농도(農道) 전북이 탄소산업을 통해 새로운 미래전북의 청사진 실현에 나서고 있다. 탄소산업의 핵심인 ‘탄소섬유’는 기존의 철보다 무게는 25% 수준이지만, 강도는 10배 이상 강해 차세대 신소재로 각광받고 있다. 항공기와 자동차의 경량화에 이용이 되고 있으며, 골프채, 드론, 전동스쿠터, 휠체어, 발열체 등 스포츠 산업용뿐만 아니라 모든 분야로 용도가 확대될 전망이다. 
 

‘철을 대체할 신소재 탄소섬유’

차세대 신소재로 떠오른 탄소섬유는 원사(실) 안에 탄소가 92% 이상 함유된 섬유를 말한다. 철에 비해 1/4 수준의 무게, 10배의 강도, 7배의 탄성 등의 특성을 갖고 있다. 탄소섬유에는 크게 제조 방법에 따라 PAN계(팬계)와 PITCH계(피치계)로 구분된다.

효성그룹은 지난 2011년 국내 최초 개발에 성공한 이후, 지난해부터 PAN계를 생산하고 있다. 탄소섬유는 100% 복합재료화로 사용되며, 적용분야와 최종재의 특성에 따라 항공기와 자동차, 산업용 등 다양한 가공법이 적용된다.

하지만 탄소산업은 탄소소재 및 복합재를 개발해 상용화하는 단계에 있어 지속적인 연구개발과 투자가 필요한 실정이다. 탄소섬유 기술 이전은 국가간 이동이 통제되는 국가전략 물자품목으로 제한돼 있다. 한국은 세계 6위 소비국이지만 생산기반이 취약해 국내 탄소섬유 전략을 수입에 의존했었다. 

㈜효성이 2013년 5월 자체기술을 바탕으로 2000톤 규모의 탄소섬유를 생산하기 시작했다. 국내 탄소섬유 시장은 공급확대에 따른 가격안정이 신규 수요를 창출할 것이며, 또한 매년 약 10%이상의 시장 성장 추이에 따라 국내시장 규모도 늘어날 것으로 예상된다.

‘전북창조경제혁신센터 탄소산업 특화’

탄소산업은 기술력을 기반으로 기술 개발 과정에서 전후방 산업간 긴밀한 협력체계 구축이 필수적이다. 독일의 MAI 탄소클러스터와 CFK 탄소밸리가 산·학·연은 물론 정부까지 나서 탄소연구개발과 사업화 분야에서 가장 성공적인 사례로 손꼽힌다.

특히 탄소산업은 소재 생산 기업의 대규모 투자와 안정적인 생산이 이뤄지면 다양한 수요처와의 협력이 필수적이다. 전북지역에는 국내 생산량의 35%이상을 담당하는 효성의 탄소섬유 생산 공장이 있다. KIST 등 5개 정부출연구소가 있고, 특히 탄소융합기술원의 연구개발 역량과 설비를 활용할 수 있다.

효성그룹 전주공장 전경

전북지역은 우수한 원천?응용기술 R&D 역량을 보유하고 있으므로 연관산업의 밸류체인을 강화하고 신시장 수요 창출이 요구되고 있다. 전북창조경제혁신센터는 ‘소재→중간재→복합재 성형·가공→완제품’의 밸류체인 중에서 전북이 부족한 중간재, 복합재 성형품 중소기업을 집중 육성할 계획이다.

창조형 탄소분야 창업자들에게 컨설팅을 하고 전문가 멘토링을 통해 창업을 지원하고 있다. 전담기업인 효성은 중간재 Pilot Plant를 구축하여 후공정기술개발 참여를 확대하고, 탄소특화창업보육센터를 설립하여 인큐베이팅을 통한 기업창업 및 발굴을 지원하고 있다.

‘탄소섬유 CNG용기 시내버스 10대 운행’

전북창조경제혁신센터는 시범사업으로 생산되는 탄소섬유의 수요창출을 위해 기존 CNG 버스의 강철재 용기를 대체한 탄소섬유 CNG용기를 장착한 시내버스 보급 시범사업을 추진해 전주 5대, 익산 3대, 군산 2대 등 총 10대를 보급했다.

효성(탄소섬유 생산)과 일진복합소재(용기제작), 자일대우버스(완성차 제작), 전북도 및 3개시, 최종 수요자인 도내 시내버스사업자가 참여했다. 탄소소재 CNG용기 장착버스는 기존 철재 용기 장착 버스보다 대당 500kg 정도 가벼워져 연비 상승과 배출가스 저감 효과가 높다.

특히 폭발시 파편에 의한 2차 사고 위험성이 해소되어 안전에도 크게 기여할 것으로 보인다. 도는 내년에도 10대를 추가로 보급한 후 성과분석을 통해 2단계로 오는 2019년까지 80대를 보급할 계획이며, 전국적으로 확산시킬 것을 정부에 제안했다.

‘보일러 없는 난방장치·초경량 스쿠터 개발‘

CES(박종오 대표)는 겨울철 경미한 교통사고를 계기로 도로결빙방지시스템에 대해 관심을 갖고 조사하던 중 탄소섬유가 열을 발생하는 우수한 성질이 있다는 것을 알게 됐다. 그는 전북창조경제혁신센터의 도움으로 효성을 통해 탄소섬유를 지원받아 발열체를 개발했다.

탄소섬유발열시스템은 탄소섬유로 제조된 이중다공발열관을 병렬구조로 배열함으로써 열에너지를 효율적으로 운영 및 관리할 수 있다. CES가 새로 개발한 난방시스템은 보일러 및 공급관, 회수관, 축열조 등이 필요 없이 탄소섬유 발열체를 직접 넣어 설치해 효율성이 높다.

실제로 남원 파프리카 농장에 설치한 결과 전기보일러 대비 연료비가 1/3 수준으로 감소되는 효과를 거뒀다. 한호기술(김경근 대표)은 탄소섬유로 노약자가 들 수 있는 전동스쿠터를 개발했다. 기존의 전동스쿠터는 87kg으로 노약자가 혼자 이동시키기에는 어려움이 많았다.

이번에 개발된 탄소섬유 전동스쿠터는 35kg로 절반이상 가벼워졌다. 현재 장애인농구협회 및 중국, 필리핀 수출용으로 200대를 생산할 예정이다. 한호기술은 탄소섬유 복합재를 적용해 초경량화한 25kg의 전동스쿠터를 개발하고 있다.

‘탄소산업 선두기관 전북창조경제혁신센터’

탄소섬유 제조과정

전북창조경제혁신센터는 ‘100년 먹거리 탄소산업’의 처음과 끝을 책임지고 지역의 혁신기관과 협력해 다양한 사업을 추진한다는 모토로 탄소산업 육성에 앞장서고 있다. 메가-탄소밸리 조성을 위해 자동차, 신재생에너지, 조선`해양, 농·건설기계 등 탄소섬유를 적용한 융·복합을 통한 응용산업 중심의 탄소산업을 육성 중이다.

탄소소재-부품-제품 성능평가 및 인증기반 구축, 탄소창업 원스톱 서비스, 탄소장비 기술개발 및 공급기반 마련 등 탄소산업 상용화지원 인프라를 구축과 탄소섬유, 탄소나노튜브, 활성탄소, 그래핀의 자급률을 60%로 끌어올려 전북을 4대 탄소소재 최강 지역으로 육성한다는 비전이다.
윤동길기자