▲ 이봉근 나노카본 복합소재 사업단장.

화석연료의 고갈과 환경규제 강화로 인해 에너지를 보다 효율적으로 쓸 수 있는 방법이 강구되고 있다. 이에 수송기기의 경량화를 위해 기존 금속소재와 비슷하거나 뛰어난 강도를 가지면서도 보다 더 가벼운 복합소재들이 주목받고 있는 것이다.

또한 전력소모가 적은 LED조명의 내구성에 영향을 미치는 발열량 문제를 해결하고 보다 얇아지고 있는 TV나 스마트폰 등이 내뿜는 전자파를 막을 수 있는 소재도 요구되고 있다.
LG화학이 총괄주관을 맡고 있는 나노카본 복합소재 사업단은 ‘꿈의 신소재’라 불리우는 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 등을 이용해 이러한 시대적 문제를 해결할 수 있는 에너지 절감/변환용 다기능성 나노복합소재를 개발하는 데 목적을 두고 있다.

이들이 연구하고 있는 과제는 △초경량 구조용 나노카본 복합소재(주관 LG화학) △에너지흡수용 나노카본 복합소재(주관 제일모직) △에너지 절감용 고방열 나노카본 복합소재(주관효성)다. 이들 소재들은 기존 금속소재를 대체할 수 있는 것으로 자동차, IT, 에너지, 환경 등 다양한 산업분야에서의 잠재수요가 크다.

특히 제조업체들이 원하는 초경량 부품설계가 가능하기 때문에 어떻게 개발·공급하느냐에 따라서 기존 소재보다 몇배에 달하는 고부가가치를 창출할 수 있다. 나노카본 복합소재의 2019년 시장규모는 국내 8조5,000억원, 국외 21조2,000억원 등 총 29조7,000억원에 달할 것으로 전망되고 있다.

■ 세계적 나노카본 설계기술 결실

주관기관인 LG화학과 함께 33개의 산·학·연이 뭉친 나노카본 복합소재 사업단은 WPM사업을 통해 나노카본 원재료설계-융복합화-부품화-제품 적용을 추진하고 있다.
사업단은 1단계 기초 연구개발사업을 통해 세계 수준의 나노카본 설계기술을 확보하는 의미있는 성과를 거뒀다.

이 기술은 △복합소재의 강도 증대 및 제어를 위해 나노카본의 길이·직경 뿐만 아니라 구부러지는 정도를 제어할 수 있는 형상 제어 및 융복합화 기술 △전기전도도 및 강도를 제어하기 위해 탄소섬유에 나노카본을 성장시키는 복합화 기술 △그래핀과 같은 평면막에 탄소 구조물을 세우는 화학구조 제어와 3차원 복합화 작업 등이다.

또한 기존 알루미늄 제품보다 50%나 가벼운 자동차용 조향장치 부품도 개발하는데 성공했다. 국내외 특허출원도 활발했는데 ‘나이론 및 CNT를 포함하는 복합체 및 이의 제조방법’ 등 50건에 달한다.

▲ 나노카본소재는 다양한 자동차 부품에 적용되고 있다..

1단계 세계 수준 나노카본 설계 기술 확보

車·IT부품 적용 매출 창출, 양산 발판 마련

■ 수요기업-기술 공급기업, 윈-윈 모델 창출

WPM사업에 참가하고 있는 LG화학과 제이오는 1단계 사업을 통해 나노카본 복합소재 수요기업과 기술 보유기업의 상생모델을 창출해냈다.

제이오는 LG화학이 원하는 물성에 맞는 나노카본 설계 및 생산에 성공했다. 이 과정에서 LG화학은 필요한 CNT 물성 스펙을 공유하고 최적 형상을 제안했으며 제품 분석 지원과 개선방안을 제시하는 등 적극적으로 협력했다.

그 결과 제이오는 CNT소재·제품을 개발하는데 성공, 매출이 늘었으며 LG화학도 이 소재를 적용한 전기전도성 복합소재를 판매하게 됐다. 특히 안정적인 소재수급처와 즉각적인 제품개발이 가능한 든든한 파트너를 얻은 것은 큰 성과다.

제일모직은 상생협력을 통해 (주)나노기술의 나노융합 엔진오일 제품인 ‘CUNIX’ 상용화에 기여했다. 제일모직은 보유하고 있는 나노카본 선택적 화학 구조 제어 및 3차원 복합화 등 기술을 바탕으로 제품 개발을 지원했으며 물성 측정·분석·평가 지원 등에 나섰다.

이를 통해 나노기술은 CUNIX와 엔진 오일 첨가제 나노닥터를 사업화해 지난해 3억5,000만원의 매출을 올렸다. WPM사업단은 성과 공유회 등 여러 채널을 통해 이들 제품을 홍보하며 직간접적인 도움을 주고 있다.

▲ 다양한 나노카본 복합소재.

■ 신뢰성·원가경쟁력 확보, 사업화 이룬다

사업단은 1단계 사업을 통해 확보된 나노카본 설계 및 융복합화 기술을 바탕으로 2단계 사업에선 소재부품 신뢰성과 원가경쟁력 확보를 위한 개발에 집중할 계획이다. 이와 함께 1단계 개발기술을 자동차와 IT부품에 직접 적용, 사업화함으로써 매출도 달성한다는 목표도 세웠다. 이를 통해 3단계 사업에선 소재부품 양산화 기술을 확보할 예정이다.

세부과제별로 살펴보면 초경량 구조용 나노카본 복합소재에서는 C-ESP용 고분자 부품과 엔진 메인베어링캠용 알루미늄 부품 시제품을 내놓을 계획이다. 에너지흡수용 나노카본 복합소재는 자동차에어백 ECU하우징과 노트북외장 케이스를, 에너지 절감용 고방열 나노카본 복합소재는 LED BLU용 기판 절연체와 고출력 LED용 Heat Sink 시제품을 개발할 예정이다.

사업단은 이들 계획이 성공적으로 완료될 경우 세계 4대 나노카본 복합소재 강국에 진입하며 2019년 전세계 시장의 10%를 국내 기업이 점유할 수 있을 것으로 추정하고 있다. 특히 고급 일자리 창출에 크게 기여할 것으로 기대되고 있는데 이미 1단계 사업을 통해 연구개발(R&D)직 150명을 포함해 180개의 일자리가 마련됐으며 2015년까지는 1,200명, 사업완료시점인 2019년에는 2,500개의 일자리를 창출될 것으로 예상된다.

나노카본 복합소재 사업단을 이끌고 있는 이봉근 사업단장은 “이제는 완제품보다 소재의 경쟁력이 중요한 시대가 왔다”며 “나노카본 복합소재의 시장성이 매우 좋고 참여기관들의 사업화 의지도 강해 뛰어난 성과들이 창출될 것으로 기대된다”고 밝혔다.

▲ 2단계 세부과제별 개발 계획.