▲ 에너지연 연구원이 석탄 부산물을 이용해 탄소섬유를 제작하고 있다.[제공=한국에너지기술연구원]

국내 연구진이 저등급 석탄 부산물 탄소 섬유 제조 기술을 국내 최초로 개발해 탄소섬유의 비싼 원료값을 극복하게 됐다.

한국에너지기술연구원은 정두환 연료전지연구실 박사팀이 저등급 석탄 부산물을 이용해 탄소섬유를 제조하는 핵심 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

탄소섬유는 철보다 4배 가벼우면서도 10배의 강도를 지니고 있다. 탄성률은 7배가량 좋다.항공우주, 토목, 자동차 강판 대체, 에너지 환경 등 분야에서 다양하게 이용할 수 있는 신소재다.

하지만 현재 우리나라는 피치(Pitch)계 탄소섬유는 전량 수입 중이다. 원료 개발을 통해 섬유와 소재를 상용화 할 경우 2020년까지 기대효과는 내수 3조원, 수출 40조원에 달하지만 기술이 부족하다.

탄소섬유는 주로 폴리아크릴로나이트릴(PAN·Polyacrylonitrile)같은 합성섬유를 탄화해 만드는데, 비싼 원료로 경제성은 높지 않다.

업계에선 비싼 원료를 극복할 저등급 석탄의 부산물로 탄소섬유를 제조하려는 연구를 지속하고 있다. 실제 제조에 성공한 나라는 일본이 유일하지만, 대형화까지는 진행되지 않았다.

이에 에너지기술연구원 연구진은 국내 최초로 저등급 석탄 고품위화 과정에서 나오는 부산물을 이용해 완전한 섬유 형태를 지닌 피치계 탄소섬유를 만드는 데 성공했다. 생산 단가는 기존보다 20% 줄였다.

연구진은 2단 열처리와 공탄화법(분자 구조와 분자량이 다른 2종 이상의 물질을 섞어 방사 원료 분자 구조를 변화하는 기술)을 적용해 분자량을 안정적으로 조절했다.

아울러 방사성(액상 물질이 실 모양으로 길게 늘어나는 성질)을 증대시켜 머리카락 10분의 1 크기(10㎛) 완전한 섬유 형태를 갖춘 탄소섬유를 구현했다.

정두환 박사는 "저등급 석탄 열분해 부산물의 탄소섬유 제조는 신산업을 창출할 수 있는 계기가 될 것"이라며 "저등급 석탄의 고부가가치화 활용 측면에서 우리나라가 선도적 역할을 할 수 있도록 노력하겠다"고 말했다.