Update2024.05.03 (금)
新소재 ‘폴리케톤’ 창조, 효성이 해냈다
■ 폴리케톤이 신소재로서 주목 받는 이유는
효성이 과거 지구상에 존재하지 않았던 신물질인 폴리케톤을 개발하는 데 성공했다.
폴리케톤은 대기오염의 주범인 일산화탄소와 올레핀(에틸렌, 프로필렌)으로 이뤄진 친환경 고분자 신소재다. 나일론 대비 충격강도는 2.3배, 내화학성은 30% 이상 우수하며, 내마모성 역시 최고 수준인 폴리아세탈(POM) 대비 14배 이상 뛰어나고, 기체 차단성도 현존하는 소재 중 가장 우수한 에틸렌비닐알콜(EVOH)과 동등한 수준이다.
폴리케톤은 우리나라 소재산업 역사의 패러다임을 바꿀 수 있는 핵심 축으로서 국가브랜드 가치극대화에 기여할 것으로 보고 있다.
폴리케톤이 신소재로서 의미가 있는 것은 CO를 원료로 사용하는 환경 친화적인 소재라는 것이다. CO는 제품 구성의 50%를 차지하고 있으며 원료로만 보면 고분자 소재의 원료 중 가장 싼 것으로 알려져 있다.
물론 제품 생산 과정에서 촉매는 비싸지만 규모가 커지면 원가경쟁력이 있을 것으로 보고 있다.
CO가 왜 환경 친화적이냐 하면 CO가 공기 중에 배출이 되면 공기 중에 산소와 합쳐져서 CO₂가 되는데, CO₂로 변화되면 정화하는데 380만 그루의 소나무가 필요하다. 이에 환경적으로 가치가 높다고 볼 수 있다.
또한 수소(H₂)를 만들려면 부산물로서 CO가 발생하는데 특별히 쓸 데가 없으면 그냥 버린다. 그냥 버리는 CO를 활용할 수 있어서 좋고, 원가가 저렴하다는 장점이 있다.
■ 폴리케톤이 사용될 분야는
CO가 들어가면서 물성이 케톤이라는 구조가 되는데, 케톤이 구조적으로 좋다.
기존의 엔지니어링 플라스틱 소재인 나일론, PBT 대비 230% 이상 우수한 충격강도를 가지고 있다. 이런 강도를 가지고 있기 때문에 자동차용 휘커버, ECU 하우징, 엔진 커버 등의 제품을 견고하게 만들 수 있다.
결정성이 고결정 제품이라 내화학성이 좋다. 웬만한 화학약품에 강하다. 가솔린이나 염화칼슘 등에 높은 저항성을 가지고 있기 때문에 기존 소재들에 비해 내화학성이 1.4∼2.5배나 우수하다.
마모에도 강하다. 현존하는 가장 단단한 소재인 폴리아세탈(POM) 대비 내마모성이 무려 14배나 우수하다. 폴리케톤은 내마모성이 거의 없는 반영구적인 소재로 부품 교체가 필요 없다.
폴리케톤은 현존하는 고분자 소재 중에서 기체 차단성이 가장 우수하다. 식품 포장용으로 적용되는 EVOH(Ethylene Vinyl Alcohol)와 동등한 수준이다. 이에 연료 탱크나 연료 튜브, 파이프 등을 만들 때 기체차단성을 높이기 위해 두껍게 만들지 않아도 되기 때문에 가볍게 만들 수 있고 원가를 절감할 수 있다.
이에 가격대비해서 특성들을 보면 5대 범용 엔지니어링플라스틱인 △나일론 △PBT △POM △MPPO △PC 등의 여러 가지 취약한 부분을 커버할 수 있을 것으로 보고 있다.
특히 폴리케톤은 크게 엔지니어링플라스틱 용도와 초고강도 슈퍼섬유 용도로 사용될 것으로 보인다. 우수한 내충격성, 내화학성, 내마모성 등의 특성을 바탕으로 자동차·전기전자 분야의 내외장재 및 연료계통 부품 등 고부가 엔지니어링 플라스틱 용도로 적용될 수 있으며, 초고강도, 초고탄성률의 특성을 가진 슈퍼섬유로 타이어코드, 산업용 로프, 벨트 등에도 사용될 수 있다.
단지 시장이라는 게 아무리 좋아도 새로운 제품이 나올 때는 적용할 때마다 신뢰성 테스트를 해야 하기 때문에 제품 적용에는 시간이 많이 걸린다.
원료 CO 50% 사용, 친환경·원가절감 ‘일석이조’
2015년 5만톤 본격 생산, 66조원 세계시장 선점
■ 시장규모는
전체 엔지니어링플라스틱 시장이 60조 정도인데, 폴리케톤이 많은 시장을 창출 할 것으로 보고 있다.
또한 매년 5%이상 성장하는 엔지니어링 플라스틱 소재분야에서 향후 세계시장의 30% 점유율을 차지할 것으로 보고 있다.
2020년까지 폴리케톤이 대체할 수 있는 소재에 대한 직접적인 부가가치 창출효과로 약 1조원, 폴리케톤 소재를 활용한 부품 및 완제품 등 전후방사업까지 포함하면 그 부가가치는 최소 10조원에 달할 것으로 예상하고 있다.
현재 2012년 3월 울산 용연공장에 세운 1,000톤의 생산시설을 갖고 있다. 1,000톤이라면 파일럿 규모보다 큰 것이다. 양산 규모까지는 안돼도 마케팅이 가능하다.
폴리케톤 중합 생산설비 외에 오는 2015년까지 2,000억원을 투자해 연산 5만톤 규모의 폴리케톤 공장 건립을 검토 중이다. 또한 오는 2020년까지 총 1조500억원 규모의 투자를 진행할 계획이다.
폴리케톤이 적용될 수 있는 세계 엔지니어링 플라스틱 시장 규모는 2012년 851만톤(60조원) 규모에서 2015년 977만톤(66조원) 규모로 연간 5%이상 지속적으로 성장할 것으로 전망되고 있다.
■ 탄소섬유와 비교
탄소섬유와 쓰이는 용도가 완전히 다르다.
폴리케톤은 보편적으로 쓰이는 용도지만, 탄소섬유는 우주, 수소탱크, 스포츠 등 고가장비에 쓰인다.
탄소섬유와 폴리케톤의 복합재료에 사용이 가능해 적용용도는 겹치지 않고 서로 보완적으로 쓰일 수 있을 것으로 보고 있다.
현재 탄소섬유가 ㎏당 20달러 수준을 보이는데, 폴리케톤은 ㎏당 3달러50센트면 가능하다.
■ ‘창조경제’의 모델로 보는 전문가도 있다
정부의 창조경제 개념과 잘 부합한다. 창조경제의 개념이라는 것이 새로운 신물질을 개발하는 것인데 폴리케톤은 세계 최초다.
더불어 의미가 있는 것으로는 석유화학이라는 것이 지금까지 기술도입 통해 사업을 해왔고, 로열티를 지불해 왔는데, 로열티를 2%∼10%까지 내면서 사업을 해왔다.
폴리케톤을 사용한다면 원가에서 로열티를 제외해도 되니 얼마나 원가 절감이 되는 것인가.
또한 유해가스를 원료로 우리 산업에 꼭 필요한 소재를 개발했다는 것에서 발상의 전환이 이뤄졌다고 생각한다. 이에 ‘창조경제’에 가장 부합하는 사례가 아닌가 보고 있다.
■ 해외 많은 기업들이 폴리케톤 개발에 실패했다
유럽에서는 쉘, BP 등이 2002년에 연구를 포기했다. 여러 가지 문제점들이 있는데 첫째로는 원가가 비쌌고, 공정 중에서도 양산성을 확보하지 못했다. 더불어 유럽의 석유화학 구조조정이 일어나면서 문제가 생기니까 사업을 철수하게 된 것으로 보고 있다.
일본에서는 아사히가 연구했었는데 현재로는 중단 상태다. 여러 가지 부분에서 문제가 있었던 것으로 알려지고 있다. 또한 상업성을 확보하지 못했던 것으로 보여진다.
폴리케톤은 세계에서 유일하게 우리나라가 사업화를 이룬 신소재로, 오는 2015년 효성이 본격 양산체제를 갖추면 한국이 폴리케톤 소재 생산 및 판매를 독점할 것으로 보고 있다.
■ 우리나라 소재산업 발전을 위한 한 말씀
어떤 제품을 만들 때 원천적으로 필요한 것이 소재다.
이에 반해 우리나라의 소재기술은 너무 약하다. 소재에 대한 연구, 사업화에 좀 더 신경을 써야 한다.
국가도 연구지원을 하려고 하는데, 좀 더 과감히 지원할 필요가 있다고 보고 있다.
특히 전기 전자 쪽에 사용되는 소재의 경우에는 국산화를 통해 원가절감도 되고 보안성도 높아진다.
대부분 기술의 유출이 원료메이커로부터 나가기 때문에 보안에 신경 쓰고 있는 기업들에게는 기술 유출 방지에 도움이 될 것이다.
소재라는 것이 안 쓰면 안 되는 것이 아니니까 원가의 2배, 3배를 요구해도 반드시 써야한다. 이에 소재를 개발한다는 소리만 들려도 권리를 갖고 있는 해외 기업은 가격을 20∼30% 내린다. 또한 공장을 완공해 판매할 때쯤이면 원가를 못 맞출 정도로 가격을 내려 후발 주자가 시장에서 견디지 못하도록 만든다.
그래서 국산화가 중요한 것이다. 원료소재에 대한 중요성은 몇 번을 말해도 중요하다.
원료소재의 국산화를 위해 앞으로도 많은 연구가 이뤄져야 할 것이고, 정부에서도 많은 지원을 해야 할 것으로 보고 있다.
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