▲ 국제첨단소재전에 탄소융합산업연구조합이 참가해 유망 탄소기업의 사업화를 지원했다.

‘2030년 온실가스감축목표(NDC)’와 ‘2050년 탄소중립’으로 사회·경제적으로 대전환이 이뤄지고 있는 이때, 고강도·경량화·고기능화 특성을 가지고 있는 탄소소재가 시장을 점차 넓혀가며 새로운 먹거리 산업으로 성장하고 있다. 대표적인 탄소소재인 탄소섬유는 풍력발전 터빈블레이드 제작용으로 가장 많이 사용돼 공급이 부족할 정도이며 수소연료전지차를 움직이는 연료탱크를 제작하는 용도로도 수요가 늘고 있다.

탄소융합산업연구조합(이사장 이종길)은 이 같은 산업 트렌드에 발맞춰 국내 탄소소재 관련 유망 기업들이 기술력과 사업내용을 널리 알리면서 수요기업과 협업 기회를 마련할 수 있는 네트워크의 장을 마련하고자 지난 10월26일부터 28일까지 3일간 코엑스 C홀에서 개최된 ‘2022 국제첨단소재 융복합기술전’에서 공동 전시관을 운영했다.

공동관은 희망과 활기찬 에너지를 상징하는 노란색으로 꾸며져서 많은 관람객들의 이목을 집중시켰다. 전라북도의 핵심인 탄소수소리딩 중소기업 홍보와 함께 조합 회원사이자 유망 강소기업 △씨디엘 △카텍에이치 △루미컴 △데카머티리얼 △CBH △ANH스트럭쳐 △지리산한지 △비나텍 등 8개 탄소기업이 참여했다.

또한 ‘전라북도 성과관’과 ‘소부장탄소산업협력단 성과관’이 마련돼 세계적인 탄소산업 도시로 거듭나고 있는 전라북도 탄소산업의 현재와 미래를 소개했다. 전라북도는 사업화의 어려움을 겪고 있는 도내 유망탄소 기업을 대상으로 다년간 시제품 제작, 몰드설계, 공정개선, 인증·특허 등의 적극적이고 다양한 지원을 통해 기업들의 성장 발판 마련, 매출 상승 및 고용 창출, 우수조달제품 선정 등의 혁신적인 성과를 거두고 있다.

탄소융합산업연구조합(소부장탄소산업협력단)은 기업들의 기술개발 지원과 더불어 한국산업기술평가관리원 탄소관련 국가 R&D 사업의 9개 선정 탄소산업협력단 과제별 결과모니터링을 통한 연구 전후 기업매출과 고용성장 등의 성과 결과물의 수요기업 운영체계 구축을 통한 상용화 연계 사업화를 촉진하고 있다. 이에 소부장탄소산업협력단은 수요연계 상용화를 통해 수요발굴, 매출 및 고용 창출뿐만 아니라 제품화 성공과 함께 또 다른 제품화로 이어지는 선순환 구조 정착에 기여하고 있다.

또한 소부장탄소산업협력단은 6대 탄소소재(탄소섬유, 인조흑연, 활성탄소, 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀) GVC(글로벌밸류체인) 맵 구축을 통한 소재·부품·장비 품목별 수급불안 요소와 수출입통계 분석을 통한 수급 불안 요소의 선제적 확인과 대응으로 탄소산업 안정화에 일익을 담당하고 있다.

이번 공동관 부스에는 ‘유망탄소수소산업관’도 마련돼 탄소중립 및 디지털 시대로의 전환에 따른 중소·중견기업 맞춤형 친환경·신재생에너지와 탄소소재를 응용한 다양한 제품과 유망 산업이 소개됐다.

수소고압용기 및 연료전지 스택, 친환경 필터 및 수처리, 내열 및 발열, 수송 및 항공분야 탄소복합재 부품을 전시해 6대 탄소소재의 적용을 실물로 직접 확인할 수 있도록 했고, 탄소소재를 활용할 수 있는 응용분야에 대한 인식전환 제고 및 아이디어 발굴 등의 기회를 제공했다.

탄소융합연구조합은 그동안 탄소소재 및 응용관련 사업 활성화 및 경쟁력 강화를 위한 기술개발, 수요-공급기업 협의체 운영, 국내외 마케팅, 새로운 수요처 발굴 및 활성화, 홍보, 판로개척 등 다양한 활동을 지원해 왔다. 이번 전시회에도 탄소소재를 활용한 신재생에너지·항공우주·의료·전자·레저 제품들을 생산하는 조합사들의 우수 기술과 제품을 소개했다.

박종현 탄소융합산업연구조합 사무총장[소부장 탄소산업협력단장]은 “조합은 앞으로도 중소·중견기업의 탄소제품의 홍보 및 마케팅 등의 지원을 통해 새로운 바이어 발굴과 산업생태계 활성화, 기업매출 및 사업화를 위한 우수조달 취득 전문가 매칭지원, 수요맞춤형 탄소제품 고도화 지원 등 사업화 촉진을 위한 기업 지원분야를 확대해 탄소 관련 기업들의 성장 발판과 탄소산업 발전에 이바지할 것”이라고 밝혔다.

▲ 많은 관람객들이 탄소융합산업연구조합 부스를 찾아와 ‘전라북도 성과관’과 ‘탄소산업협력단 성과관’을 살펴보고 있다.

■ANH스트럭쳐, 국내 유일 유럽항공안전청(EASA) 설계조직인증(DOA) 획득

▲ ANH스트럭쳐 연구원들이 이코노미급 복합재 경량 좌석에 대해 설명하고 있다.

토탈 엔지니어링 솔루션 기업 ANH 스트럭쳐(Structure)는 2013년 창립 이래 항공·우주 분야의 핵심 엔지니어링 기술을 바탕으로 설계, 해석, 시험 및 제품 개발을 제공하고 있다.

ANH 스트럭쳐는 국내 최초이자 유일의 유럽항공안전청(EASA) 설계조직인증(DOA)을 획득했으며, 국토교통부로부터 부품 등 제작자증명(PMA)도 획득해 해외에 의존하던 부품을 국산화하는데 앞장서고 있다.

ANH 스트럭쳐는 이번 전시회에는 EASA DOA 인증 획득 기반의 항공기 시트와 UAM 액체수소저장탱크 등을 선보였다. ANH 스트럭쳐는 EASA DOA 획득으로 그동안 해외에 의존했던 중대형 민수용 항공기급 기체 구조물과 기내 인테리어 부품에 대한 운항사의 설계 변경과 정비 발생 시, 국내에서 자체적 인증으로 수리와 정비가 가능해졌다.

ANH스트럭쳐는 항공기 인테리어 사업으로 확대해 대형 민수 항공기 이코노미급 복합재 경량 좌석 설계기술과 경량부품 제작 공정을 통한 국산화를 진행 중이며, 최근에는 국토교통부로부터 승인받은 PMA(부품등제작자증명) 제품인 컵 홀더를 국내 항공사에 납품하기도 했다.

ANH스트럭쳐는 구조 설계 및 해석, 복합소재 관련 제작, 각종 시험 및 평가, DOA(설계조직) 승인 등 항공분야 설계 및 생산(DESIGN ＆ BUILD) 하는 것 외에 복합재 제조 분야와 항공산업부분의 인테리어 분야까지 사업 범위를 확장하고 있으며, 그 우수성을 세계 및 국내에서 인정받고 있다.

■카텍에이치, 세계서 인정받은 친환경 탄소복합재 재활용(Recycling) 기술소개

▲ 카텍에이치 연구원이 관람객들에게 재생탄소섬유에 대해 설명하고 있다.

카텍에이치는 땅에 묻거나 불에 태워 버려지는 고부가가치 폐 탄소섬유 강화 플라스틱을 100% 친환경적인 처리 방법으로 재생탄소섬유를 회수하는 리싸이클링 혁신 업체다. 카텍에이치는 탄소섬유 강화플라스틱(CFRP) 재활용 분야에서 국가 200대 기술에 선정될 정도로 독보적 기술을 보유한 기업이다.

CFRP는 고강도·고탄성·초경량 특성을 구현해 차량, 선박, 건축, 의료, 레저 등 다양한 산업분야에서 활용되고 있으며, 그 수요가 급증하고 있다. 사용 후 폐 CFRP는 열경화성 수지의 난분해 성질로 인해 처리가 어려워 단순 매립에 의존해왔으나, 각종 환경규제의 강화로 인해 현재는 매립이 불가능하고, 대부분 열소각법(thermal burning, incineration)을 이용한 처리를 진행하고 있다.

하지만 카텍에이치는 글로벌 시장에서 기존의 확장성이 떨어지는 재활용 기술(열소각법)을 대체할 수 있는 친환경 가용매 수세방식의 신규기술을 확보했다. 이를 바탕으로 친환경적인 고품질의 rCF(재생탄소섬유)를 생산해 탄소재활용 분야를 선도하는 미국을 포함한 유럽, 호주 등에서도 인정받고 있다.

카텍에이치는 이번 전시회에서 친환경 방식을 통한 저가 탄소 부자재를 소개했다. 최근 지자체 사업을 통해 폐비닐에 rCF 5%를 첨가해 굴곡파괴하중이 30% 상승한 복합재를 생산할 수 있다는 것을 확인, 향후 가로수 보호대 등에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

■CBH, 의료용 장비 혁신 ‘카본테이블’ 소개

▲ CBH 의료용 카본테이블을 선보여 관람객들의 이목을 끌었다.

탄소 및 바이오 헬스케어 전문 기업 CBH는 이번 전시회에 탄소복합재를 활용한 의료용 테이블을 선보였다. 의료용 카본테이블은 전북대학교가 주관하고 있는 산업통상자원부 소부장혁신랩 사업을 통해 개발됐으며, CBH의 카본테이블 덕분에 그동안 해외에서 수입해 오던 의료용 카본테이블의 국산화에 성공했다.

국내 병원에서는 금속이나 나무 테이블을 사용하는데, CT나 X-ray 등을 촬영할 때 환자를 옮기거나 방사선량의 변화가 있는 치명적인 단점이 있었다. 그러나 CBH의 카본 테이블은 수술 중에도 어느 방향에서든 CT나 X-ray 등을 촬영할 수 있어, One-Stop으로 방사선 영상진단 및 수술·시술이 가능하다. 이를 통해 수술 시간 및 환자 회복 시간을 획기적으로 단축할 수 있다.

특히 카본테이블에 사용된 탄소복합소재 상판은 높은 방사선 투과율로 방사선영상 촬영 시 적은 방사선량으로 노이즈 없는 영상촬영과 의료진·환자에게 피폭량을 감소시키는 효과가 있다. 또한 여러 방향으로 구동이 가능하며 소음감소 시스템과 인체 하중 분포를 고려한 설계로 안전하고 흔들림을 최소화한다. 이는 반복적이고 지속적인 진단·수술·시술을 받는 환자에 안정감과 사용편의를 제공한다.

CBH는 탄소를 이용한 의료용 소재, 장치 등의 고부가가치 산업의 원천기술을 확보하고자 지속적인 연구개발을 진행중이다. 또한 건강을 손쉽고 안전하게 케어하고 예방할 수 있는 제품 및 서비스 등을 제공하고 있다.

■루미컴, 우수조달제품 지정 ‘친환경 탄소섬유 LED’ 소개

▲ 루미컴이 탄소섬유 LED 가로등을 전시했다.

LED조명 전문회사 루미컴(주)은 이번 전시회에 지난 8월 조달청의 우수제품으로 지정된 ‘탄소섬유 LED 가로등’을 선보였다.

루미컴의 ‘탄소섬유 LED 가로등’은 가로등 외함(하우징)을 기존 알루미늄 대신 탄소섬유 강화플라스틱(CFRP)으로 제작, 무게는 150W기준 4.7kg으로 기존 제품 6.5~9.8kg의 절반 수준으로 줄였고, 그 표면을 불소수지로 코팅해 해풍, 염분, 조류배설물 피해를 없앴다.

또한 염분에 의한 부식 발생이 없어 해안가 지역에 설치해도 내구성을 유지할 수 있다. 연구센터에 의뢰해 240시간 염소분무시험을 한 결과, 알루미늄 하우징은 부식이 발생했지만 CFRP는 부식이 없었다. 플라스틱 소재로 복잡한 형상 가공이 편리하고, 유지비용도 절감할 수 있어 장기간 사용시 경제적 효과가 기대해 볼 수 있다.

더불어 불소수지로 코팅돼 열에 강하고 물, 기름, 배설물 등 거의 모든 물질이 달라붙지 않는 비점착성 특징이 있으며, 외함 표면에 돌기가 설치돼 갈매기 등의 조류가 가로등에 앉지 못해 청결한 상태를 유지할 수 있다.

2003년 전북 전주에 설립된 루미컴은 리모컨 수신 모듈을 시작으로 LED조명, TV, 셋톱박스 등에 들어가는 IR리시버(적외선 수신장치), 헬스케어 센서, 모바일 렌즈, 보건 마스크 등을 제조 하고 있다.

■데카머티리얼, 용융방사 ‘울트라스몰 토우 탄소섬유’ 소개

▲ 데카머티리얼 연구원이 관람객들에게 ‘울트라 스몰 토우 탄소섬유’에 대해 설명하고 있다.

탄소소재 강소기업인 데카머티리얼은 이번 전시회에 데카머티리얼의 주력사업 분야인 탄소섬유와 이차전지 음극소재를 소개했다.

데카머티리얼은 기존 탄소섬유 전구체 PAN계의 난제인 용융 가능한 PAN 공중합체 중합기술, PAN 공중합체를 이용한 프리커서 고속 방사기술, 물성향상을 위한 안정화·탄화 공정기술을 확보하고 있다.

PAN의 분해 온도는 용융점보다 낮아 PAN을 용융시키려고 하면 용융 전에 분해반응이 일어나 가교화는데 데카머티리얼은 용융 가능한 PAN 공중합체 중합기술을 통해 ‘울트라 스몰 토우 탄소섬유(UlTRA Small Tow Carbon Fiber’)를 개발했다.

울트라 스몰 토우 탄소섬유는 3.5GPa의 인장강도, 351Gpa의 인장탄성률을 갖췄다. 또한 기존 탄소섬유의 구성은 최소 1,000가닥(1K)인데 울트라 스몰 토우 탄소섬유는 10가닥(0.01K) 수준으로 줄여 세밀한 직조로 자동차, 항공·우주·방산, 스포츠, 로봇, 건축·토목 등 다양한 분야에 활용이 가능하다.

더불어 데카머티리얼은 이차전지 음극재(CARBO10, 15)와 관련해서 수 십초 이내, 단일공정 실리콘 나노화 공정기술과 용매사용 및 부산물이 전혀 없는 친환경적 공정기술을 확보하고 있다. 이를 통해 고용량·고출력·고속 충전을 가능케 한다.

한편, 데카머티리얼은 지난 9월 1일 자로 에이치피케이서 데카머티리얼로 사명을 변경, 미래 먹거리 탄소소재산업으로 새로운 도약에 나섰다.

■비나텍, 활성탄 기반 수퍼캐퍼서티·수소연료전지 핵심 부품 소개

▲ 비나텍 관계자가 관람객에게 수퍼캐퍼서티와 수소연료전지 핵심 부품에 대해 설명하고 있다.

전주 코스탁 상장 강소기업인 비나텍은 회사의 핵심 제품인 활성탄 기반의 수퍼캐퍼서티와 연료전지 스택의 흑연 Bipolar Plate 제품 및 MEA(막전극접합체)를 소개했다.

비나텍은 직접 연구개발한 탄소를 기반으로한 수소연료전지 스택의 핵심부품인 지지체, 촉매, MEA, 분리판을 종합적으로 제공하며 친환경적인 미래 사업을 이끌어 나가고 있다. 2002년 비나텍은 CNF(Carbon Nano Fiber)에 대한 원천기술을 확보했으며, 이후로 탄소 활성화, 탄소 형상 제어, 탄소 복합화, 금속 촉매 합성·첨착하는 기술을 개발 및 상용화해 왔다.

비나텍의 기술을 적용한 지지체는 결정화도와 비표면적이 우수한 CNF 또는 고내구성 카본블랙 제품으로 카본 부식에 강하며, 촉매는 넓은 전기 화학 반응 면적과 안정성을 자랑한다. MEA는 고객사의 요구에 맞춰 커스터마이징해 자동차, 건물용 발전, 드론, 건설기계 등 다양한 연료전지 애플리케이션에 적용할 수 있고, 높은 성능과 강한 내구성을 자랑한다.

분리판의 경우 에이스크리에이션社를 인수해 합리적인 비용과 고성능으로 대량생산이 가능한 기술을 확보했다. 이로써 비나텍은 스택의 주요 부품 4가지를 일괄 생산하는 국내 유일의 기업으로 자리잡게 됐다.

또한 비나텍은 연료전지 외 에너지 저장장치인 수퍼커패서티 전문제조업체로서 원통형, 하이브리드, 하이브리드 리튬 커패시터를 제공하고 있다.

■지리산한지, 전통한지에 첨단기술 입힌 ‘카본페이퍼’ 소개

▲ 지리산한지는 탄소섬유 종이를 비롯해 탄소섬유웹을 선보였다.

전통한지의 보급과 개량에 힘써온 지리산한지(유)는 Wet-laid 기술을 적용시켜 고성능의 발열용 탄소섬유 및 흡착제용 활성탄소섬유페이퍼를 개발했다. 이번 전시회에서 지리산 한지는 면상발열체 카본페이퍼를 선보였다.

면상발열체란 전기저항으로 인해 발열체의 역할을 하는 탄소재질을 섬유로 제작해 면상의 형태를 띄는 발열체로, 첨단 에너지 신소재로 일반 가정 및 사무실 난방재료는 물론 도로 융설용, 농업용 난방, 차량시트, 매트리스, 발열의류 등 고효율 에너지 기자재로 주목받고 있다.

탄소섬유웹은 탄소섬유 3-25mm chop을 사용해 탄소섬유의 분산성, 균일성이 우수한 종이 형태로 만든 제품으로, 탄소섬유의 함유량만 97% 이상이다. 활성탄소섬유웹은 활성탄소섬유(ACF)를 물에 분산시켜 활성탄소섬유의 분산 및 균일성이 우수한 종이 형태로 만든 제품으로, 각종 난방기구, 자동차 등에서 배출되는 톨루엔 등의 유해가스를 제거하는 고성능 필터소재로, 각종 공기청정 모듈에 적용할 수 있다.

지리산 한지는 최대 생산 지폭 2,000mm 생산 설비를 보유하고 있으며, Wet-laid 생산라인을 구축해 탄소섬유 및 특수섬유를 이용한 페이퍼 제조설비 또한 보유해 하루 최대 30톤, 연간 6천톤 규모를 생산할 수 있다. 더불어 자회사인 한국카본페이퍼를 통해 탄소섬유 종이를 비롯해 세라믹 종이, 제올라이트 종이 등 기능성페이퍼를 제공하고 있다.

■씨디엘, 탄소복합재 기반 의료·스포츠·악기 고부가 제품 소개

▲ 듀로드 대표가 첼로 엔드핀에 대해 설명하고 있다.

탄소복합소재 전문 엔지니어링 회사 씨디엘은 이번 전시회에 항공·우주, 자동차, 의료, 스포츠, 풍력 터빈 및 기타산업에 탄소복합재를 활용해 발목보조기, 지팡이, 스킨스쿠버 롱핀, 골프 가방 등을 소개했다.

씨디엘은 탄소복합재를 융합해 철에 비해 무게는 가볍지만 10배의 강도와 7배의 탄성, 내부식성, 전도성, 내열성이 높아 철이 사용되는 모든 제품과 산업에 적용하고 있다. IoT, 3D 프린팅 등의 기술을 탄소복합재와 융합하고 일상생활에 밀접한 B2C 제품들을 디자인 및 개발해 탄소복합재 응용시장을 확대해 나가고 있다.

특히 씨디엘은 악기부품 전문브랜드 ‘DUROD(듀로드)’를 런칭해 전세계 수출을 목표로 사업 확대에 박차를 가하고 있다. 듀로드는 첼로, 바이올린, 베이스 엔드핀에 탄소섬유를 활용해 여러 변수로 인해 악기 소리가 변경되는 것을 최소화했다. 첼로 엔드핀은 첼로를 바닥에 고정시키고 지지해 주는 역할을 한다. 첼로는 원래 엔드핀 없이 다리로 직접 고정해 사용했는데 엔드핀을 사용 시 악기 소리가 훨씬 부드럽게 구현된다.

듀로드의 엔드핀은 변형이 적고 가벼운 탄소 소재를 활용해 불필요한 진동을 잡아주게 되어 구조적 안정성을 확보했고, 황동을 사용해 증폭기능을 겸비해 악기 소리 톤이 더 명확해지고 음색을 풍부하게 만들어 주는 장점을 가지고 있다.