탄소섬유가 바꿀 세상은 어떤 그림일까?

세상을 바꿀 신소재로 불리는 탄소섬유를 아시나요? 탄소섬유는 철보다 강하고 알루미늄보다 가볍습니다. 심지어 인장강도와 내열성이 좋아 항공기, 자동차를 비롯해 높은 열과 큰 외부 압력을 버텨야 할 모든 제품의 원료가 될 수 있습니다.

탄소섬유가 처음 사용 된 것은 필라멘트 입니다. 대나무 섬유를 탄화(열분해로 인한 비결정성탄소 생성 현상)하여 만든 것이죠. 너무 어렵다구요? 사실 탄소섬유는 우리에게 익숙한 존재랍니다. 바로 건 에디슨이 발명한 전구에 들어간 것이 필라멘트니까요. 

탄소섬유는 강철의 4분의 1 수준으로 가벼우면서도 강도는 10배 이상 강합니다. 특히 탄소섬유 강화 플라스틱은 아크릴 섬유에 특수 열처리를 한 것으로 요즘 나오는 미래형 신차에 대거 차용해 경량화와 안정성을 높이고 있습니다. 그렇다면 탄소섬유로 인해 세상이 어떻게 바뀔 것인지 구체적으로 살펴볼까요?

탄소섬유만 있으면 뭐든지 뚝딱! 3D 프린터

지난해에 이어 2014년, 새롭게 떠오르는 유망산업이 있습니다. 바로 3D프린터 기술인데요. 3D프린터는 정확한 설계자료만 있으면 그 자리에서 바로 사물을 입체로 출력할 수 있게 해줍니다. 제조업에 IT기술을 접목한 융합 산업 영역이라고 할 수 있죠. 전문가들 사이에서는 3차 산업혁명이 3D프린터 보급이라 인식되고 있을 정도로 기대가 높습니다. 즉, 앞으로 미래 산업의 판도와 생활상을 획기적으로 바꿀 것으로 예상됩니다.

3D프린터는 재료를 자르거나 깎는 방식이 아닌, 각각의 층을 쌓아 만드는 방식입니다. 그래서 정교하거나 내부가 비어있는 등의 복잡한 모양도 자유자재로 만들 수 있는데요. 지금까지는 3D 프린팅에 쓰이는 원료가 플라스틱 가루로 한정돼있다가 기술이 발전하면서 나일론이나 금속과 같은 재료가 추가되었습니다. 그래서 그 재료의 특성상 시제품을 만들거나 단순한 구조의 제품들을 제작하는 데 주로 쓰였는데요. 

그러나 탄소섬유를 재료로 사용하는 3D프린터가 나오면서 더 획기적인 변화가 가능할 것으로 보입니다. 강도와 탄성이 큰데다 부식이 되지 않아 높은 안정성이 필요한 제품도 제작이 가능하게 됩니다. 만일 탄소섬유 3D 프린터가 보급화되면 영화에서만 보던 장면이 현실화될 수 있어요.

어떤 아이디어가 떠오르면 설계가 끝나는 즉시 시제품을 만들어 오류를 점검하고 안정성을 확인할 수 있을 거예요. 본격적인 제품 생산 까지 걸리는 시간이 지금보다 수십 배나 단축될 것으로 예상됩니다.

연비가 높아 걱정이라고? 정답은 탄소섬유

 

큰 변화가 기대되는 것 중 빠질 수 없는 분야가 바로 자동차 산업입니다. 갈수록 에너지 효율성이 증대되고 있어 국가나 기업차원에서 자동차 연비 개선에 열을 올리고 있는데요. 연비는 엔진의 효율을 올리는 것도 필요하지만 차체의 무게를 줄이는 것도 중요합니다. 기술적 한계에 다다라 같은 출력을 높은 효율로 개선하려면 생각보다 많은 연구와 투자가 필요한데요. 그래서 자동차 자체의 무게를 줄이는 게 더 경제적인 방법이 된 것입니다.

문제는 역시나 가격입니다. 지금까지는 탄소섬유의 원가가 철에 비해 10배 이상 비쌌기 때문에 일부 고급 차에만 탄소섬유를 사용했는데요. 하지만 갈수록 탄소섬유의 원가가 내려가고 또 보급화되면서 이제는 점점 그 대상이 확대되어 가는 중입니다. 게다가 지금까지는 단순한 철제부품을 탄소섬유로 대체했다면 이제는 차체와 차의 뼈대도 탄소섬유로 만들어 무게를 수십 퍼센트를 줄일 수 있다고 하네요. 그렇게 되면 언젠가는 리터당 연비가 50km가 되는 것도 가능하지 않을까요?

탄소섬유와 함께라면 대 우주 시대 개막

앞서 말씀 드렸다시피 탄소섬유는 내열성이 아주 강합니다. 그래서 현재는 항공기의 동체와 날개에 주로 쓰이고 있어요. (항공기의 연비를 올리는 주된 이유도 바로 탄소섬유 덕분이에요.) 하지만 여기서 끝이 아닙니다. 미지의 우주환경을 날아다녀야 할 우주선에도 탄소섬유가 빠질 수 없는데요. 

각 국가와 기업이 우주산업에 투자하는 돈이 많아질수록 우주탐사는 빈번하게 이루어질 테고 그만큼 우주와 지구를 왕복하는 우주선도 늘어날 것으로 예상됩니다. 거친 우주환경에서 버틸 수 있는 소재 역시 탄소섬유입니다. 가볍고 강한 자동차에 이어, 가볍고 강한 우주선 또한 머지 않아 등장할 것으로 예상됩니다. 바야흐로 탄소섬유가 우주를 누비게 되는 셈이죠.^^ 그런 날이 온다면 제2의 지구를 찾게 될지도 모르겠네요.

영화 속 슈퍼 히어로가 현실이 된다?!

 

탄소섬유만 있다면 아이언맨의 슈퍼 수트도 영화 속의 상상력만은 아닙니다. 가볍고 강한 탄소섬유의 특성을 이용해 인간의 체형에 맞는 로봇 수트를 만들 수 있습니다. 총알을 막는 것은 물론이고 외부로부터 전해지는 큰 충격을 완화시키는 기능도 하게 되겠죠. 심지어 스텔스 기능을 추가해 첩보 활동에도 활용할 수 있습니다.

그러나 이런 군사적인 목적보다는 역시 인류애를 실천하기 위한 목적이 더 가치 있을 거라 생각됩니다. 자연재해로 인해 폐허가 된 건물 더미 속으로 들어가 사상자를 구하거나 불구덩이로 뛰어들어 생존자를 구출하는 장면을 상상해 보세요. 열악한 극지방 탐사를 특수 수트를 입고 수행해 좀 더 안전한 방법으로 과학적인 성과를 올릴 수도 있겠지요. 이처럼 탄소섬유가 그려낼 미래는 그 가능성이 무궁무진 하답니다.

효성, 탄소섬유 산업의 예비 선두주자

 

지금까지의 탄소섬유 시장에서는 70%가량을 차지하는 일본이 강세를 보이고 있습니다. 그러나 높은 기술력이 필요한 탄소섬유의 특성상 가격이 높아 수요가 많지 않았고, 연간 생산량도 3~4만 톤에 그치고 있어 시장 점유율은 큰 의미가 없습니다.

앞으로 공격적인 투자와 연구가 동반된다면 가격은 점차 하락할 것으로 예상됩니다. 현재 한국을 비롯해 미국과 유럽, 중국이 탄소섬유 경쟁에 뛰어들어 경쟁하고 있습니다. 이러한 점으로 볼 때 가격대비 효용성은 갈수록 늘어갈 것입니다. 그러면 수요는 기하급수적으로 늘어나고 전세계 탄소섬유 생산량도 발맞춰 상승하겠죠.

가까운 미래에는 항공기, 고급 자동차, 특수 기계에 탄소섬유를 사용하는 데 그치지 않고 우리 생활 곳곳에 깊숙이 파고들 것으로 예상됩니다. 그렇다면 계속적인 투자로 다양한 탄소섬유 라인업을 구성하고 좋은 품질을 유지할 수 있는 기업이 세계 시장을 점유할 수 있을 것입니다. 

 

효성, 현대차 차세대 컨셉카에 탄소섬유 ‘TANSOME®’ 공급

 

<2014년 스위스 제네바 모터쇼에서 처음 선보인 현대차의 미래형 컨셉카 ‘인트라도’로, 효성의 고성능 탄소섬유인 탠섬(TANSOME®)이 카프레임, 후드, 사이드패널 등에 처음 적용됐다.>

현대차가 2014 제네바모터쇼에서 선보인 미래형 컨셉카 ‘인트라도(Intrado)’의 프레임에 효성의 고성능 탄소섬유인 ‘탠섬(TANSOME®)’이 처음 적용된 것으로 알려지면서 효성 탄소섬유에 대한 업계의 관심이 높아지고 있습니다.

한국기업이 독자적으로 개발한 탄소섬유가 자동차에 쓰인 것은 이번이 처음인데요. 글로벌 화학 섬유 및 산업소재 기업인 효성의 탄소섬유는 ‘인트라도’의 카프레임, 후드, 사이드패널 등의 소재로 사용된 것으로 알려졌습니다.

탄소섬유는 강철의 4분의 1 수준으로 가볍지만, 강도는 10배 이상 강한 특성을 가진 소재입니다. 이에 따라 탄소섬유가 사용된 ‘인트라도’의 프레임은 기존 강판(철강)소재로 제작된 일반 자동차의 차체보다 60% 가벼워 연료 효율이 높다고 평가 받고 있기도 합니다. 

또한 자동차 중량 감소로 연료사용이 줄어들어 대기오염의 주범인 일산화탄소 배출을 감소시켜 친환경적일 뿐만 아니라 환경규제가 갈수록 엄격해지고 있는 유럽 등 해외 수출 시장에서의 경쟁력 강화에도 도움이 될 것으로 보입니다.

효성은 현재 새로운 탄소섬유 브랜드 탠섬을 런칭하고, 탄소섬유 시장을 선도하기 위해 노력하고 있습니다. 효성은 2020년까지 총 1조 2,000억 원을 투자해 탄소섬유 생산 능력을 1만 7,000톤까지 확대한다는 계획을 가지고 있습니다. 

효성은 스판덱스, 타이어코드 등 다양한 분야에서 세계 1위를 이루어 낸 경험이 있는데요. 1등도 많이 해 본 사람이 더 잘하는 법이죠~ 화학과 섬유 시장에 강한 효성이니만큼 탄소섬유 시장에서도 1위로 도약하는 모습을 기대해 봅니다. 우리가 꿈꾸는 미래세계의 모습, 효성과 함께 누려봐요~

효성의 탄소섬유 브랜드 ‘TANSOME’은 한글로 ‘탄소섬유’의 약자이면서, 탄소섬유 생산 공정의 특성인 ‘소성(태우는 과정, tanning)’과 ‘특별함, 중요함(something special)’의 결합을 통해 새로운 부가가치를 창조해나간다(adding value)는 의미를 함축하고 있답니다.

또한, 강도에 있어 강철보다 무려 10배나 강하지만, 무게는 4분의 1수준인 탄소섬유의 놀라운 특징을 표현하는 ‘Awesome’의 의미도 포함하고 있는 이름으로 이제까지 세상에 나온 어떤 섬유와도 차원이 다른 새로운 등장을 알리는 일종의 감탄사라고도 볼 수 있습니다.

☞ 효성과 창조경제 조합이 가장 잘 어울리는 이유는?