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진일보된 CNT 상용화 제품, 시장 개화 탄력
배터리 양극재·대면적 TFT·Yarn 등 응용제품 확대
-韓 금호석화·제이오·씨엔티솔루션 등 선진제품 선
CNT를 꼬아 만든 얀은 전선 역할을 할 수 있다.
전자파차폐, 전도성, 정전기방지, 고강도 등 뛰어난 특성으로 나노 소재 중 상용화가 가장 활발히 진행되고 있는 탄소나노튜브(CNT)가 기술 발전과 함께 응용처가 확대되고 있는 것으로 나타났다.

지난 27일부터 29일까지 도쿄 빅사이트에서 열린 세계최대 나노기술전시회인 ‘나노테크 2016’에서는 CNT 분말에서 용액, 마스터배치, 적용제품, 관련 서비스까지 모든 밸류체인을 확인할 수 있는 자리였다.

일본은 CNT 기술 선진국으로 독특한 기술과 다양한 응용제품들을 선보였다. 일본 종합연구소에서는 폐목재를 재활용해 셀룰로오스를 추출하고 CNT를 섞어 셀룰로오스 나노섬유를 개발했다. 이 섬유는 가볍고 강도가 높으며 친환경 CFRP(탄소섬유강화플라스틱)에 적용할 수 있어 시장성이 유망하다. 또한 CNT를 코팅해 플렉서블 디바이스에 적용할 수 있는 전도성 필름을 전시했다.
CNT로 압력센서를 만들 수 있다. 사진에서처럼 물건 위치파악이 가능하다.
네도(NEDO)는 컵(Cup) 모양의 CNT 분말인 CSCNT를 전시해 관심을 받았다. CNT를 확대해보면 대부분 대나무마디 모양이다. CSCNT는 일반 CNT대비 강도가 50% 이상 높기 때문에 경량 복합재로 활용되고 있으며 현재 주로 배드민턴 라켓에 적용된 것으로 알려져 있다.

네도에서는 CNT를 롤투롤로 인쇄한 대면적 TFT를 소개했는데 이는 압력센서 역할을 하기 때문에 보행습관 교정, 골프스윙시 무게중심 변화 확인 등이 가능하며 IOT(사물인터넷)과 접목하면 편의점에서 제품이 언제 얼마나 빠지고 있는지를 실시간으로 원격에서 확인이 가능할 것으로 기대되고 있다.

셀룰로오스 나노섬유 응용제품
러시아에 본사를 둔 SWCNT 전문기업 옥시알은 SWCNT 함량이 75% 이상인 범용 첨가제 브랜드 ‘튜발(TUBALL)’을 선보였다. 튜발은 배터리, 폴리머 폭합제 고무 제품, 투명전도필름, 페인트, 코팅제 등 다양한 산업에 적용되고 있다. 회사는 세계 최초로 SWCNT 상용화에 성공한 기업으로 러시아 노보시비르스크시에 위치한 생산시설에서는 연간 최대 10톤의 고품질 제품을 생산하고 있다.

영국에 본사를 둔 CNT 고성능화 전문기업 haydale은 저온(100도)·저압·저에너지 플라즈마를 사용해 고객이 요구하는 특정 기능을 갖는 CNT로 변환해주는 서비스를 선보였다. 회사는 CNT와 그래핀 레진에서 마스터배치까지 맞춤형으로 제공하고 있으며 복합소재를 주요 타깃으로 미국과 한국에서 영업활동을 펼치고 있다.
금호석유화학은 CNT 분말에서부터 다양한 고분자와 섞은 컴파운드 마스터배치를 공급할 수 있는 능력을 갖추고 있다.
국내 CNT기업들도 까다롭기로 유명한 일본시장을 공략하기 위해 나섰다. 금호석유화학은 연산 50톤의 CNT 분말과 용액, 컴파운딩, 마스터배치, 시트 등을 공급하는 토털솔루션 기업이다. 이번 전시회에는 4종의 고순도 CNT 제품과 이를 고분자에 분산한 컴파운딩, 마스터배치 등 17종의 복합소재 ‘K-Nanos(K-나노스)’를 선보였다. 이들 제품은 전기 및 열적 특성이 뛰어나 타이어, 코팅시트, 하우징 등 최종제품에 적용되고 있다. 회사는 생산공정을 완전자동화해 품질의 균일성을 보장하고 있고 석화기업으로서 누구보다 고분자에 대해 잘알고 있기 때문에 수요처 맞춤형 서비스가 가능하다는 장점을 가지고 있다.

연간 100톤의 MWCNT 생산캐파를 자랑하는 제이오는 기존 MWCNT(다중벽 CNT) 보다 벽(Wall)의 개수를 줄여 성능을 향상시킨 Thin Wall CNT를 선보였다. MWCNT는 대부분 8개의 벽을 가지고 있는데 제이오는 이를 3~6개로 줄이고 길이도 4~8nm로 길게해 전기적 특성과 기계적 강도를 높였다. CNT는 육각형 구조의 흑연판으로 이뤄진 벽(Wall)의 개수에 따라 성질이 달라지는데 벽이 하나인 SWCNT는 성능이 뛰어난 만큼 조금만 사용해도 되지만 가격이 매우 비싸다. 제이오 관계자는 “성능은 SWCNT와 비슷한데 가격은 MWCNT 수준이기 때문에 수요처에서 많은 관심을 보이고 있다”고 밝혔다.
서정국 씨엔티솔루션 대표가 현재 일본에서 시판 중인 재난대비용 LED를 선보이고 있다.
CNT 분산·가공 전문기업 씨엔티솔루션은 최근 SK하이닉스로 납품을 시작한 정전기방지 웨이퍼캐리어, 내화학성을 강화한 ABS복합소재로 만든 비데 케이스, 재난대비용 LED 등 다양한 CNT응용제품을 선보였다. 이중 재난대비용 LED는 라이터만한 크기로 마그네슘과 CNT로 만든 일차전지를 사용, 물속에서 72시간을 견딜 수 있어 특히 해상에서 사고를 당했을시 구조요청에 유용하다. 가격은 개당 800엔으로 저렴하며 일본에서 시판 중이다.

합금소재부품 전문기업 대화알로이테크는 면 전체에 균일한 온도를 유지할 수 있는 저전압 CNT필름 히터를 출품했다. 불과 4~5초면 최대 230도까지 온도를 올릴 수 있어서 전기·온수매트, 차량시트, 헬스케어 제품 등에 활용될 수 있다.
제이오는 자사가 개발한 Thin Wall CNT 응용분야를 소개했다.
■확대되는 CNT시장, 투자도 따라줘야 한다
현재 소재부터 응용제품까지를 포함한 세계 CNT 시장은 약 5~6천억원 규모로 추정되고 있다. 당초 업계의 예상보다 시장 성장속도가 더디게 진행되고 있는데 이는 세계 CNT 생산캐파가 연간 3천톤에 달하고 있는데 반해 수요는 600톤에 머물고 있는데서 알 수 있다. 국내의 경우도 마찬가지로 금호석유화학, 한화케미칼, 효성, 제이오 등 생산기업의 캐파는 연간 300톤에 달하는데 반해 수요는 100톤에 불과한 실정이어서 가동률이 50% 미만에 그치고 있는 상황이다.

현재 CNT가 가장 많이 사용되고 있는 응용처는 리튬이차전지(LIB) 양극재 보충재로 전체 시장의 60%에 달하고 있다. 특히 전기차, ESS(에너지저장장치) 등 중대형 이차전지 시장이 성장하면서 더 큰 용량이 필요해지면서 CNT가 기존 카본블랙을 대체할 것으로 전망되고 있다. 또한 CNT의 특별한 색감을 이용한 자동차 페인팅, 가전 하우징 시장이 커지고 있고 고강도, 정전기 방지, 전자파차폐 등 특성을 이용한 전선, 타이어, 복합소재 등에서도 CNT의 사용이 활발해질 것으로 예측되고 있다.

이러한 CNT의 가능성을 현실화하기 위해서는 보다 많은 민관의 투자가 필요하다는 것이 CNT업계의 의견이다. CNT 상용화의 최대 걸림돌로 여겨졌던 가격이 kg 당 5만원 이하로 대폭 낮아지면서 경쟁소재인 카본블랙을 대체할 수 있게 됐지만 막상 CNT 제품화기술이 부족해 사업화에 어려움을 겪고 있다. 또한 지속 성장 중인 LIB용 CNT는 고순도화가 필요한데 전기값이 비싼 국내에서는 정제비용이 크게 오르기 때문에 중국기업들에게 가격경쟁력에서 밀리고 있다.

김윤진 전자부품연구원 에너지나노소재연구센터 책임연구원은 “CNT 공급과잉과 제품화기술 미성숙으로 CNT 관련 업계가 대·중소기업을 가리지 않고 Death valley(죽음의 계곡)을 넘지 못해 어려운 상황”이라며 “CNT 시장 가능성을 고려해 민관이 장기적인 안목으로 투자를 진행하고 실패를 두려워말고 제품화 경험을 착실히 축적해야 한다”고 제언했다.

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신근순 기자 (shin@amenews.kr) [기자의 다른 기사보기]
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