강철보다 강한 슈퍼 섬유, 탄소섬유(Carbon Fiber)는 부가가치를 창출하는 산업으로 세계 탄소소재 시장은 2019년 52조원에서 연평균 11.8%성장하면서 2030년 176조원으로 확대될 전망이다. (사진=효성)

우리나라가 탄소소재분야 대표 소재인 탄소섬유를 세계에서 3번째로 양산에 성공하는 등 세계 4위(日-美-獨-韓)이자 선진국 대비 80%의 기술력을 확보했다.

특히 탄소소재분야 기술력 수준은 탄소섬유 80%, 인조흑연 60%, 활성탄소 55%, CNT 90%, 그래핀 95%를 확보한 것으로 나타났다. 산업통상자원부(장관 문승욱)는 15일 전주시 한국탄소산업진흥원(이하 '진흥원')에서 '탄소소재 경쟁력 강화 성과보고회'를 열어 이같이 밝혔다.

이번 행사는 '탄소소재 융복합기술 개발 및 기반 조성 지원에 관한 개정 법률'(약칭: 탄소소재법)의 시행(작년 11월)을 계기로 탄소소재 산업 육성을 위한 종합적인 지원체계가 확립됨에 따라, 지난 1년간의 성과를 점검하고 향후 발전방향을 논의하기 위해 마련됐다.

박진규 산업부 제1차관을 비롯해 전북도, 탄소소재 관련 기업 및 유관기관 관계자 등 30여명이 참석해 ?R&D, ?기반구축, ?시장확대, ?생태계 강화에 대하여 심도 있게 논의했다.

산업부는 탄소소재가 고성장 산업이자 다른 산업의 경쟁력을 높이는 첨단소재라는 것을 인식하고, 관련 지자체 및 기업과 함께 오래전부터 과감한 투자와 기술개발을 통해 다양한 성과를 내왔다.

탄소소재 산업은 탄소원료로 우수한 물성의 소재(탄소섬유, 인조흑연, 활성탄소, 카본블랙, CNT, 그래핀)을 생산하고 수요산업에 적용하여 제품성능을 제고하고 부가가치를 창출하는 산업으로 세계 탄소소재 시장은 2019년 52조원에서 연평균 11.8%성장하면서 2030년 176조원으로 확대될 전망이다. 또 세계 응용부품 시장도 2019년 310조원에서 연평균 10.9%늘어나면서 2030년 1055조원에 달할 것으로 예상되고 있다.

우리나라가 이같은 탄소 산업에서 기술개발의 경우 대규모 민간투자와 연계한 국책사업 추진을 통해 대표 소재인 탄소섬유를 세계에서 3번째로 양산하는데 성공하는 등 세계 4위(日-美-獨-韓)이자 선진국 대비 80%의 기술력을 확보했다.

시장창출을 위한 실증·신뢰성평가 사업을 진행해 국산 탄소복합재가 수소 저장용기, 풍력발전 날개, 로켓 추진체 등 극한 성능이 필요한 첨단 수요산업에 적용시키는 성과를 거뒀다.

수소車는 탄소복합재 기반 수소저장용기, 신재생에너지는 탄소소재 대형 풍력날개(100m)이다.

산업부는 탄소소재법 개정(기본법률), 진흥원 지정(전담지원기관), 탄소소재 융복합산업 종합발전전략 수립(기본계획), 탄소 소부장특화단지 지정(산업 클러스터) 등을 통해 탄소소재 산업 육성을 위한 인프라도 강화했다.

산업부는 올해 4월에 탄소소재 관련 수요-공급기업간 연대와 협력의 협의체인 '탄소소재 융복합 얼라이언스'를 구성해 운영하고 있는데, 짧은 기간임에도 주목할 만한 투자 및 구매 협력 성과를 내고 있다.

이번 보고회 계기에 3건(2000억원 규모)의 투자(+이행) 협약이 체결돼, △효성첨단소재는 1500억원의 탄소섬유 생산라인 증설투자를 계획대로 이행하고, △국도화학은 복합재용 수지 공장증설에 550억원, △부코컴퍼니는 탄소섬유 재활용 공장 건립에 60억원을 투자한다.

또, 풍력발전, 연료전지, 수처리 등 분야에서 3건의 기업간 구매 협약도 체결됐는데, 그 규모가 2천억원에 이른다.

코로나-19 경제위기로 투자심리가 위축되는 상황에서 규모 있는 비즈니스 협력이 성사된 것은 탄소소재 산업의 유망성이 경제 주체들에게 깊은 관심을 받고 있다는 점을 보여준다.

한편, 산업부는 이날 '탄소소재 산업 유공자 시상식'도 갖고 그간 탄소소재 산업 발전에 기여한 유공자에게 대통령 표창 1, 국무총리 표창 1, 장관 표창 5점 등 총 7점의 정부포상을 수여했다.

상자들은 국산 탄소 소재·부품 실증 및 국산 완성차 브랜드에 적용, 재활용 공정 개발을 통한 원가 절감 등의 분야에서 탄소 소재의 기술력을 향상하고 시장을 확대하는데 기여했다.

산업부는 탄소소재 산업의 성장 모멘텀을 지속적으로 유지하고 저변을 확대하여 명실상부한 新소재 산업 중 하나로 집중육성할 계획이다.

박진규 차관은 모두 발언에서 “첨단소재인 탄소소재에서 자립화가 진전되고 국내 공급망이 탄탄해져 가는 것을 보면 소재강국 실현에 한 걸음 더 다가갔다”고 평가하면서 “탄소소재는 반도체, 배터리 등 전략산업의 핵심소재인 바, 원천기술 확보와 자립화를 위한 사업예산 확보, 예타사업(약 5,000억원) 추진 등 지원을 아끼지 않겠다”고 밝혔다.

◇탄소섬유는

탄소 섬유(Carbon fibers) 또는 그라파이트 섬유, 탄소 그라파이트, CF는 탄소가 주성분인 0.005 0.010mm 굵기의 매우 가는 섬유이다.

탄소 섬유를 구성하는 탄소 원자들은 섬유의 길이 방향을 따라 육각 고리 결정의 형태로 붙어 있으며, 이러한 분자 배열 구조로 인해 강한 물리적 속성을 띠게 된다.

한 가닥의 실은 수 천 가닥의 탄소 섬유가 꼬여져 만들어진다. 탄소 섬유는 다양한 패턴으로 직조될 수 있으며, 플라스틱 등과 함께 사용되어 탄소 섬유 강화 플라스틱(Carbon-fiber-reinforced polymer)과 같이 가볍고도 강한 복합 재료를 만들어내기도 한다.

탄소 섬유의 밀도는 철보다 훨씬 낮기 때문에, 경량화가 필수적인 조건일 때 사용하기에 적합하다.

탄소 섬유는 높은 인장 강도, 가벼운 무게, 낮은 열팽창율 등의 특성으로 인해 항공우주산업, 토목건축, 군사, 자동차 및 각종 스포츠 분야의 소재로 매우 널리 쓰인다.

이런 장점에 반면, 가격면에서는 유사한 소재인 섬유 유리나 플라스틱보다 상대적으로 비싸고, 당기거나 구부리는 힘에 매우 강하며, 압축하는 힘이나 순간적인 충격에는 약하다.