“韓 탄소복합재 경쟁력 강화, 리사이클 新시장 창출·LCI DB구축 민관협력 필요”

                                                                                              <전과정 목록 데이터베이스>

글로벌 재활용 탄소섬유 시장 30년 8천톤 수요, 해외 공정 기술 확보·국내 개발 단계

세계 전과정 평가 확대, 진흥원 국내 산업 맞춤 평가 도구 마련 탄소社 공정개선 지원

전 세계적으로 우주개발, 친환경 모빌리티로의 전환 등에 따라 고강도 경량소재로서 탄소복합재에 대한 수요가 크게 높아질 것으로 기대된다. 효성첨단소재가 기존 T1100급 탄소섬유 생산량을 확대해 2028년까지 연간 24,000톤 규모로 생산하겠다고 발표한 데 이어, 최근 도레이첨단소재가 신율과 인장강도가 개선된 T1200급 탄소섬유복합재 개발에 성공하는 등 업계에서도 고성능 탄소섬유 수요에 맞춘 공급확대를 준비하고 있다.

하지만 국내 우주항공분야에서 조차 우수한 성능이 인정된 해외 기업의 탄소섬유가 주로 사용되고 있어, 국산 탄소섬유 및 탄소섬유복합재에 대한 경쟁력 확보가 시급한 상황이다. 탄소섬유복합재의 경우 우주·항공분야에서 극한 환경을 견딜 수 있는 첨단 경량소재로서 활용도가 높을 뿐만 아니라 신재생에너지, 스포츠용품 등 다양한 산업에 걸쳐 제품의 강도를 높이고 무게를 절감하기 위한 목적으로 사용된다.

고성능 탄소섬유 시장뿐만 아니라 범용 시장에 이르기까지 선도국인 일본과 미국, 독일 외에도 중국의 추격세 또한 대단해 이를 간과해서는 안 된다. 탄소섬유복합재 글로벌 시장규모는 2020년 5.5조원에서 2030년에는 15.7조원으로 증가할 것으로 예측되는 가운데, 국내 탄소섬유의 수요량 또한 우주항공, 수소산업 및 신재생에너지 산업 성장으로 2030년에 4만2,000톤 규모로 성장할 것으로 보인다. 이는 2020년 대비 20배 이상 증가한 규모다. 미래 시장에서 탄소섬유 수요가 증가될 것으로 기대되는 만큼 우리 기업의 시장선점을 위한 민·관 협력을 통한 전략 마련이 중요할 수 밖에 없다.

▲ 국내 주요산업별 탄소소재 수요량 예측

■친환경적 리사이클링 공정 개발·소재 적용 시장 확대 필요

최근 유럽연합에서 추진하고 있는 탄소섬유복합재 폐기물 매립금지 및 재활용 확대 조치는 재생탄소섬유 생태계 구축이라는 또 다른 기회로 부상하고 있다. 탄소섬유복합재료 기술동향 자료를 살펴보면, 글로벌 재활용 탄소섬유 시장은 연평균 12.7% 성장해 2030년에는 7,550톤의 수요를 보일 것으로 기대된다.

이미 유럽 국가들은 신규 시장 선점을 위한 재생탄소섬유 공정 기술 확보 및 수요처 발굴을 위해 많은 투자를 진행하고 있다. 그러나 국내 탄소섬유복합재 재활용 시장은 아직 기술개발 단계에 머물러 있다. 국내 기업 카텍에이치가 화학적 분해방법을 통한 탄소섬유복합재 재활용 공정을 개발해 재생탄소섬유 생산에 나섰으나 국내외 판로개척이 아직 미비한 상태이며, 일부 대기업 등에서도 열분해 기반의 재생 탄소섬유 생산 파일럿 설비를 구축해 기술개발을 진행하고 있는 수준이다.

재생탄소섬유의 경우, 탄소소재보다 가격은 1/6정도로 저렴하고, 에너지 소비와 CO2 발생량이 각각 83%와 86%까지 저감 가능하다. 뿐만 아니라 기존 탄소섬유의 물성을 약 8~90%까지 유지할 수 있어 재활용 후에도 우수한 강도와 탄성을 가진 기능성 소재로서 활용 가능해 탄소섬유 가격 상승에 따른 수요-공급 불균형 문제 해결을 위한 대안으로도 주목받고 있다.

일반적으로 탄소섬유복합재 재활용 공정에 적용되는 원소재는 제조 공정 과정에서 발생하는 직물 스크랩이나 프리프레그 폐기물 등이 쓰이고 있으나, 안정적인 재활용 섬유 공급을 위해서는 항공기나 풍력터빈 등 탄소섬유복합재가 필수적으로 사용되는 산업군에서의 수명종료 폐기물을 확보하는 것이 중요하다. 2050년까지 항공기 분야에서는 약 41만톤의 CFRP 폐기물이, 풍력발전 분야에서는 연간 약 200만톤의 폐기물이 발생될 것으로 예측되는 만큼 이들을 활용한 재활용 공정 개발, 재생탄소섬유 수요시장 창출 등 가치사슬을 구축하는 작업이야말로 국내 탄소산업의 경쟁력을 높이고 글로벌 시장 점유율을 높이는 방안이라 할 수 있다.

■재활용 선순환경제 창출, 민관협력 가치사슬 구축·지원 선행 필수

탄소섬유복합재는 자연 상태에서 분해가 불가능하기 때문에 대부분 매립 형태로 폐기되고 있다. 한 통계자료에 따르면, 2018년 한 해 전 세계 탄소섬유 사용량은 9만2,600톤이며 이 중 3만300톤이 폐기된 것으로 나타났다. EU가 지난 2008년 발표한 ‘The New Framework Directive’에서 탄소섬유복합재 폐기물의 매립을 금지하고 환경오염에서 폐기물 생산자의 책임 범위를 확대함에 따라 유럽 내 자동차, 항공기 분야에서는 발 빠르게 CFRP(탄소섬유강화플라스틱) 폐기물 재활용 및 선순환 구조 창출을 위한 노력에 앞장서고 있다.

독일 BMW의 경우 철강 및 알루미늄이 사용되는 부품의 경량화 및 내구성 향상을 위해 리사이클 탄소섬유를 사용, 차체 제조 및 조립시간 단축을 위한 신규 공정 개발 등을 시도할 뿐만 아니라 전기차용 배터리를 전량 수거해 에너지 저장장치(ESS)로 2차 활용하고 있다. 특히, 2030년에는 모든 차량에 적용되는 소재의 재활용률의 목표를 96% 수준까지 향상시킬 방침인 것으로 알려져 있다.

위에서 언급한바와 같이 탄소섬유복합재의 재활용은 기존 탄소섬유의 높은 제조 비용을 획기적으로 낮출 수 있을 뿐만 아니라 CO2 절감이라는 두 가지 효과를 발현할 수 있기 때문에 재활용 탄소섬유 공정 개발과 이를 활용한 재활용 탄소섬유복합재 개발, 그리고 이를 적용할 시장 창출이 반드시 이뤄져야 하는 이유다. 재생된 탄소섬유는 고도의 물성을 요구하지 않는 건축용 자재나 자동차·항공기 내장재, 전자제품 및 수소연료전지 양극판 등의 분야에서도 활용 가능할 것으로 기대된다.

최근 정부가 핵심광물 재자원화 로드맵을 수립하고 전기차와 배터리 등 폐자원으로부터 핵심광물을 회수하겠다고 나섰다. 이러한 중요성을 반영하듯 포항시는 전기차 배터리 자원순환 클러스터 착공을 통해 배터리 재활용을 녹색산업으로 중점 육성하겠다고 밝힌 바 있다. 폐자원을 재자원화하는 것은 비단 전기차나 배터리 분야에 국한되지 않는다. 이제 탄소섬유복합재 시장도 폐자원의 재자원화로 선순환 경제 창출에 적극 나서야 한다.

자동차, 항공기, 그리고 풍력터빈 등 폐탄소섬유복합재를 회수할 수 있는 공급망은 충분히 갖춰져 있다. 탄소복합재 폐기물을 기반으로한 가치사슬을 어떻게 만들어갈 것인가에 대해 보다 적극적인 정부와 기업 간 논의가 필요하다. 탄소섬유는 국가별로 전략물자로 지정돼 안정적인 공급망 확보를 위해 국가 내 자체개발이 필요하며, 이를 위해 유기적인 협력체계 구축이 필요하다.

정부는 글로벌 시장에서 경쟁력 유지를 위한 초격차 프로젝트 발굴 및 지원에 나서야하며, 공공기관 우선 구매제도와 같은 국내 탄소소재 기업들이 성장할 수 있는 생태계 조성에 적극적일 필요가 있다. 민간기업의 경우, 소재 및 제품의 가치사슬에 대해 동반자적인 의식을 갖고, 국산 탄소소재의 사용에 적극적으로 노력해야 한다.

■친환경 공정 개발 요구 증가, LCA분석 등 탄소발자국 감축 확대

EU에서는 2024년 7월부터 배터리 산업의 탄소발자국 공개를 의무화할 예정이고, 미국의 경우 온실가스 배출계수 개발 후 국가 및 제품별 대상품목 결정을 통해 수수료를 부과할 방침이다. 이러한 흐름을 반영해 미국 및 EU국가들을 중심으로 전과정 평가(LCA, Life Cycle Assessment)에 대한 수요가 확대되고 있다.

UN ECE(국제연합 유럽경제위원회)는 자동차 제작에 관한 실무 위원회(WP29)를 통해 자동차 분야 LCA평가를 위한 표준화 작업을 시작했다. 2025년 말까지 LCA 평가 방법론을 만들고 입법화를 추진, 2026년부터 기업이 자발적으로 LCA자료를 제출하도록 하는 것이다. 전과정 평가를 도입할 경우, 기업은 기술개발 초기 단계에서부터 개발전후 과정에서 환경성 분석을 위한 기법을 사용해야하며, 사업장 중심으로 진행돼오던 온실가스 배출 관리가 원료채취부터 운송, 폐기 단계에 이르기까지 전 과정 배출중심으로 확대된다.

전과정 평가를 위해서는 전과정목록(LCI, Life Cycle Inventory) 구축이 선행돼야하는데, 이는 소재 및 제품 생산 단계별 투입물(원료, LNG, 전기, 용수 등)과 산출물(대기 배출물, 수계 배출물 등)을 목록화 하는 것이다. EU는 전과정 평가에 대해 가장 먼저 준비하고 개별국가 및 기업에서 개발한 LCI용 데이터베이스 관리 플랫폼을 개발·운영하고 있고, 최근에는 미국, 일본 및 중국이 국제 표준에 맞춰 LCI용 데이터베이스를 구축하고 있다.

전과정 평가를 위한 선제조건인 LCI용 데이터베이스의 구축 없이는 EU에서 요구하는 제품에 대한 전과정평가 결과를 제출할 수가 없으며, 이는 기업이 생산하는 제품의 해외수출에 대한 문제로 직결돼 산업 경쟁력을 약화시키는 요인이 될 수 밖에 없다.

탄소소재·부품의 경우 사용되는 원료 및 공정이 다양할뿐더러, 탄소기업의 84%가량이 중소기업인 만큼 기업 스스로가 LCI용 데이터베이스를 구축하는 것 또한 현실적으로 어려울 수 밖에 없다. LCI 데이터베이스 구축을 위한 세부 공정분석 및 유해가스 배출과의 상관관계 검증 등에 있어 많은 비용과 시간이 소요되기 때문이다.

이러한 국제흐름을 반영해 한국탄소산업진흥원은 국내 탄소복합재 기업의 해외진출 및 각종 환경규제 대응을 돕고 탄소산업 관련 전과정 평가 체계 구축을 위해 유럽 복합재산업협회(EuCIA)에서 개발한 복합재 전용 전과정평가 도구를 2022년 12월 도입 완료했다. 기존의 유럽형 복합재 전과정평가툴에 국내 수송DB와 에너지DB를 적용함으로써 국내 산업 실정에 맞춘 탄소발자국 영향지표 확인을 도울 수 있을 뿐만 아니라, 유럽, 미국 등 해외진출을 앞두고 있는 기업의 기술 공정에 대한 환경영향요인 점검 및 공정개선을 위한 지표로 활용할 수 있게 된 것이다.

탄소국경세 도입과 같은 이산화탄소 배출 규제 정책은 더 이상 간과해서는 안 되는 중요한 경영요소가 됐다. 그리고 제품의 이산화탄소 배출량 규제와 함께 리사이클링과 같은 순환경제 창출을 위한 노력에 대한 요구는 앞으로도 계속 확대될 수밖에 없다.

재활용 탄소섬유복합재 시장이야말로 블루오션이다. 우수한 공정기술 개발과 더불어 국제적 환경규제에 대응할 수 있는 체계적이고 검증된 LCI 데이터 베이스 구축은 국내 탄소산업의 경쟁력을 높이는데 중요한 역할을 하게 될 것이다. 탄소기업 스스로도 적극적으로 전과정평가 도구를 활용하고, 기업의 공정 개선을 위한 노력을 해나갈 필요가 있다.

▲ 전과정평가 개요