지속적인 성장을 거듭하는 국내 탄소소재 생산업체들

탄소 소재는 탄소함유량이 90%나 되기 때문에 탄소포집저장활용(CCUS)기술이 전제된 탄소 재활용, 재자원화의 수단이 될 수 있다. 지금까지 탄소를 포집할 경우 이를 해양 터널과 같은 곳에서 장기간 저장해야 된다고 여겼으나 이를 재활용, 재자원화하는 기술들이 널리 개발되고 있어 저장비용도 절감시키고 새로운 탄소소재의 원료로 사용될 수 있다.

‘2050 탄소중립’을 성공적으로 추진하기 위해서는 청정에너지로의 전환과 함께 에너지 효율성을 높이는 제품을 생산, 널리 활용해야 한다. 여기에 탄소소재가 최적합하다는 것이 널리 알려짐에 따라서 세계 각국들은 탄소소재 개발에 경쟁적으로 참여하고 있다.

탄소 소재산업은 친환경 저탄소제품을 생산하는 원료가 되면서 탄소 재활용하는 기반이 되기 때문에 탄소중립에 절대적으로 기여할 수 있고 엄청난 소득도 올릴 수 있는 분야이다.

특히 당진시과 같이 국내에서 가장 많은 탄소를 배출하는 지역에게는 CCUS 기술을 도입해야 하고 이를 활용해서 첨단 성장산업으로써 탄소소재 산업을 유치한다면 꿩먹고 알도 먹는 알찬 산업이 될 수 있다.

만일 국내 철강 업계에서 발생하는 연간 8000만톤의 이산화탄소를 포집할 경우 이를 저장하기 위해서는 9.6조원이나 되는 비용이 요구된다고 한다. 그런데 CCU기술에 대한 적극적인 투자와 개발로 얻어진 수소, 일산화탄소, 탄소 등 배출가스를 재활용 가능한 물질로 전환하는 기술도 개발할 수 있어 탄소소재 생산단지로써의 자리를 잡을 수 있다.

또한 탄소소재 제품을 활용한다면 풍력블레이드에 사용되는 탄소섬유 1톤 당 5만톤의 이산화탄소 절감이 가능하며, 항공기의 경우에는 톤당 1400톤 이산화탄소 절감 효과가 발생한다고 한다. 이런 점을 감안하면 2030년까지 모빌리티, 에너지·환경 등 주요 산업에서 탄소소재 5만톤이 사용될 경우 3억3000만톤 이산화탄소 절감 효과를 기대해 볼 수 있다고 한다.

우리나라는 세계에서 세 번째로 범용 탄소섬유를 양산하는 데 성공해 탄소소재 기술력은 선진국 대비 최고 90% 수준에 도달했다. 앞으로 수소·전기차 확대 등을 고려해 탄소소재 공급 기업들은 발빠르게 설비를 증설하고 있다.

국내에서 처음으로 탄소섬유 생산을 시작한 효성첨단소재는 탄소융복합 얼라이언스 투자협약을 계기로 2020년에 전주시 탄소국가산업단지 내 탄소섬유 생산라인을 2개 증설했다.

포스코케미칼은 포항 블루베리산단에 2500억원을 들여 인조흑연 국내생산을 위한 기술개발 및 투자 계획을 밝혔다. 또한 휴먼컴퍼지트는 탄소섬유 복합재 제조 기업인 신성소재와 협약을 맺고 국내 최초로 국산 탄소섬유가 적용된 탄소섬유 복합재 '스파캡(Spar Cap)'을 개발, 대형 풍력블레이드 제작을 위해 부품을 공급하기로 했다. 풍력 블레이드용 부품 국산화에 따른 가격 쟁력 확보가 가능해졌다.

이어서 비나텍과 에스퓨얼셀은 건물·수소자동차 등에 적용되는 연료전지용 탄소복합소재 분리판에 대한 실증·구매 협약을 체결했다. 앞으로 증가하게 될 수소차 등 연료전지용 분리판 수요에 선제 대응하고 국내 개발 기술 실증을 통한 시장 확대도 기대할 수 있다.

탄소복합재 등 탄소소재 융·복합 산업 육성을 위한 전담기관인 한국탄소산업진흥원도 2021년 3월 출범했다. 탄소산업진흥원은 산업통상자원부와 함께 탄소소재 융·복합 얼라이언스를 운영을 비롯한 산업육성 전략을 수립하였다. 이에 따라서 △모빌리티 △에너지·환경 △방산·우주 △라이프케어 △건설 등 5대 핵심 수요산업을 중심으로 수요시장을 확대해 2030년까지 탄소융복합 분야 전문기업 1600개를 육성하고 매출 50조원, 수출규모 10조원을 달성할 계획이다.

국내 기업 간 교류 확대와 협력체계를 구축해 국내에서 생산된 탄소소재가 국산 부품·제품 개발에 활용되도록 기여한다.

탄소소재 융·복합 얼라이언스 참여 기업인 카텍에이치는 세계에서 유일하게 1kg당 10달러(약 1만1000원) 이하의 비용으로 탄소섬유강화 플라스틱(CFRP)를 재생하는 기업이다. 탄소 섬유 강화 플라스틱이란 (CFRP)이란, 플라스틱에 탄소 섬유를 넣어 강도를 강화시킨 제품이다. 탄소 섬유를 포함하는 매우 강하고 가벼운 섬유 강화 플라스틱이다

화학적분해법을 통한 탄소섬유 재활용 기술은 낮은 온도에서 에폭시 제거가 가능해 탄소섬유 재활용 과정에서 발생하는 손상률을 크게 줄여 폐 CFRP 150kg에서 탄소섬유 100kg 정도를 추출할 수 있다.

탄소섬유 재활용을 위해서는 주로 수명이 다한 항공기나 자동차 차체 등으로부터 탄소섬유를 얻는 방식을 택하게 된다. 그동안 산업폐기물로서 소각처리되거나 매립되었던 이들 폐자재를 이용한 재활용 기술로 저가의 탄소섬유 재생산이 가능해진 것이다.

고도의 물성을 요구하지 않는 건축용 보강재 등에도 탄소섬유가 활용될 수 있으며 저렴한 비용으로 제품의 내구성을 높이는 소재로서 다양한 분야에 걸쳐 활용 가치가 더욱 높아질 것으로 기대된다.

한편 효성첨단소재 전주공장에선 2020년 국내 최초로 탄소섬유를 생산하여 세계에서 미국, 일본에 이어 세번째 생산국이 되었다,

2020년 4천톤의 탄소소재 생산량을 2024년에는 1만 4천톤으로 2.5배나 늘렸고 2028년까지 총 1조원을 투자해 연산 2만4000톤(10개 라인)의 생산량을 확대할 방침이다.

효성첨단소재의 탄소섬유는 기존 핵심 매출 사업분야인 수소·CNG 등 고압용기 판매 성장세가 견조한 가운데 최근 태양광 핵심소재인 폴리실리콘·잉곳(폴리실리콘 전 단계 화합물질)의 단열재 용도 판매로도 급증하고 있다.

탄소소재는 철보다 10배 강하고 무게는 4배 가볍기 때문이다. 산업 용도로 활용할 수 범위가 팔방미인으로 통하기 때문이다. 탄소섬유는 ▲프리미엄 차량용 부품 ▲수소차 핵심부품인 수소 연료탱크 ▲CNG(고압 압축 천연가스) 용기 등의 고부가가치 소재로 활용된다. 중장기적으로는 ▲우주항공 ▲방산 기술에도 쓰임새가 많다.

효성그룹은 폴리에스터, 나일론, PEN, 아라미드, 탄소섬유 등 시장의 폭넓은 요구에 대응할 수 있도록 효성첨단소재가 생산하고 있는 다양한 소재의 고강도 산업용 원사와 직물은 자동차와 토목건축, 농업, 군수, 운송, 스포츠 등 여러 분야에서 적용되고 있다.

효성첨단소재는 타이어코드, 자동차 시트벨트용 원사, 에어백 원단과 같은 세계 1위 제품과 지속 가능한 성장을 위한 신소재의 자체 개발 및 상업화를 이어가며 경쟁력을 키워가고 있다.

탄소섬유와 마찬가지로 '슈퍼섬유'로 불리는 아라미드는 가벼우면서도 강철보다 다섯배 강하고, 500도 이상의 고열을 견딜 수 있다. 이 때문에 탄소섬유와 함께 4차 산업시대를 이끌어갈 소재로 평가받고 있다. 아라미드는 전기차 타이어 코드와 광케이블, 방탄 복합 소재, 우주 항공 소재 등에 사용되고 있다. 전기차는 일반 내연기관 자동차에 비해 무거우면서도 가속이 빨라, 아라미드가 적용된 초고성능 프리미엄 타이어를 사용하고 있다. 전기차 시대가 본격적으로 열리면서, 아라미드도 동시에 수요가 증가할 것으로 전망된다.

한편 5G 광케이블에도 사용되고 있어 초연결시대 통신망이 날이 갈수록 중요해지는 상황에서, 아라미드도 점점 핵심 소재가 되고 있다.

아라미드의 경우 국내 기업 중에서는 코오롱인더스트리가 앞서가고 있으며 탄소 중립 확산과 4차산업혁명 시대 도래로 아라미드가 지속적 성장을 이어갈 것으로 보고 과감하게 시장 진출을 확대하고 있다.

코오롱인더스트리는 아라미드 투자에 적극 나서 올해까지 구미 공장에 총 2천300억원을 투자해 아라미드 생산라인 증설에 나서고 있다. 올해 하반기에 전년 대비 2배 수준인 1만5천t으로 아라미드 생산 능력이 강화된다.

코오롱인더스트리는 아라미드 증설로 글로벌 시장 점유율을 10%에서 20%로 높일 계획이다.

코오롱인더스트리뿐만 아니라 효성첨단소재도 울산 공장의 아라미드 증설에 뛰어들었고요. 내년에 5천t까지 생산량을 확대할 계획이다.

이같이 탄소소재산업은 2021년 3월에 한국탄소산업진흥원이 출범하면서 본격적인 착수를 하는 초기단계에 머물고 있다. 앞으로 전 세계 각국들이 탄소중립을 성공적으로 완성시켜 나가기 위해서 불가피하게 진출해야 될 핵심 소재부품산업으로서 모든 첨단산업으로 이끌어 나가는 성장동력으로서의 역할을 담당하게 될 것이다.