탄소연구 '최선봉', 첨단산업 R&D허브 구축 '착착'

<전북 미래 먹거리 탄소산업: 8. KIST 전북분원 복합소재기술연구소> 장병운 기자l승인2015.09.30l16면

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완주에 있는 KIST전북분원 복합소재기술연구소(분원장 김준경)는 전주 팔복동의 탄소융합기술원과 더불어 100년 먹거리 탄소산업을 이끌고 있다.
KIST전북분원은 지난 2007년 8월 전북도에서 분원 설립을 요청한데 이어 2008년 1월 조직설치를 마치고 2월 초대분원장인 김준경 박사가 취임했다. 2010년 완주에 건물 공사를 시작한 KIST전북분원은 2012년 준공식을 갖고 본격적인 활동에 돌입했다. 김 분원장은 초대를 거쳐 지난해 3월 4대 분원장으로 취임했다.
KIST전북분원은 지역전략산업 육성과 연계해 국내 복합소재산업 발전을 견인할 전문국책연구소를 설치해 복합소재분야의 첨단 원천소재개발과 기업지원 및 인력육성 기능을 수행하고 있다. 특히 세계적 수준의 원천 및 응용기술 전문연구소로 21세기 첨단복합소재, 부품 연구개발의 중심거점으로 자리매김하고 있다.
KIST전북분원은 탄소계 복합소재를 비롯한 고성능, 고부가가치를 갖는 최첨단 복합소재 원천기술개발에 연구역량을 집중해 수입대체 및 신산업창출로 국가과학기술과 산업발전에 선도적 역할을 수행하고, 특화산업을 창출하는 첨단 산업의 R&D허브로 뿌리내리는 역할을 하고 있다.

△미래의 쌀 탄소연구 최선봉=KIST전북분원은 2009년부터 본격적으로 탄소관련 연구를 시작했다. KIST전북분원은 국가출연기관이라는 장점을 최대한 활용해 전북의 특화된 탄소관련 연구에 집중하고 있다.
KIST전북분원 탄소융합소재연구센터는 탄소소재를 이용한 고성능, 고부가가치 복합소재개발을 목표로 탄소섬유의 고강도화와 저가화를 위한 연구뿐만 아니라 나노카본인 그래핀과 탄소나노튜브를 이용한 다기능성 고분자 나노복합재료 연구를 추진하고 있다.
탄소소재는 극한물성을 보여주는 소재로 강도, 탄성률이 우수해 구조용 복합소재로 적용이 가능할 뿐 아니라 전기 및 열 전도성이 우수해 다양한 고성능 복합소재로의 응용이 활발히 연구되고 있다.
탄소융합소재연구센터는 극한물성을 가진 탄소소재를 이용한 고성능 복합소재 개발을 통해 대부분 수입에 의존하고 있는 국내 탄소산업을 육성하고 탄소복합소재의 고부가가치화를 위한 원천기술개발을 연구하고 있다.
탄소융합소재연구센터는 탄소섬유와 탄소나노섬유(플라즈마 활용 저가 탄소섬유제와 나노가본 복합신탄소섬유제조, 전기방사를 이용한 나노섬유제조), 탄소섬유강화 복합소재(열가소성수지복합재료 중간재, 저가고속 복합재료 성형, 복합재료 리페어/리싸이클링), 다기능 멀티스케일 나노복합재료(고품질 다차원 나노카본 합성 및 구조제어 연구, 나노카본 기반 고차구조 탄소복합재 개발연구, 고강도 다기능성 탄소복합소재 개발연구), 에너지 저장용 탄소소재개발연구(인조흑연 및 다공성탄소 소재, 나노카본 융합 에너지 소재) 등을 하고 있다.
탄소섬유 및 탄소나노섬유 연구개발 중 플라즈마를 활용한 저가탄소섬유제조는 플라즈마를 통해 활성화된 가스를 전구체섬유의 산화 및 고리화 반을 촉진시켜 보다 적은 에너지로 짧은 에너지로 공정시간에 안정화를 최적화로 탄소섬유제조에 기여할 것으로 기대된다.
나노카본 복합 신 탄소섬유제조는 미래 탄소섬유에 요구되는 물성이 고강도, 고탄성율화에 집중되어 있는 상황에서 기존의 개념을 뛰어넘는 새로운 개념의 신 탄소섬유 개발이 필요한 연구과제다.
탄성률과 강도를 동시에 향상시킬 수 있는 기술을 개발하기 위해 나노카본 복합 하이브리드 섬유관련 연구도 진행하고 있다.
탄소섬유강화 복합소재의 열가소성수지 복합재료 중간재는 경량구조용 고기능성 복합소재를 제조하기 위한 효과적인 복합재료 제조공정을 개발하고 있다. 삽입 사출성형에 의한 열가소성 수지 기반 경량 복합소재 및 열가소성 나노카본 기능성 복합소재 컴파운드 개발은 탄소복합소재가 항공우주 및 레저스포츠 산업보다 진입장벽이 높은 조선, 자동차 산업에 적용되는 기폭제 역할을 할 것으로 기대된다.

△KIST전북분원의 주요 수탁과제=KIST전북분원은 그래핀 소재부품기술개발사업과 탄소소재 일류화 지원 기반조성사업, 나노탄소소재의 실용화 및 신뢰성 기반구축 등이다.
그래핀 소재부품기술개발 사업은 2013년부터 2019년까지 1275억원을 투입해 그래핀 관련 핵심 상용화 기술 확보와 그래핀 글로벌 선도 기업 32개 육성, 글로벌 탑 브랜드 제품 등 창출이다.
탄소소재 일류화 지원기반 조성은 내년까지 완료되는 사업으로 탄소 및 탄소복합부품 분석장구축이 핵심이다. 2011년도 첫 해년엔 용액상태 600MHz 핵자기공명 분광기 구축을 시작으로 마지막 연차인 내년엔 나도 CT를 구축한다.
나노탄소소재의 실용화 및 신뢰성 기반구축은 올해부터 2019년까지 230억원을 투입해 제품 신뢰성 확보를 통한 나노탄소복합재 시장 선점 및 고용창출을 목표로 하고 있다.
KIST전북분원은 자동차와 기계조선, 항공, 전자 등 국가기간산업 전반에 활용되는 핵심소재로 부각되고 있는 탄소복합재료를 융복합해 만들어지는 복합소재를 선도하고 있다.
탄소섬유와 이를 이용한 복합재료는 최근 에너지 위기에 따른 석유류의 가격 폭등으로 에너지 효율을 높이기 위해 대부분 수송기계 시스템 경량화를 위한 소재로 다시 주목받기 시작했다.
일부 고기능성 탄소섬유 및 탄소섬유강화 복합재료는 품귀현상이 나타날 정도로 수요가 폭발적으로 증가하고 있는 매우 중요한 소재다.
복합소재 시장은 연 12%정도로 성장해 왔으며 2012년 46조원, 올해 64조원, 2018년은 99조원에 달할 것으로 예상하고 있다. 이는 중간재 기준으로 3~5배, 최종 제품기준으로 약 10배 정도 부가가치가 상승한다고 알려져 있다.

▲ 올레핀 중합용 고압반응기

△탄소밸리 지역전략산업 육성=20만평 규모의 항공기와 자동차 등의 핵심 부품소재인 탄소섬유 등을 생산하는 탄소밸리가 전북에 조성됨에 따라 KIST전북분원은 지역전략산업인 탄소산업육성에도 기여할 수 있을 것으로 예상된다.
그린에너지 시스템, 친환경 및 고효율 자동차, 에너지 고효율 기기 등 녹색제품 제조에 사용되는 친환경 부품소재에 대한 관심이 고조되고 있어 친환경 핵심 부품소재의 국산화와 경쟁력 확보도 가능할 것으로 보인다.
특히 친환경부품소재산업의 생산, 부가가치, 고용유발효과를 높임으로써 전후방산업간 동반성장과 성장 잠재력확충이 가능하게 됐다.
KIST전북분원은 급성장하고 있는 복합소재의 조기 국산화와 복합소재 원천기술 개발을 통해 새로운 시장을 개척하고, 산업 경쟁력을 갖추기 위해 정상적인 인력증원도 불가피하다.
전통적인 주력산업에 이어 신성장동력인 녹색산업에서도 탄소소재는 핵심소재 중 하나로 자리 잡을 것으로 예상되고 있지만 국내의 기술력과 세계시장 점유율은 아직까지 미미한 상황이기 때문이다.

△소프트혁신소재연구센터의 활약=KIST전북분원 소프트혁신소재연구센터는 21세기 소재혁명을 주도할 신개념 소프트혁신소재의 개발 및 응용기술 연구에 주력하고 있다.
소프트혁신소재연구센터는 미래 전자산업의 전모를 바꿀 것으로 기대되는 나노카본기반 일렉트로닉스 복합소재와 소자 기술을 비롯해 자기치유기능의 나노복합체, 생체모방 융복합소재와 같은 스마트 복합소재 기술 등 국가적 차원에서 기술개발이 요구되는 최첨단 하이브리드 나노복합소재기술에도 주목하고 있다.
또 자동차, 수송분야에서 환경부담저감형 바이오복합소재기술과 마이크로 전자패키징 분야에서 솔더(SOLDER)대책 목적을 갖는 다기능성 입자분산 복합소재 등의 그린 복합소재분야도 녹색성장선도형 기술로 선진국과의 기술경쟁이 치열하다.
소프트혁신소재연구센터는 국가적, 전략적으로 중요한 융복합형 나노소재 관련 플랫폼기술과 산업적, 경제적, 환경적 파급효과가 큰 그린 복합소재 관련 원천기술개발에 온힘을 쏟고 있다./장병운기자·argus@

 


장병운 기자  argus@
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