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나노융합제품 시대, CNT·나노 셀룰로오스 ‘견인’
필름·복합재 등 CNT 응용제품 확대, SWCNT 약진
-인체 친화 나노 셀룰로오스 장점 부각, 시장확대 기대
제온이 전시한 SWCNT 종이(맨 우측)
인류의 행복한 삶을 보다 증진시킬 나노융합제품 상용화가 급진전 되고 있는 가운데, 꿈의 신소재로 불리는 탄소나노튜브(CNT)와 나노 셀룰로오스가 중심축 역할을 맡고 있는 것으로 나타났다. 전자파차폐, 전도성, 고강도 등 산업이 요구하는 제품은 CNT가, 인체에 무해하고 강도와 열 안전성을 가진 나노 셀룰로오스는 생활제품에 적용이 확대되며 나노융합산업을 견인할 전망이다.

지난 15일부터 27일까지 도쿄 빅사이트에서 열린 세계최대 나노기술전시회인 ‘나노테크 2017’에서는 CNT와 나노 셀룰로오스 관련 소재와 적용제품이 가장 눈에 많이 띄인 자리가 됐다. 전시품도 분말에 대한 설명이 아닌 현재 양산됐거나 개발의 완료된 응용제품 위주로 배치돼 참관객들의 눈길을 사로잡았다.

일본 SWCNT(단일벽 탄소나노튜브) 생산기업 제온(ZEON)은 경량금속인 알루미늄, 마그네슘 등과 강도는 비슷하면서 전기전도도는 향상 시키고 무게는 플라스틱 보다도 가벼운 CNT 종이를 선보였다. 또한 분산이 어려운 것으로 알려진 불소수지에 SWCNT를 분산한 방열소재를 개발했는데 플렉서블 형태도 가능해서 방열에 고민하고 있는 전자업계에서의 수요가 기대되고 있다.

특히 한국의 CNT 전문기업 나노솔루션은 제온의 SWCNT로 개발한 대전방지필름을 전시하고 홍보에 나섰다. 대전방지필름을 만드는데 들어가는 전도성고분자를 특성이 우수한 SWCNT로 대체한 것으로 투과율이 유리와 거의 비슷한 99%까지 가능하면서 표면경도와 색감이 우수하다는 장점이 있다. 현재 국내 모 디스플레이 대기업에 납품돼 테스트를 진행 중으로, 본격 공급이 될 경우 CNT응용제품의 성공사례로 기록될 전망이다.

일본의 NITTA는 탄소섬유에 CNT를 코팅해 강도를 50% 향상시키고, 탄성력, 복원력 등도 개선한 섬유를 선보였다. 품질이 낮은 탄소섬유의 성능을 개선시킬 수 있기 때문에 탄소복합재를 보다 저렴한 가격에 제작할 수 있어 시장확대에 기여할 것으로 기대를 모으고 있다.

최근 단일 라인으로는 세계 최대인 연산 400톤의 MWCNT(다중벽 탄소나노튜브) 생산설비를 구축한 LG화학은 현재 CNT가 가장 많이 사용되고 있는 리튬이차전지(LIB) 양극 도재를 중심으로 정전 도장, 정전기 방지 등 새로운 어플리케이션 개발에 주력할 것임을 밝혔다. 이미 우리가 사용하고 있는 소형가전제품인 그램 노트북이나 G5 등 스마트폰용 LIB에는 CNT가 들어가 있다. 전기차, ESS(에너지저장장치) 등 중대형 이차전지 시장이 성장하면서 CNT는 기존 카본블랙을 빠르게 대체할 전망이다.

러시아에서 연산 10톤의 SWCNT 양산설비를 갖추고 있는 옥시알은 배터리, 폴리머 폭합제 고무 제품, 투명전도필름, 페인트, 코팅제 등 다양한 산업에 적용되고 있는 튜발(TUBALL)’의 응용제품을 중점 홍보했다. 옥시알의 SWCNT를 사용해 제품을 생산 중인 한국의 덕산약품공업(주), 그레이스 콘티넨탈 코리아(주), 트러스트 켐 등 수요기업 관계자들과 함께 제품을 홍보하면서 시너지를 발휘했다. 덕산약품공업은 LIB에 들어가는 알루미늄과 구리호일에 SWCNT를 분산·코팅했으며 그레이스 콘티넨탈 코리아는 디스플레이 이송과정에 붙이는 보호필름(PSA)과 리퀴드 실리콘 러버(LSR)에 SWCNT를 첨가해 성능을 개선시켰다.

일본이 수년전부터 중점 개발하고 있는 나노 셀룰로오스 섬유 관련 응용제품도 확대되고 있다. 나노 셀룰로오스란 나무의 주성분인 셀룰로오스를 나노(10억분의 1미터)수준으로 분해한 고분자 물질로 강한 기계적 강도와 열 안정성을 가지는 소재다. 복합소재로 만들면 강도는 강철의 5배이면서 무게는 1/5 수준에 불과하다. 폐목재를 활용하기 때문에 기존 화학합성 소재와 비교해도 가격 경쟁력이 우수하고 특히 인체에 무해하기 때문에 몸에 닿는 물건을 중심으로 응용처가 크게 확대되고 있다.

산업기술종합연구소(AIST)에서는 폐목재를 재활용해 셀룰로오스를 추출하고 CNT를 섞어 셀룰로오스 나노섬유를 개발했다. 이 섬유는 가볍고 강도가 높으며 친환경 CFRP(탄소섬유강화플라스틱)에 적용할 수 있어 시장성이 유망하다. 우리나라 국립산림과학원에서는 나노 셀룰로오스를 LIB 전극과 분리막, 인공 뼈와 같은 의공학용으로 활용하기 위한 연구를 진행 중이다.

■가격·공정·신뢰성 문제 해결, CNT 발전 빨라질 것

이번 전시회의 CNT 응용제품을 둘러본 전문가들은 그간 비싸서 사용하기 어려웠던 SWCNT 응용제품이 크게 늘었고 MWCNT 역시 새로운 어플리케이션을 계속 찾아가고 있다고 진단하며 이제 CNT는 상용화가 빠르게 진행될 것으로 전망했다.

이는 CNT산업의 발목을 잡아왔던 가격, 공정, 신뢰성 문제들이 점차 해결되고 있는데 따른 것이다. 몇 년 전만해도 kg당 몇십만원이던 CNT가격은 현재 4~5만원대로 내려갔고 g(그램) 단위로 가격을 말했던 SWCNT는 양산화되면서 kg 단위로 가격이 형성되고 있다. 옥시알은 최근 러시아에 연산 50톤의 SWCNT를 추가 증설한다고 밝혀 가격이 더욱 하락할 가능성도 커지고 있다.

CNT분산 전문기업 CNT솔루션의 서정국 대표는 “그간 CNT의 높은 가격과 생소한 소재에 대한 수요기업의 부담감으로 CNT시장이 커지지 못했다”며 “CNT 가격이 급격히 내려가면서 분산기술 및 가공기술도 발전하기 시작했고 이로인해 신뢰성도 개선되면서 전체적으로 선순환발전하는 그림이 그려지게 됐다”고 진단했다.

최근엔 대기업인 LG화학이 CNT 소재 사업에 250억원을 투입하면서 진출한 것도 이러한 흐름을 읽은 것이며 이로인해 시장이 선순환 발전할 것이라는 기대감도 커지고 있다.

나노융합산업 중 상용화에 가장 앞서나가고 있는 CNT를 우리의 미래 먹거리로 자리매김하기 위해선 보다 체계적인 지원책이 요구되고 있다.

일례로 지난 13일 일본 산업기술종합연구소(AIST)는 민간기업에 CNT 관련기술을 최대한 지원하기 위해 일본 제온(주)과 산아로(주)와 함께 ‘CNT 복합재료 연구센터’를 설립했다. 여기서는 나노 물질의 안전성평가기술, 공정기술 등의 기술 상담, 공동 연구가 수행된다. 일본의 산업기술종합연구소(AIST)와 단층 CNT 융합 신소재 연구개발기구(TASC)는 지난 15일 탄소나노튜브(CNT)등 나노 탄소 재료를 취급하는 사업자나 시험 기관의 자율적 안전 관리를 지원하기 위해 ‘나노 탄소 재료의 안전성 시험 종합 지침’을 완성하고 배포에 나섰다.
일본의 NITTA는 탄소섬유에 CNT를 코팅해 강도를 50% 향상시켰다.
나노솔루션은 SWCNT로 투과율을 극대화한 대전방지필름을 출시했다.
옥시알 SWCNT가 적용된 다양한 응용제품들
LG화학은 자사가 독자개발한 MWCNT와 응용분야를 소개했다.
일본 AIST는 나노 셀룰로오스로 만든 다양한 생활제품을 전시했다.

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