그러나 우리나라는 탄소에 대한 눈이 늦게 트인 편이다. 세계에서 6번째 탄소섬유 소비국이지만 자체기술 개발에 뛰어든 것은 불과 10여 년 전이다. 그나마 다행인 것은 이처럼 중요한 탄소섬유를 전북이 꿰차고 있다는 것이다. 기술발전과 성장도 빨라서 이제는 세계에서 3번째로 탄소섬유를 자체 생산하는 나라가 됐다. 전북의 대표산업으로 떠오르고 있는 탄소산업에 대해 알아보자.△탄소 소재탄소는 자연계에 널리 존재하는 원소로 이미 오래 전부터 숯이나 먹과 같은 재료로 활용돼 왔다. 최근에는 금속, 세라믹, 고분자와 더불어 4대 첨단소재로 불리며 산업, 의료, 레저 등 다양한 분야에 활용되고 있다.탄소소재는 학술 및 산업분야에서 탄소섬유, 인조흑연, 카본블랙, 활성탄, 탄소나노튜브, 인조 다이아몬드 등 6가지로 분류된다. 탄화과정 및 흑연화 과정에 따라서 다양한 내부구조 변화를 보이며, 이러한 내부구조 변화에 따라서 탄소소재의 고유 특성이 달라진다. 내부구조에 따른 기계적 특성 및 열적 특성에 따라 응용분야가 다르고 산업적 가치도 달라진다. 탄소는 극한소재로서 지구상의 모든 물질 중에서 가장 열에 강하고(인조흑연), 경도 등 기계적 물성이 가장 강하며(인조 다이아몬드), 비표면적이 가장 넓어 흡착특성이 가장 큰 소재(활성탄)고, 현재보다 만 배 이상 집적도가 높은 테라급 칩을 만들 수 있는 나노소재로 국방의학항공우주 및 생물학에서 많은 활용이 가능하다(탄소나노튜브, 그래핀). △탄소의 특성과 용도탄소섬유의 인장강도는 3.5~12GPA (기가 파스칼)로서 철의 인장강도 300~ 700MPa(메가파스칼)과 비교하면 10배 정도 수준이다. 또 비강도(단위중량 당 강도)와 탄성(외부 힘에 의해 변형되었다가 복원되는 성질) 수치가 스테인리스나 알루미늄에 비해 월등히 높아서 가벼우면서도 높은 기계적 물성이 요구되는 자동차, 항공, 토목, 기계, 석유산업 분야 등에서 필요로 하는 고기능성 구조물 을 만들 수 있다. 탄소섬유는 이러한 특성 이외에도 금속에 비해 진동 감쇄성이 우수해서 골프채, 로봇부품, 고속운동기계 부품 등에 효과적인 기능을 발휘한다. 또한 전기 및 열 전도성이 높고, 전기 인가(power supply)때 원적외선 발열특성이 있어서 이러한 특성들을 응용한 의류와 난방기기, 전자파 차폐 및 정전기 방지 외장재 등의 제품들이 시판되고 있다.X선 감쇄율이 알루미늄의 1/7 수준에 불과하기 때문에 의료 분야에서는 인체에 부담이 적도록 X선 강도를 낮추는 목적으로 탄소섬유가 적용된 제품이 사용되고 있다.△탄소섬유 산업우리나라의 연간 탄소섬유 소비는 약 2700톤, 1100억원 규모로 세계에서 6번째 소비국이다. 복합재 시장까지 포함할 경우 연간 8600억 원 수준에 달한다. 탄소섬유 관련 업체는 200여개이며, 이 중 탄소섬유를 수입하여 사용하는 업체가 약 45개이고 나머지 150여개 업체는 한국카본과 SK케미칼에서 생산되는 탄소섬유 프리프레그(탄소섬유에 수지를 배합하여 바로 제품가공에 사용할 수 있는 중간재)를 사용하여 낚시대와 골프채, 건축재료, 구조재 등을 만들고 있다. 한국카본과 SK케미칼을 포함한 원사 가공업체 등에서 2013년 기준으로 연간 약 2700톤 규모의 탄소섬유 원사를 사용하고 있으며, 관련 복합재 완제품 업체도 꾸준한 성장세를 보이고 있다. 따라서 탄소섬유 수입이 연평균 15%씩 증가하고 있다.△미래의 탄소산업탄소 소재는 미래를 여는 만능키로 불릴 만큼 전 세계적으로 관심을 받고 있다. 연비 110 km/L를 자랑하는 폭스바겐의 XL1 (풀카본 자동차), 미국에서 선풍적 인기몰이를 하고 있는 테슬러사의 전기자동차 등이 모두 탄소섬유를 이용한 제품이다. 보잉 787 및 에어버스사의 차세대 항공기인 A350도 약 70% 이상을 탄소섬유 제품으로 제조한 것이다. 또한 군수분야에서 탄소제품 기술은 한 국가의 군사력을 결정하는 핵심척도이다. 신재생에너지의 총아로 불리는 풍력발전에서도 탄소 기술을 빼놓을 수 없다. 설비용량이 예전의 750kW~ 2MW 수준에서 3MW~5MW 이상으로 커지면서 약 40m였던 블레이드 길이가 80m 정도로 길어지고 있어 탄소섬유 블레이드에 대한 연구 및 양산화 개발이 추진 중에 있다. △탄소산업의 메카 전북한국탄소융합기술원과 (주)효성이 공동 연구개발을 통하여 탄소섬유 양산화에 성공함으로써 전주시 팔복동에 탄소섬유공장을 세우고 지난해 6월부터 연간 2000톤 규모의 PAN계 탄소섬유를 생산하고 있다. 향후 2020년까지 1조2000억 원 규모의 탄소섬유 생산설비를 갖추고 연간 1만7000톤을 생산할 계획이다. 전북의 탄소산업이 전 세계로 성장해 나가는 매우 중요한 시점이 될 것이다. 또한 GS칼텍스는 올해 한국탄소융합기술원에 피치계 탄소섬유 연구소를 설치할 계획이며, 연간 50톤 규모의 파일롯 공장을 짓고 있다. OCI는 군산에 70톤 규모의 석탄계 피치를 이용한 탄소섬유 파일롯 공장을 설치해 석유계 피치를 이용하는 GS칼텍스와 국내외 활성탄소섬유시장 선점을 위해 경쟁중이다.전북은 이제 PAN계 탄소섬유(효성)와 석유계 피치 탄소섬유(GS칼텍스), 그리고 석탄계 피치 활성탄소섬유(OCI)에 관한 자체기술을 보유하고 생산하는 탄소섬유 선진도시로 성장하고 있다. 한편, 탄소섬유는 어떤 원료를 사용하느냐에 따라서 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile, PAN)계와 피치(Pitch)계로 나뉜다. 폴리아크릴로나이트릴계는 일본과 미국, 유럽시장을 중심으로 확대되고 있으며, 주로 항공기와 자동차의 경량화 및 압력용기 부품, 건축 내진보강강재 등 산업용 수요가 증가하고 있다. 피치계 탄소섬유는 저가의 제품으로 경제성이 높고 구조제어가 용이해 상업적으로 많이 사용되고 있다. △한국탄소융합기술원한국탄소융합기술원은 2002년 개원이래, 탄소소재 원천기술 뿐만 아니라 자동차, 항공, 해양, 신재생에너지, 연료전지 등 다양한 분야에 대한 실용화 기술을 연구하고 있다. 탄소소재 제조/성형/가공 장비의 일률적 확보를 통해 중소기업의 어려움을 해결하고, 공동연구를 통해 우수 선도기업을 육성하는 등 미래의 먹을거리 산업을 준비하기 위해 산학연 공동연구개발을 추진하고 있다. 특히, 최근에는 탄소산업연구회를 발족하여, 산학연 네트웍을 강화하고 국내외에서 꾸준한 연구와 실용화를 추진하고 있다. 독일의 프라운호퍼 ICT 연구소, 미국 텍사스 주립대 나노연구소, 일본 니시노 연구소 등과 국제적 연구 네트웍을 견고하게 구축하고 공동연구를 진행하고 있으며, 탄소소재 기업 및 자동차 기업 및 연구소 등과 실용화 연구를 적극 추진하고 있다.