최신소식

가볍지만 철보다 강한 미래의 신소재 ‘탄소섬유’와 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 재활용 기술 탄소섬유의 정의 및 전망
친환경, 화학적 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 리사이클링 기술을 보유한 카텍에이치(CatackH)

탄소섬유/사진출처=카텍에이치

[문화뉴스 MHN 윤승한 기자]
최근 수소차가 미래 모빌리티로 부상하면서 함께 주목받는 신소재가 있다. 바로 ‘탄소섬유’이다.
탄소섬유 시장은 매년 20% 내외 고도성장을 지속하는 중이다. 수년 전부터 글로벌 IT기업 애플은 노트북과 스마트폰 등 주요 생산부품에 탄소섬유를 이용하여 상품을 생산하고 있다. 세계 최고의 고성능 슈퍼카 및 스포츠카를 만드는 이탈리아의 자동차 제조업체인 람보르기니는 일본 미쓰비시 레이온사와 협력하여 고성능 탄소섬유와 프레스 성형기술 개발을 토대로 더욱 튼튼하고 가벼운 자동차 생산 체제를 구축하기도 했다.  

고급 세단을 포함해 컨버터블, SUV, 스포츠카 및 모터사이클 등을 제조하는 독일 회사인 BMW는 탄소섬유 기반의 전기자동차 개발에 막대한 자금을 투자해 차세대 초경량 무인운행 전기자동차를 내놓고 있다. 외국업체들을 비롯해 국내외 자동차 기업들도 기존의 무거운 철(鐵)을 대체할 소재인 탄소섬유 기반의 생산 개발에 앞다퉈 투자하고 있다.
또한 탄소섬유는 항공기, 선박과 우주 분야에서도 사용되고 있다. 초고속 열차의 동체에도 쓰이고 있으며, 세계 최대 항공우주기업인 보잉은 비행기의 주날개와 동체, 주요부품으로 사용하고 있다. 
최근에는 낚시대와 골프채, 테니스 및 베드민턴 라켓과 기능성 스포츠 레저 의류에서도 탄소섬유를 활용하여 각광받고 있다. 

ㅣ첨단소재 ‘탄소섬유’란 무엇인가?

탄소섬유는 ISO(국제표준화기구)에 의하면 ‘유기 섬유를 고온가열 처리(소성)하여 얻어지는 탄소함유율이 90% 이상의 섬유’라고 규정하고 있다. 탄소섬유의 유래는 천재 발명가 ‘토머스 에디슨(T.A. Edison)’이 1880년에 전구의 필라멘트로 사용하면서 알려지기 시작한 것이다. 탄소섬유 활용이 본격화된 시기는 1971년 일본의 ‘도레이’가 아크릴 섬유(PAN) 고강도ㆍ고탄성 구조재료용 탄소섬유를 제조에 성공하면서다. 탄소섬유는 철을 대체할 ‘미래 산업의 쌀’로 주목받고 있다. 철보다 4배 가볍고 강도는 10배 더 강하며 철을 사용하는 모든 제품에 대체 적용할 수 있어 수소 경제 전환의 핵심 소재로 각광 받고 있다.
탄소섬유는 철을 대체할 ‘미래 산업의 쌀’로 주목받고 있다.

철보다 4배 가볍고 강도는 10배 더 강하며 철을 사용하는 모든 제품에 대체 적용할 수 있어 수소 경제 전환의 핵심 소재로 각광 받고 있다. 탄소섬유는 철을 대체할 ‘미래 산업의 쌀’로 주목받고 있다. 철보다 4배 가볍고 강도는 10배 더 강하며 철을 사용하는 모든 제품에 대체 적용할 수 있어 수소 경제 전환의 핵심 소재로 각광 받고 있다.

우리나라는 수소경제시대를 선포하고 수소자동차시대를 위해 2040년에는 620만대를 생산하겠다는데 여기에 가장 필수적인 중요한 부품이 탄소섬유로 된 수소탱크이다. 우리나라는 수소경제시대를 선포하고 수소자동차시대를 위해 2040년에는 620만대를 생산하겠다는데 여기에 가장 필수적인 중요한 부품이 탄소섬유로 된 수소탱크이다.

탄소섬유는 다른 소재와 비교해서 가벼우며 고강도 고탄성율이며 더욱이 전도율, 형태안정성 등이 우수하며 녹이 슬지도 않기 때문에 아주 탁월한 소재이나 탄소섬유만으로는 사용할 수 없기 때문에 수지(Resine)와 혼합된 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)으로 사용되고 있다.

ㅣ탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)

사진출처=카텍에이치

탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)은 탄소섬유와 에폭시 수지로 구성된 복합재료로 항공ㆍ우주, 자동차, 선박, 생활용품 그리고 헬멧·스키 같은 스포츠용품 등 산업 전반에 필수원료로 쓰이고 있다. 

독일 복합소재협의체 AVK는 2022년도에 탄소섬유 복합재료가 245,000t의 세계시장이 형성되고, 지난 2019년 5조원에서 매 해 8%씩 성장해 2025년 8조 원 규모에 이를 것으로 예상했다.

CFRP는 급성장이 예상되는 첨단 소재로, 국가과학기술전략회의가 지난 2016년 발표한 9대 국가전략 프로젝트 경량소재 분야에 포함된 미래 유망사업이다.

01. ISSUE

철강재로 구성된 구조물을 첨단 소재인 CFRP로 대중화하여 대체하는 데에는 어려움이 있다. 왜나하면 가격이 약 10배 비싸기 때문이다. 따라서 연료효율이 결정적인 항공우주산업이나 무거운 배터리 무게를 보상해야 하는 전기차 등 일부 시장에서 확산이 예상된다.

예로 독일의 경우 탄소복합소재가 상당 부문 일반화 됐지만 여전히 독일 탄소시장의 가장 큰 이슈는 ‘비용’ 문제이다.

사진출처=카텍에이치

또 CFRP의 문제점은 ‘폐기물 처리’다. 현재 대부분의 CFRP 폐기물은 매립되는데, 그 중에서도 항공기 기체는 사용 후에 대개 사막묘지, 공항 혹은 매립장에서 처분된다. 재활용하지 않고 소각이나 매립 시 유해가스와 절대 썩지 않아 환경오염 문제가 크게 대두되고 있다.

02. UNDERSTANDING

전기자동차, 비행기, 풍력발전기등의 경량화로 지속적인 CFRP 수요 증가와 고가의 탄소섬유 그리고 최근 유럽, 북미, 중국의 폐CFRP 처리 규제 강화로 저비용 & 고품질 & 친환경 CFRP 리사이클링 기술이 요구되고 있다. 

기존의 복합재료 리사이클링은 열분해 방식으로 고비용, 환경오염, 낮은 회수율, 원사대비 낮은 품질이 문제다. 

03. SOLUTION

이에 획기적이고 친환경적인 기술로 폐CFRP에서 탄소섬유의 본래 물성을 거의 그대로 유지하며 회수하는 재생 기술이 필요한데, 국내 ‘카텍에이치(CatackH)’ 기업이 친환경적이고 경제적인 CFRP 재활용 기술을 상용화하는 데 성공했다. 물을 활용하는 방식으로 한국과학기술연구원(KIST)로부터 이전받은 기술을 살린 것이다. 

ㅣ카텍에이치(CatackH) – 친환경 폐CFRP 리사이클링

카텍에이치 로고/사진출처=카텍에이치
카텍에이치 로고

ㅣ카텍에이치(CatackH)

카텍에이치(CatackH)는 폐탄소섬유강화 플라스틱을 물을 이용한 화학적 분해방식으로 세계에서 가장 효율적이고 친환경적으로 고품질의 재생 탄소섬유와 에폭시를 회수하는 기술을 보유한 세계 유일의 회사다. 

한국과학기술연구원(KIST)은 2017년 서울 세종대학교 컨벤션홀에서 열린 2017년 제2차 공공기술 이전 로드쇼에서 국내 기업 카텍에이치에 탄소섬유복합소재 재활용 기술을 이전했다고 밝혔다. 

카텍에이치의 핵심 경쟁력

카텍에이치는 세계 최초로 화학적 분해 방식을 고안해 특수 용매를 사용하여 탄소섬유를 분리한다. 이 방식은 세계 최저 수준의 저비용 공정, 폐기물 ‘ZERO’ 친환경 재생산 공정, 탄소섬유 회수율 90% 이상의 고수율, 재생탄소섬유 품질 원사 대비 90% 이상의 고품질이 장점이다.

ㄹ
친환경 공정

공정은 먼저, 수소 탱크와 같은 폐기물을 수집한 후 잘게 파쇄한다. 파쇄물은 특수 용매를 이용해 경화제로 쓰이는 에폭시를 분해하고 탄소 섬유만 분리한다. 엉켜있는 탄소 섬유 다발은 섬유 정렬 공정을 거쳐 응용제품을 만들 수 있는 형태로 생산하게 된다.

사진출처=카텍에이치
r-CF 생산제품

또한, 카텍에이치에서는 모양에 따라 사이징 된 단섬유, 탄소섬유와 플라스틱이 결합된 복합소재, 밀드 카본, 카본 페이퍼 이렇게 네 가지 제품을 생산해 다양한 자재로 활용한다

정진호 카텍에이치 대표 / 사진출처.문화뉴스DB

정진호 대표는 “‘카텍에이치’는 세계 최초로 고안한 화학적 분해 방식으로 글로벌 스탠다드를 만들어가고 있다. 또한 친환경적인 화학적 분해 리사이클링 방식을 통해서 회수한 탄소섬유로 만들어진 소재들이 산업계 전반으로 사용된다면 더욱 더 흥미로운 세상을 만들어 갈 수 있다고 생각한다”라고 전했다.

CFRP 및 탄소섬유 활용의 세계시장 규모는 2030년에 약 60조원으로 예상되며 이중 CFRP 재활용 및 재생섬유 응용시장은 전체규모의 10%인 약 6조원대로 성장할 블루오션마켓이다. 

세계 최초로 화학적 분해에 성공한 카텍에이치는 꾸준한 기술개발을 통해 CFRP처리, 재생 탄소섬유 응용제품 상용화에 성공해 새로운 글로벌 스탠다드를 만들어 간다. 

—–

차세대 산업의 쌀 ‘탄소섬유’ 소개 및 카텍에이치(CatackH) 친환경 CFRP 리사이클링
가볍지만 철보다 강한 미래의 신소재 ‘탄소섬유’와 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 재활용 기술 탄소섬유의 정의 및 전망
친환경, 화학적 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP) 리사이클링 기술을 보유한 카텍에이치(CatackH)

출처 : 문화뉴스(http://www.mhns.co.kr)