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강원TP 신소재사업단, 무연탄 활용 탄소소재 개발 - 인조흑연 등 반도체·배터리 첨단 산업 소재 국산화 - 폐자원 자원화·복구비 절약·신산업 육성, 일석삼조
  • 기사등록 2023-03-14 15:12:10
  • 수정 2023-03-14 15:48:06
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▲ 강원TP가 ‘무연탄을 활용한 탄소소재용 흑연화 원료개발’ Kick Off 회의를 개최, 관계자들이 참석해 회의 후 기념촬영을 하고 있다.


강원테크노파크(원장 허장현) 신소재사업단이 강원 지역의 부존자원인 무연탄을 활용해 고부부가치의 탄소소재 원료 개발을 추진한다. 이를 통해 전기차 배터리 음극재, 반도체 등 다양한 미래 첨단 산업에의 핵심 소재를 국산화해 안정적인 자원 확보에 기여하고 폐광지역 대체 산업 육성으로 지역 산업 및 경제 활성화에 이바지 할 것으로 기대된다.


강원테크노파크 신소재사업단(단장 유재욱)은 ‘무연탄을 활용한 탄소소재용 흑연화 연료개발 Kick Off 회의’를 지난 2월 15일~16일 양일간 태백 오투리조트에서 개최했다.


이날 회의에는 강원TP, 강원대학교, 철원플라즈마산업기술연구원, 강원도, 태백시 등 관련 기관 관계자들이 참석했다.


‘무연탄을 활용한 탄소소재용 흑연화 원료 개발’사업은 석탄을 캐는 과정에서 버려진 경석의 탄분과 고품위 무연탄 자체를 활용해 고부가 탄소소재 원료로 탈바꿈하기 위해 재료특성 및 적합공정을 테스트하고 확보하는 사업이다. 총 9억원(강원도 4.5억, 태백시 4.5억)의 사업비를 투입해 2022년 10월부터 올해 11월까지 14개월간 진행된다.


강원테크노파크 신소재사업단이 주관기관으로서 사업운영 계획 및 총괄을 수행하고 강원대학교 산학협력단과 철원플라즈마산업기술연구원 참여기관으로서 연구개발을 진행한다.


경석은 저열량석탄이 포함돼 자원으로 활용되지 못하고 폐기물로 처리돼 유휴부지에 쌓이고 있다. 또 석탄 채광 과정에서 각종 분진 발생 및 지하수 오염 등을 유발해 광해 방지 및 환경 오염 방지를 위해 많은 예산을 투입해야 하는 악순환이 이어지며 지역사회의 골칫거리로 여겨졌었다.


하지만 경석은 SiO2(이산화규소), Al2O3(산화알루미늄), 탄소 등으로 구성돼 있어 다공성 단열재, 콘크리트, 골재, 제올라이트, 인조흑연, 활성탄 등의 소재로 활용이 가능해 건축, 환경, 에너지 등 다양한 산업의 소재, 부품의 신시장을 창출할 수 있다.


탄소소재는 원료를 합성 또는 방사를 통해 전구체를 제조하고, 전구체를 최대 3,000℃ 이상 열처리하면 열처리 조건에 따라 활성탄소, 탄소나노튜브, 탄소섬유, 인조흑연 등 다양한 탄소 소재를 제조할 수 있다. 이러한 탄소 소재들은 이차전지, 반도체, 자동차, 항공·로켓, 풍력발전기, 레저 용품 등에 사용된다.


특히 우리나라 탄소산업은 항공·우주, 에너지 등 다양한 분야에서 급격한 성장세를 보이고 있다. 하지만 제품 제조에 필요한 인조흑연, 활성탄소, 탄소섬유 등 6대 탄소 소재를 일본, 미국 등 해외 수입에 의존하고 있는 실정이다. 이에 최근 우리 정부는 탄소 소재 개발 및 기술 자립화를 위한 전략을 마련해 탄소소재의 안정적인 자원 확보에 나서고자 노력하고 있다.


강원TP 신소재사업단은 강원대학교, 철원플라즈마산업연구원, 한국광해광업공단 등 유관연구기관 및 기업들과 함께 무연탄 및 경석 내 무연탄분의 고품위화와 흑연화를 통해 배러티 음극재 원료 등 탄소제품 활용 원료 제조 연구 개발에 나선다.


무연탄을 분리, 정제해 원료를 고순도화 시키고 흑연화에 따른 물성을 조사해 데이터 베이스를 구축, 다양한 탄소소재로 활용하기에 적합한 공정을 개발해 탄소소재 산업 활성화 방안을 마련하고 관련 기업들을 강원도에 유치하고자 한다.


이번 사업은 경석자원 활용 원료기반조성사업의 2단계로, 강원도형 신소재 산업을 고기능성 건자재를 비롯해 탄소 원료화 산업으로 확장, 폐자원의 유효자원화를 통한 탄소 소재의 국산화뿐만이 아니라 광해 복구사업의 비용 절약, 폐광산지역 대체 산업 육성으로 지역산업 활성화를 기대할 수 있다.


강원TP 신소재사업단은 2017년 산업통상자원부로부터 ‘경석자원을 활용한 세라믹 원료산업 기반조성사업(제1단계)’을 지정받아 경석을 산업원료로 적용 가능한지에 대한 검증을 완료한 바 있다.


또한 태백 동점산업단지에 국비와 지방비를 합쳐 총 190억원이 투입된 원료산업지원센터를 구축해 경석·무연탄 분리 시스템 등을 갖추고 있다. 경석에서 분리된 무연탄을 흑연화해 탄소제품 제조에 필요한 원료 개발에 필요한 기반이 확보된 상태라 이 분리시스템을 통해 6대 탄소소재가 제품의 원료로서 적용 가능한지 확인을 할 수 있다.


이날 회의에서 강원대 이성만 교수는 무연탄 흑연화 제품이 리튬 이차 전지용 음극 속재로 활용 가능한지 무연탄 흑연계 소재와 리튬 이차전지의 물리·화학적 특성을 분석해 음극소재 활용 관련 문제점 및 개선 방안에 대해 설명했다.


철원플라즈마산업기술연구원 최선용 본부장은 플라즈마를 활용한 무연탄 원료의 고순도화 및 인조흑연화 기술에 대해 소개했다. 또한 무연탄을 활용한 타 지역 및 기관 관련 수행 사업들을 소개하며 지자체 및 유관기관 협력을 통합 사업수행 방안을 모색해야 한다고 덧붙였다.


강원TP 신소재사업단 유재욱 단장은 “이번 사업을 통해 수입에 의존하고 있는 탄소소재를 국산화할 수 있는 생산 기반 구축과 폐광지역의 신산업 육성을 통한 지역경제 활성화에 기여 할 것”이라며 “사업이 차질 없이 진행돼 좋은 성과를 낼 수 있도록 기관들과 함께 협력해 나갈 것”이라고 덧붙였다.

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