Technology Brief - 눈앞으로 다가온 탄소섬유(Carbon Fiber) 상용화 외
눈앞으로 다가온
탄소섬유(Carbon Fiber) 상용화
애플이 곧 차세대 기기들의 하우징 소재로 탄소섬유(Carbon Fiber)를 채택하게 될 것 같다.
애플 기술자가 일본의 아이치현에 있는 탄소섬유 관련업체에 샘플제조를 의뢰했는데, 그 수량이 많고 또 탄소섬유소재 관련 경력엔지니어를 모집하고 있는 것을 보면 그런 전망이 설득력이 있다 하겠다.
실제로 애플은 지난 2010년 탄소섬유소재로 장치 하우징을 만드는 기술특허를 신청하기도 했다.
아직까지 아이패드나 맥북, 아이폰 등 애플의 제품에 탄소섬유 하우징을 사용한 제품은 출시되지 않고 있지만, 샘플제작을 의뢰했다는 것이 사실이라면 다음에 출시될 아이폰이나 아이패드, 맥북 등의 하우징이 탄소섬유 재질로 바뀔 가능성도 충분하다.
탄소섬유 소재는 내열성, 내충격성이 높고, 알루미늄보다 가볍기 때문에 하우징으로 제격이다.
탄소섬유는 석유화학제품이나 석유찌꺼기 피치(Pitch)를 원료로 하여 실 형태로 만든 뒤 이것을 탄화시켜 만든다.
중량이 강철의 20%, 알루미늄의 70% 정도에 불과하지만 강도는 강철보다 10배 이상 높은 차세대 첨단 소재로, 우주선, 항공기, 자동차 등 광범위한 산업 분야에 사용될 것으로 예상되는 에너지 효율성을 높이는 경량화(輕量化)의 핵심소재라 할 수 있다.
현재 보잉787 여객기의 경우 날개는 물론 동체까지도 탄소섬유 복합재를 쓰고 있다.
자동차의 경우는 비싼 가격 때문에 아직 활용도가 낮지만, 지금의 절반 정도로만 낮아지면 자동차부품을 모두 탄소섬유 복합재로 바꿀 것이 확실하다.
항공기, 풍력발전 등의 수요증가에 따라 탄소섬유의 수요가 높은 증가세로 이어질 것이며, 자동차 분야로 확대될 것이 분명하다.
또한 이것이 소비재까지 쓰이게 된다면 그 수요는 어마어마할 것이다. 한 해에 700만대를 생산하는 현대 · 기아차가 차량 1대에 10㎏만 쓴다고 하면 탄소섬유가 7만t이 필요할 것이기 때문이다.
문제는 가격이 비싸다는 점이다. 탄소섬유는 종류에 따라 ㎏당 20~100달러로 일반섬유보다 10~50배, 산업용 섬유보다는 5~10배 정도 비싸다.
관련업계에서는 원가를 낮추기 위한 공정을 개발하는 등 연구개발에 박차를 가하고 있다.
현재 전 세계 탄소섬유 시장 경쟁구도는 일본 도레이, 테이진, 미쓰비시 레이온 등 일본 3개사가 과점하고 있는 상태다.
현재 전 세계 탄소섬유 시장은 연 4만 5,000t 규모지만, 2020년에는 13만t으로 3배 가까이 늘어날 것으로 전망하고 있다. 지식경제부는 국내 탄소섬유 시장이 연간 11% 이상 급격하게 성장하여, 2020년에는 약 50억 달러 규모로 성장할 것으로 예상하고 있다.
국내 시장은 지난해 4월 화재로 가동이 중단됐던 태광산업의 탄소섬유공정이 재가동 승인을 받아 상업생산에 성공, 제품을 전시했으며, 도레이첨단소재와 효성도 내년 탄소섬유 공장가동을 앞두고 있다.
GS칼텍스도 2015년 완료를 목표로 기술을 개발하고 있다. 국내에서 탄소섬유 생산이 본격화되면 2,500~8,000t 규모의 수입대체 효과가 기대된다.
윤석열
R&D경영연구소 대표
저온 분사 코팅(Cold Spraying)
기술에 의한 후막 제조기술
저온 분사 코팅은 1980년대에 러시아 Novosibirsk에 있는 연구소에서 Dr. Papyrin과 그의 동료에 의해서 발견된 이래, 국내에서는 프런티어 사업 등을 통하여 차세대 코팅기술로서 상업화 수준에 이르고 있다.
기술의 원리는 비교적 간단하다. 매우 작은 구경의 관속으로 기체를 통과시켜서 압축한 후 다시 팽창하게 하는 구조로 되어있는 De Laval 노즐을 이용하는 것이 특징이다.
순간적으로 압출-팽창을 거친 기체는 마하 1.5~2의 초음속 기체 기류가 되는데, 이 기류에 분말을 실어 보내면 코팅될 소재의 미립자가 모재에 충돌하여 분화구를 형성하고, 형성된 분화구에 미립자들이 Splat 점착이 되면서 코팅이 된다.
러시아, 독일, 미국 등의 선발주자 기업에서는 기체의 속도를 증가시키기 위하여 팽창력이 큰 헬륨을 주로 사용하고 있다.
그러나 헬륨 사용량이 엄청나서 분사 후 회수하는 장치를 부착해야만 하는데, 그 장치의 가격이나 운전비용이 만만치 않다는 단점이 있다.
우리나라에서는 컴프레서로 압축된 공기만을 이용하는 장치를 개발하였는데, 이 기술은 에너지 소모가 작고 공해를 유발하지 않으며, 생산 속도가 빨라 상업적 생산에 있어서 매우 유리하다.
현재 이 기술은 자동차 부품 생산에 적용되고 있다. 저온 분사기술은 원래는 열용사 기술을 대체할 목적으로 고안된 것으로, 상온 코팅이 가능하기 때문에 고온에 의한 모재의 뒤틀림,
코팅재 또는 모재의 산화, 코팅 후 잔유응력 등에 의한 코팅 층의 박리 등의 문제점을 해결할 수 있고, 플라스틱, 유리 등 저융점 소재를 코팅할 수도 있다.
이 밖에 세라믹과 같은 전기 절연성 소재 위에 구리나 알루미늄 등 금속의 산화되지 않은 도금 층을 코팅할 수 있기 때문에 높은 전기 전도도를 갖는 피막을 만들 수도 있다.
또한 분말의 고속 충돌로 인하여 모재 표면의 산화층이나 이물질 등이 제거되는 전처리 효과가 내재되어 있어, 산세나 탈지 등의 공정을 거치지 않아도 우수한 피막을 얻을 수 있다.
또 장비를 간단하게 소규모로도 제작할 수 있어서 Portable방식으로 제작할 경우 부분적인 Patching작업에도 간단히 응용될 수 있다.
이러한 장점으로 이 기술은 여러 가지 많은 분야에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
터빈이나 피스톤, 실린더, 밸브, 베어링 부품, 펌프 부품 등의 내열, 내식성이나 내마모성을 요구하는 분야에 응용할 수 있고, 표면 개질로써 금속의 용접부위와 같은 취약 부분의 표면 특성을 부분적으로 보강할 수 있어 수명을 연장할 수도 있다.
금속/세라믹, 금속/유리, 금속/플라스틱과 같은 형태로 코팅할 경우, 금속, 세라믹, 고분자와 같은 이종 소재의 혼합 사용 빈도가 높은 자동차 부품 제조 분야에도 응용할 수 있다.
또한 전극, 커패시터 회로 기판, 전자부품 보호용 열냉각판 등의 전자 분야, 내열강화용을 위한 항공우주산업 분야 등에도 적용될 수 있어, 경제적이며 친환경적인 차세대 성형기술이 될 것으로 기대된다.
고경현
아주대 신소재공학과 교수
신재생 에너지공급
의무화제도(RPS)
현황 및 전망
지난해부터 도입된 신재생에너지공급의무화제도(RPS; Renewable Portfolio Standard)는 일정규모 이상의 전력을 생산하는 발전사업자들이 전력공급의 일정부분을 의무적으로 신재생에너지로부터 생산해야 하는 제도이다.
우리나라는 2001년부터 2011년까지 발전차액지원제도(FIT; Feed in Tariff)를 통하여 정부가 신재생에너지 설비로부터 생산된 전력량에 대하여 일정부분 보조금을 지원해주었다.
그러나 계속 증가하는 정부의 재정적인 부담을 줄이고 보다 적극적으로 국가 신재생에너지 보급목표를 달성하기 위하여 RPS를 도입하게 되었다.
연도별 공급의무량은 2012년 총발전량의 2%를 시작으로 2016년까지 0.5%씩, 2017년부터는 1%씩 증가하여 2022년에는 10%까지 신재생에너지를 공급해야 하는 것으로 정해졌다.
RPS에서 의무공급기관들은 자체적으로 신재생에너지 발전설비를 설치하거나 다른 발전설 비업자의 신재생에너지공급인증서(REC; Renewable Energy Certificate)를 구매해 할당의무를 충당해야 하며, 제도 시행 초기 3년간은 30% 내에서 다음 연도로 의무이행을 연기할 수 있다.
RPS 도입으로 기존 태양광과 육상풍력이 중심인 신재생에너지 시장이 다양해지고 확대될 것으로 예상되나 에너지원별로 균형 있는 보급에는 한계가 있을 수 있다.
태양광이나 풍력과 같이 비용구조가 불리한 설비형을 기피하고 폐기물연료나 바이오매스 등의 연료형 신재생에너지를 기존 화력발전소에 혼소하는 방식을 선택할 가능성이 있다.
일단 경제성이 가장 낮은 태양광의 경우에는 의무공급량을 별도로 규정해 놓아 이러한 문제에 대비하였지만, 환경 문제와 함께 입지규제 문제가 있는 풍력, 주민들의 민원에 시달리는 조력의 경우와 같이 제반 여건이 순조롭지만은 않다.
그러나 13개 공급의무기관의 의무이행 비율이 매우 저조한 상태이며 이에 대하여 준비 부족을 지적하며 FIT 병행, 세부 시행안 보완의 필요성이 제기되고 있다.
그러나 지금은 RPS 도입의 시기상조와 현실성 부족을 문제 삼아 후퇴하기보다는 이 제도의 장점을 살릴 수 있도록 최대한의 제도적 정책적 지원이 필요한 때다.
이제 신재생에너지원별로 설정된 REC 가중치도 기술의 수준과 보급 정도 및 효과에 따라 적절하게 조정된다면 신재생에너지 시장의 포트폴리오가 다양화될 수 있을 것이다. 실제로 13개 공급의무기관의 RPS 대응계획을 보더라도 다양한 신재생에너지 시장의 확대가 기대된다.
서동진
한국과학기술연구원 책임연구원
바이오벤처와
제약회사의 협력
제약에서 바이오 의약품이 차지하는 비중은 앞으로 점점 높아질 것으로 예상된다.
그러나제약회사는 항암제 개발 등 신약 개발, 개량신약 개발, 천연물 신약 개발에 많은 연구비를 투자하고 있었으며, 일부 바이오 의약품 개발 전문 제약사들이 바이오베터, 바이오시밀러 등 바이오 의약품 개발에 집중하고 있다.
한국신약개발조합에서 발표한 바에 의하면 국내 연구개발 중인 신약은 총 467가지이며, 여기에는 화학신약이 238가지, 개량신약이 200가지, 바이오시밀러 등 바이오 의약품이 25가지, 바이오베터가 4가지로 전체 신약 개발 중 바이오 의약품이 차지하는 비중은 낮다.
또한 바이오 벤처회사들은 특정 부분의 기술은 가지고 있으나 이것을 상용화하는 데까지는 많은 연구비와 시설 투자비가 필요하다.
그래서 제약회사에서는 벤처회사에 지분 투자를 통하여 성장동력을 바이오 의약품에서 찾고, 벤처회사에서는 연구에 필요한 자금을 확보하기 위하여 제약회사와 연결하는 상생전략을 펼치고 있다.
이러한 것으로는 유한양행과 한올바이오파마 및 엔솔테크, 한독약품과 제넥신, 녹십자와 이노셀, 동구제약과 노바셀테크노로지, 중외제약과 크레아젠, 한미약품과 크리스탈 지노믹스 등이 있다.
이러한 바이오 벤처회사가 가지고 있는 기술로 한올바이오파마는 기존의 단백질 의약품을 개량하여 효능과 편의성을 개선시키는 기술을 가지고 있으며,
엔솔테크는 염기서열을 분석할 수 있는 기술이 있고, 제넥신은 단백질을 개량해 약효의 지속력을 높이는 기술을 가지고 있으며 현재 성장호르몬을 개량하여 전임상 단계에 있다.
아울러 류마티스 관절염, 암, 골다공증 분야의 단백질 의약품을 개발하고 있다. 또한 이노셀은 면역세포 치료제인 이뮨센 엘씨를 간암치료제로 생산 판매하고 있으며, 뇌종양 물질의 3상 임상실험도 진행하고 있다.
노바셀테크노로지는 바이오 신약 마커 개발 기술 및 바이오시밀러의 생물학, 물리학적으로 동등한지를 검증하는 기술을 가지고 있으며, 크레아젠은 면역세포강화 치료제를 개발하고 있고, 크리스탈 지노믹스는 화학신약을 개발하고 있는 회사이다.
이러한 제약회사의 지분 참여 외에도 제약회사와 바이오벤처사 간 협력의 예로는 KT&G와 기술이전 및 상품 판매를 계약한 바이오 벤처사인 바이오피드는 아토피피부염 치료제인 유토마외용액이 있다.
아토피피부염의 경우 대부분 항히스타민제나 부신피질 호르몬 또는 항생제를 사용하나 이 제품은 돼지의 폐에서 추출한 인지질을 활용한 것이 특징이다.
또한 한국피엠지제약과 바이오 벤처인 아이로메드가 공동연구로 관절염 치료제로서 12가지 생약성분을 이용하여 개발한 레일라정 등을 예로 들 수 있다.
이와 같이 앞으로도 바이오 벤처회사와 제약회사 간의 자본 및 기술적 제휴는 계속 일어날 것이 예상되며, 국내 바이오 벤처의 성장의 한 모델이 아닌가 생각된다.
이옥섭
㈜바이오랜드 부회장