탄소산업 수도, 전북이 있기까지의 탄소소재 이야기

세계 경제는 탄소중립과 에너지 전환이라는 새로운 기회와 도전을 맞이하여 구조적인 변력을 겪고 있다.

당진산업단지에는 탄소다배출업종인 철강산업단지와 화력발전단지가 입주해 있어 다른 어떤 지역보다도 더욱 심각한 도전과 기회의 계기가 마련되고 있다고 생각된다. 만일 탄소중립이라는 큰 변혁을 제대로 성공시키지 못한다면 당진경제는 장기침체국면에 빠져 좌초자산, 사양화, 파산이라는 엄청난 시련을 겪지 않을 수 없다.

따라서 당진시는 탄소중립을 성공적으로 추진해 나가기 위해서 무엇을 어떻게 해야 할 것인지를 골동하게 고민하지 않을 수 없다.

사실 당진화력발전은 수도권에 송전하는 시스템이 이미 완비되어 있기 때문에 수도권 전기공급이라는 역할을 지속적으로 담당해야만 한다. 그리고 고로방식의 현대제철의 탄소중립은 값싼 수소가 대량으로 생산할 수 있는 체제가 완성되는 2040년까지 석탄을 이용하는 코크스 방식을 그대로 활용할 수밖에 없어 배출되는 탄소를 재활용하거나 재자원화하는 방식을 도입하는 방법이외 별다른 방안을 마련하기 어렵다.

포집한 탄소를 재활용하거나 재자원하는 방식은 탄소융복합 금속소재를 개발하는 탄소소재산업에 진출해야만 가능한 일이다. 그렇지만 탄소소재신업은 아직 미개척된 분야로 우리나라의 경우 대부분 해외에서 수입하여 의존하고 있는 실정이다. 따라서 탄소소재 기술개발을 통하여 국산화와 산업생태계를 조성하고 상품화 과정을 거쳐야 하는 힘든 과정을 겪어야 한다.

‘줄탁동시’(줄啄同時)라는 사자성어가 있다. 병아리가 부화될 시기가 되면 알 안에서 병아리가 나올 수 있도록 병아리는 아직 여리디 여린 부리로 온 힘을 다해 쪼아대고 어미 닭이 그 신호를 알아차려 바깥에서 부리로 쪼아줌으로써 병아리가 부화할 수 있다고 한다.

만일 병아리가 세 시간 안에 알에서 나오지 못하면 질식하여 죽게 된다는 것이다. 그래서 병아리와 어미닭이 다함께 알에서 나올 수 있도록 도와 주어야 한다는 의미이다. 탄소소재·부품 시장을 이제 막 알에서 깨어나오는 병아리에 해당된다. 부화하기 위해서 어미닭과 병아리가 함께 알을 깰 수 있도록 노력해야 비로서 세상에 태어날 수 있게 된다.

결국 당진시민들이 나서서 적극적으로 지원하고 뒷받침하는 역할을 담당하지 않으면 이뤄질 수 없는 사업이라고 할 것이다.

탄소소재는 다른 금속과 결합 형태에 따라서 탄소섬유, 인조흑연, 활성탄, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀 6가지 유형으로 구분될 수 있다, 이들은 4차산업혁명으로 기술혁신이 이뤄지는 모빌리티, 에너지·환경, 우주·항공 등 미래 유망 첨단 신산업을 뒷받침하는 소재신업으로 전망을 대단히 밝다.

우리나라는 탄소섬유나 탄소나노튜브의 경우에는 우주·항공 등 범용 소재에 한해 선진국 수준의 기술을 확보하고 있다. 그렇지만 인조흑연이나 활성탄소의 경우에는 고성능 소재기술이 선진국 대비 50% 정도 수준에 그치고 있어 앞으로 더욱 기술개발에 몰두해야 부문이다. 그렇지만 이들 분야는 이차전지, 전극재 등에 사용해야 되기 때문에 수소경제로 가기 위해서 필수불가결한 소재분야라고 할 수 있다. 그리고 활성탄의 경우에도 탄소중립의 이행을 위한 각종 환경규제를 극복하기 위한 방안으로 선제적인 기술개발이 요구되는 부문이라고 할 수 있다.

우리나라는 2013년에는 효성이 전주공장을 준공하고 T-700급 탄소섬유인 탄소섬유를 출시해 세계 3번째로 자체 기술개발 양산화를 성공하였다. 그리고 2015년에는 탄소산업 육성조례가 제정·공포됐으며, 탄소융합산업연구조합이 설립, 출범하기도 했다.

2016년에는 탄소소재 융복합기술 개발 및 기반조성 지원하기 위한 탄소소재법이 제정되었고

2017년에는 한국탄소산업진흥원이 전북 전주에 설립되었다. 그리고 2019년에는 효성첨단소재 전주공장 증설 투자협약이 이뤄지면서 전북은 탄소산업 수도으로 지정, 탄소산업의 비전과 발전전략을 선포하게 되었다. 이어서 전주시가 탄소특화 국가산업단지로 지정·승인됐으며 2020년 4월 탄소소재 융복합기술 지원업무를 담당 공공기관으로 한국탄소산업진흥원이 그 역할을 담당하고 있다.

이젠 전북은 탄소산업 종합발전 5개년 계획 수립하고 탄소소재분야 전국 최초로 탄소소재 융복합산업 규제자유특구로 지정되어 탄소소재산업은 이끌어 나가는 선도적인 역할을 담당하고 있다.

전북 탄소생산단지의 앵커 기업인 효성첨단소재는 우주항공, 모빌리티 등 핵심 수요산업 적용을 위한 4대 연구개발(경량 자동차 부품성형기술, 초경량 탄소복합재 휠, 수소탱크용 고성능 탄소섬유, PAV용 소재·부품)을 추진하고 있다. 그리고 국산 탄소섬유를 활용한 소재 및 중간재, 부품 등의 개발 협력방안을 여러 기관들과 모색해 나가고 있다.

탄소섬유복합재는 탄소섬유에 플라스틱 수지 등을 첨가해 만든 중간재로 우주항공, 모빌리티 등 미래 핵심 산업에서 요구되는 고기능성 경량 소재이다. 이는 철보다 4분의1 정도로 가볍고 강도는 10배나 높을 뿐 아니라 초고온(2000℃), 초저온(-235℃)의 극한 환경에서도 견딜 수 있는 최첨단소재다.

탄소산업진흥원은 오는 2024년까지 탄소소재 소부장 특화단지에 '탄소소재-중간재-부품-완제품' 등 완결형 테스트 베드인 매뉴팩처링 인큐베이션 허브를 구축할 방침이다. 이를 통해 수소저장용기, 연료전지, PAV/UAM 등 미래 모빌리티 및 풍력블레이드 관련 시제품 개발 및 신뢰성 평가, 성능평가를 위한 장비 19종을 구축할 계획이다.

탄소섬유의 경우 정부의 기술개발 노력과 민간의 수출 확대로 지난 10년간 무역수지가 625% 증가했고 2030년까지 100조원 이상으로 시장이 성장해 나갈 것으로 전망되고 있다.

한국의 탄소융복합산업은 지난 10년간 탄소밸리, 클러스터 조성 등 두 개의 국가 연구개발(R&D) 및 기반 조성사업에 지속적인 투자를 이뤄졌다. 이제는 탄소융복합산업의 경쟁력 강화와 소부장(소재·부품·장비) 공급망 확보를 위해 모빌리티, 에너지·환경, 우주·항공 등 미래 유망 신산업을 중심으로 프리미엄급 소재 기술 R&D 투자하여 상품화를 추진해 나가야 될 단계이다. 따라서 소재·부품 기술 개발에서 상용화를 위한 실증 및 표준 개발로 연결되는 사업화 그리고 수요-공급 기업 간 연대협력체 구성, 소부장특화단지 활성화를 통한 글로벌 밸류체인 구축 등 산업 외연 확장으로 이어지는 전 주기적 통합 비즈니스 플랫폼을 구축하는 탄소산업 생태계 조성사업을 본격적으로 이뤄져야 할 단계이다.