“탄소소재, 첨단산업 등 적용 확대··· 韓, 산업 강국 실현”

우주항공·모빌리티·애너지 등 수요확대·시장창출·글로벌 진출, 적극 지원

종합지원체계·R&D 확대 등으로 고강도 소재 개발 및 산업 성장 이뤄

■ 탄소중립 추진에 따라 친환경화, 경량화 바람이 불면서 탄소소재 수요가 늘고 있다. 이에 탄소소재법 개정 후 약 3년여가 지난 지금 어떻게 변화 했는지

탄소소재는 초경량, 고강도, 고강성, 우수한 열·전기전도성, 고온내열성 등 우수한 특성으로 친환경, 경량화를 이끌어갈 필수 소재로 각광받고 있다. 산업통상자원부는 지난 2020년 탄소소재법을 개정해 탄소소재·부품 산업의 전담 지원기관인 한국탄소산업진흥원을 출범시키는 등 수요사업과의 연계를 통한 시장 창출, 탄소소재·부품 전문기업 육성 및 시장진출 지원 등에 노력해왔다.

또한 2021년에는 탄소소재 융복합 산업 3대 강국 도약을 목표로 중장기 로드맵인 ‘탄소소재 융·복합 산업 종합 발전계획’을 발표해 탄소소재 적용으로 시너지 창출이 예상되는 각 수요산업별 맞춤형 정책을 지원하고 있다. 그리고 탄소소재의 우주, 항공분야로의 활용 확산을 위해 2022년 말 ‘우주항공, 방산시대에 대응한 탄소복합재 경쟁력 강화전략’을 발표했고, 올해 5월에는 이에 대한 후속조치로 탄소복합재 업계와 한국탄소산업진흥원이 참여해 ‘항공·우주용 탄소복합재 기술개발·인증 로드맵’을 발표한 바 있다.

더불어 탄소소재 주요 기업들도 투자 확대를 통해 생산용량을 늘리고 기술 경쟁력 확보 등 탄소산업 생태계 활성화와 성장을 이뤘다. 탄소섬유의 경우, 전 세계 3번째로 초고강도 탄소섬유 개발 등에 힘입어 탄소섬유 역대 최고 수출액을 달성하기도 했고, 인조흑연은 이차전지용 소재의 국산화에 성공했다. 또한 탄소나노튜브는 세계 최초 전지용 TWCNT(소수벽탄소나노튜브)를 개발하는 등 우수한 기술 경쟁력을 보유하게 됐다.

그 결과, 지난 3년여 동안 우리나라 탄소소재·부품산업은 내외적으로 급속히 성장했다. 탄소산업 통계조사(2023년)에 따르면, 탄소소재·부품 산업 관련 기업은 2020년 832개사에서 2022년 1,276개사로 약 1.5배 증가했고, 매출은 2020년 18조 원에서 2022년 35.3조 원으로 약 2배 성장했다. 고용 또한, 탄소소재·부품 관련 기업 증가로 인한 산업 성장과 탄소소재 소부장 특화단지 조성 등의 일자리 창출로 2020년 약 2만 명에서 2022년 약 7만 명으로 3배 이상 늘어나는 성과를 달성했다.

■ 탄소 선도국들과 비교했을 때, 현재 우리나라 탄소 소재 기술 및 전망은 어떠한가?

탄소소재 및 응용 부품 시장은 연평균 10%씩 성장해 2030년 1,000조 원에 이를 것으로 전망된다. 이렇게 탄소산업은 고부가가치 산업 및 고성장이 기대됨에 따라 세계 각국에서는 시장 지배력 강화를 위한 연구개발 확대 및 생산능력 확충 등을 위해 노력하고 있다.

한국탄소산업진흥원에서 조사한 ‘2022년 탄소소재 융복합 기술수준’에 따르면, 글로벌 선도국은 미국, 일본, 독일로 조사됐다. 미국은 수요산업 및 부품산업을 중심으로 생태계가 활성화 돼 있으며 일본은 원천소재 제조기술을 기반으로, 독일은 공작기계 산업을 기반으로 공정장비 및 공정기술 분야에서 선도하고 있다.

반면, 후발주자인 국내 탄소산업은 소재별 최고기술 보유국 대비 65%에서 98%수준으로 나타났으며, 선도국을 급속히 추격하고 있다고 평가할 수 있다. 그동안 정부는 탄소소재 육성을 위한 종합지원 체계를 마련하고 R&D 지원을 확대해 탄소섬유 양산 및 고강도 탄소섬유 개발에 성공했다. 국내 탄소산업은 최고기술 보유국과 동등 수준의 소재 제조기술은 확보했지만, 내수시장이 협소해 상용화 기술개발이 부족한 것으로 조사됐다.

이에 따라 정부는 국내 탄소산업의 수요확대 및 시장창출을 위해 K-Carbon 플래그십 기술개발 사업 및 실증사업 등 수요산업의 요구에 맞는 상용화 기술개발에 노력하고 있으며, 수요-공급기업간 얼라이언스 운영 등 생태계 활성화를 위해서도 노력하고 있다.

■ 지난해 ‘K-Carbon 플래그십 기술개발 사업’이 예비타당성 조사를 통과 했다. 구체적인 사업 내용과 계획이 궁금하다

‘K-Carbon 플래그십 기술개발 사업’은 2024년부터 5년간 국비 785억 원을 투자해 5대 핵심 수요산업인 우주항공·방산, 모빌리티, 에너지·환경, 라이프케어, 건설에 사용되는 탄소소재 핵심기술을 확보하기 위한 사업이다. 이를 통해 탄소소재 융·복합 산업의 글로벌 경쟁력 강화는 물론 첨단소재의 공급망 안정성도 제고할 방침이다.

우주항공·방산과 관련해서는 열가소성 탄소복합재 성형 및 항공기 구조물 기술 등을 개발하고, 모빌리티 분야는 경량화를 위한 열가소성 탄소섬유 복합재료 구조부품 기술 등을 개발한다. 에너지·환경 분야에서는 수소 연료전지에서 백금 촉매 사용을 줄일 수 있도록 그래핀 보호층을 적용할 수 있는 기술 등을 개발해 연료전지의 원가 절감에 기여하고자 한다.

마지막으로 라이프케어 및 건설 분야에서는 탄소섬유를 사용해 △영상진단기기 가동 시에 환자에게 전달되는 방사선량을 줄이는 테이블 제작 기술 △내부식성 및 구조 성능(휨·전단·내진성능)이 향상된 합성 콘크리트 파일 제작 기술 등을 개발한다.

이러한 5대 수요산업을 대상으로 수요-공급기업 간 공동기술개발을 통한 탄소융복합 소재·부품 제조기술을 확보해 탄소산업 생태계 확충으로 신성장 동력을 창출하고 고성능 고부가가치 부품 제조 분야에 있어 기술선도국에 진입할 수 있을 것으로 기대된다.

■ 탄소소재 관련 수요-공급기업간 연대와 협력의 협의체인 ‘탄소복합재 점프업 파트너십’를 구성해 운영하고 있는데 현재 진행 사항은 어떠한지

탄소소재의 수요-공급 기업간 협력강화, 수요확대 및 신시장 창출을 위해 ‘탄소소재 융복합 얼라이언스’가 지난 2021년 4월에 출범했다. 얼라이언스 산하 워킹그룹(WG)에서는 각각 10명 내외의 전문가 그룹을 구성해 우주항공, 이차전지 등의 산업분야에 탄소소재 적용 확대를 위한 협력사업 도출, 도출된 사업 실행을 위한 업무협약 및 규제해소를 위한 제도개선(안) 도출 등을 해오고 있다.

이 얼라이언스는 민-관 협력체계를 강화하고 로드맵 수립, 소재 국산화, 환경규제 대응 계획 등 각 수요산업 워킹그룹 별 역할을 구체화하기 위해서 2023년 7월 ‘탄소복합재 점프업 파트너십’으로 개편했다. 이를 통해 전후방 연관 산업계의 의견 수렴·반영 및 협업을 강화, 견조한 공조와 추진체계 등을 구축해 현재까지 △협력모델(R&D 및 실증) 발굴 △투자-구매협약 △제도개선 아이템 발굴 △업무협약 등의 성과가 나타나고 있다.

▲ 탄소소재 산업의 민-관 협력 강화를 위한‘탄소복합재 점프업 파트너십’이 2023년 7월에 발족했다.

■ 수소경제 등 새로운 패러다임이 등장하면서 탄소소재가 핵심소재로 더욱 주목받고 있다. 탄소소재 사업과 관련해 올해와 내년에 중점적으로 계획하고 있는 사업은?

탄소소재가 우주·항공 등 첨단분야로 사용이 확산될 수 있도록 기술개발을 지원할 방침이다. 또한 수소경제 등 에너지 패러다임 변화를 소재분야에서 지원함과 동시에 탄소소재의 가격 경쟁력 확보를 통해 사용처 확산을 지원해 나갈 계획이다. 이를 위해 우주항공분야에 필수적인 초고강도 탄소섬유, 중간재 제조 및 이를 적용한 부품 기술개발을 뒷받침 할 방침이다.

에너지 분야에서는 청록수소 생산·저장을 위한 다공성 탄소소재 및 이를 적용한 고밀도 압력용기 개발, 그리고 고순도 수소 생산을 위해 탄소나노소재를 적용한 분리막 제조 및 공정기술 개발을 지원한다.

이와 함께 그 동안 탄소섬유의 한계로 지목됐던 가격경쟁력 확보를 위해 저가 탄소섬유 제조용 프리커서 원천기술과 저가 탄소섬유를 활용한 중간재 및 모빌리티용 내·외장 경량부품 제조기술개발을 지원할 예정이다. 이를 통해 세계 탄소소재 시장 대응 및 응용분야 확대에 나설 방침이다.

■ 국산 탄소복합재가 해외시장 진출에 어려움을 겪고 있다. 이에 대한 산업부의 지원책은?

그동안 국산 탄소복합재는 스포츠·레저, 저장용기, 풍력 블레이드 등의 분야에는 사용이 확대되고 있었으나, 항공·우주분야에서는 거의 사용되지 못했고 해외시장 진출도 어려움을 겪었다. 이는 지금까지 우리 탄소복합재는 항공·우주분야에 사용된 실적이 부족했기 때문이다.

항공·우주분야에 탄소복합재를 적용하기 위해서는 소재에 대한 물성 및 생산·품질관리에 대한 높은 신뢰도가 요구된다. 따라서 항공·우주분야에 적용하기 위해서는 탄소복합소재 인증획득 및 적용이력 확보가 필요하다.

이를 해결하기 위해서 산업부에서는 내수시장을 활용해 국산 탄소복합재의 항공·우주분야 적용이력을 확보하고, 해외시장 진출의 토대를 마련하기 위한 ‘항공·우주용 국산 탄소복합재 기술개발·인증 로드맵’을 수립해 올해 5월에 발표했다.

이번에 발표한 로드맵에는 개발 예정인 국내 5종 체계기의 날개·동체, 페어링 등 부품에 적용하기 위해서 체계기 업체에서 필요로 하는 소재 선정 및 개발·인증 지원 내용을 담고 있다. 이번 수립된 로드맵을 통해 기술을 개발하고 인증을 획득하면 우리 탄소복합재의 해외진출 기회가 생길 것으로 기대된다.

산업통상자원부는 향후에도 탄소소재·부품 산업의 지속적 성장과 미래선도형 산업 생태계 육성을 위한 성공사례를 지속적으로 창출할 계획이다. 이를 통해 탄소산업 뿐만이 아니라 대한민국의 핵심 및 첨단 전략산업의 고도화를 꾀할 방침이다.

▲ ‘제2차 탄소복합재 점프업 파트너십 회의’에서 수요-공급 기업 및 관련 기관 전문가들이 `항공·우주용 국산 탄소복합재 기술개발·인증 로드맵`에 대해 논의했다.