HYOSUNG

수소차, 골프채, 스마트폰, 엘리베이터 벨트, 운동화 깔창, 인공위성, 풍력 발전기, 선박, 전선 케이블…

각기 다른 산업 분야에서 각자의 역할을 맡아 활발히 사용하는 제품들입니다. 얼핏 보면 서로 연관성이 없어 보이지만, 자세히 살펴보면 모두 하나의 공통점을 가지고 있습니다. 바로 가느다란 실 속에 탄소가 92% 이상 함유되어 있는 특수 소재인 ‘탄소섬유’를 사용해 제작했다는 점입니다.

무엇보다 튼튼하고 강하게 만들어야 할 제품에 섬유를 사용한다? 어딘가 이상하다고 생각될 법도 합니다. 그러나 탄소섬유에 대해 좀 더 자세히 알게 된다면 그런 걱정은 기우라는 것을 알게 될 것입니다.

 

대체불가능한 신소재, 탄소섬유 

탄소섬유는 철보다 10배 강하면서 4배나 가벼운 꿈의 신소재 탄소섬유는 뛰어난 물성으로 많은 산업 분야에서 대체불가능한 핵심 소재로 주목받고 있습니다. 높은 강도와 탄성, 고온에도 버티는 우수한 내열성과 낮은 열팽창성, 반복적으로 사용해도 기능 저하가 잘 발생하지 않는 탁월한 내구성과 비금속 소재임에도 뛰어난 열전도성, 혹독한 조건에서도 끄떡없는 내부식성 등 탄소섬유의 장점은 끝이 없이 나열할 수 있습니다.

이렇게 뛰어난 탄소섬유를 국내에서는 효성첨단소재가 독자 개발에 성공해 생산하고 있습니다. 2008년부터 탄소섬유 개발에 착수한 효성은 2011년 국내 최초로 고성능 탄소섬유 브랜드인 탄섬(TANSOME®)을 개발했고, 2013년 탄소섬유 양산에 성공했습니다. 지난해에는 초고강도 탄소섬유 개발에도 성공하며 탄소섬유 기술 개발에 앞장서고 있습니다.

 

탄소섬유는 특수분야 전용 소재?

탄소섬유는 그 뛰어난 성능 때문에 첨단 테크놀로지에만 적용되는 신소재라는 오해를 종종 받기도 합니다. 그러나 탄소섬유는 자동차와 스포츠, 항공우주와 건설, 해양 등 생각보다 많은 분야에 적용되고 있으며, 특히 수소산업과 신재생에너지분야와 같은 친환경을 실천하는 산업분야에서 두각을 나타내고 있습니다.

탄소섬유가 적용되고 있는 분야는 무궁무진합니다. 가볍고 강하기 때문에 철강과 알루미늄이 주로 쓰이던 자리를 대신하기 시작한 탄소섬유는 변화하는 시장 환경에 맞춰 적용분야를 점차 넓혀 나가고 있습니다.

생각보다 일상 속에서 더 자주 만나 볼 수 있는 탄소섬유를 한번 찾아볼까요?

 

일상 속에서 만나는 탄소섬유

탄소섬유는 일상 생활에서 생각보다 쉽게 접할 수 있습니다. 초경량 고강도의 특성을 살려 프리미엄 노트북 보디나 휴대폰 케이스로 사용되기 때문입니다. 또한 러닝화 바닥 부분에 탄소섬유로 만든 판을 넣으면 스프링 역할을 해 기존 러닝화보다 추진력을 높이고 에너지 회수가 가능해 더욱 빠른 기록을 세울 수 있습니다. 골프채, 낚싯대, 고급자전거, 라켓 등 운동용품에 탄소섬유가 적용된 지도 꽤 되었습니다.

전력 송전을 더욱 효율적으로 하기 위해 전선의 코어(Core)부분에 탄소섬유가 사용되고 있으며, X선 투과가 잘 되는 탄소섬유는 인체에도 무해하기 때문에 의료용 제품에도 널리 활용되고 있습니다. 열 전도성이 높은 특성을 활용해 발열벤치나 탄소매트 등에도 적용되고 있습니다. 뿐만 아니라 자동차의 내외장재, 태양광 단열재, 상업용 항공기 내외장재, 인공위성 등 다양한 분야에서 탄소섬유를 사용 중입니다.

우리가 미처 상상하지 못한 분야에도 탄소섬유를 만날 수 있습니다. 보트나 요트, 큰 배의 프레임과 돛대에도 가볍고 강한 탄소섬유 복합재를 사용하는데, 덕분에 선박의 무게를 가볍게 해 연료 사용량을 줄여 비용을 절감하고 지구 환경을 지켜 줄 뿐 아니라 거친 바다와 강물에도 끄떡없는 튼튼함과 안정성을 선사합니다. 

 

   

   

고압용기에 꼭 필요한 탄소섬유

많은 분야들 가운데 특히 차세대 성장동력으로 주목받고 있는 수소산업에서 효성 탄섬의 진가가 빛을 발합니다.

그린 에너지원인 수소는 가볍지만 부피가 크기 때문에 압축해 사용하는 방법이 가장 효율적이고 일반적입니다. 그렇기 때문에 수소를 기체상태로 보관하거나 운반•이동할 때 이용되는 수소연료탱크는 일반 탱크와는 달라야 합니다. 일반 공기의 수백 배 이상의 압력을 견딜 수 있을 정도로 튼튼하고 안전한 고압용기를 사용해야 합니다. 또한 이동 시 연비를 높이기 위해 가벼운 소재를 적용해야 하며 인장 강도가 높아 안전을 강화한 제품이어야 합니다. 그리고 이 조건에 딱 알맞은 특성을 가진 소재가 바로 효성의 탄섬입니다.

지구 온난화의 주범인 화석연료를 대체하는 미래의 대표적인 모빌리티로 주목받는 수소차. 그 수소차에 꼭 필요한 수소 에너지의 저장과 유통에 필수적인 고압용기의 핵심소재로 탄섬이 사용되고 있습니다. 효성 탄섬은 우리가 모르는 사이에 이미 친환경 신성장 동력인 수소 산업의 한 축을 이루고 있습니다.

  

  

탄소섬유로 만드는 풍력 발전기 날개

신재생에너지에도 효성의 탄소섬유가 사용됩니다. 풍력 발전기와 같은 친환경 에너지 분야의 구조물 경량화와 이에 따른 발전 효율 향상을 위해 가볍고 단단한 탄소섬유가 풍력 블레이드의 메인 구조물인 스파 캡(Spar cap)에 적용되기 때문입니다.

특히 풍력 발전은 블레이드 길이가 길수록 더 많은 전력을 발생시킬 수 있습니다. 철보다 탄성이 7배나 되어 높은 탄성률을 가지고 있고 무게 역시 철보다 가벼운 탄소섬유는 블레이드에 사용하기 가장 적합한 소재입니다.

가볍고 탄성이 높은 탄소섬유가 블레이드에 사용되면서 60m 이상의 대형 블레이드가 바람에 돌아갈 때 길이 때문에 휘어 버리는 현상을 방지할 수 있게 되었습니다. 또한 기존보다 더 가볍고 길이가 긴 블레이드 제작이 가능 해졌습니다. 

 

  

 건축보강재도 탄소섬유로 편리하고 튼튼하게

또한 건설 분야에서는 기존의 철근을 대체할 만큼 튼튼하면서 부식의 걱정이 없는 탄소복합재가 새로운 대안으로 떠오르고 있는데, 탄소복합재는 철근보다 훨씬 가볍기 때문에 시공이 편리하고 건물을 짓는데 시간도 단축할 수 있을 것으로 예상되기 때문입니다. 기존의 철근보다 얇은 모습으로 제작할 수 있어 더 가벼운 구조물을 만들 수 있다는 점 역시 탄소섬유만의 특징입니다.

탄소섬유는 주로 건설 현장의 다리보수 패널이나 건설용 빔 등에 사용되는데, 현장에서 철근을 용접해 제작하거나 조립할 필요 없이 가볍고 이동이 편리한 탄소복합재를 사용하면 운반이 쉽고 현장에서의 작업 시간이 줄어들어 업무 효율성을 높일 수 있습니다.

특히 노후한 콘크리트를 보강할 때도 사용되며, 독일에 건설된 슈투트가르트 도시철도 다리는 탄소섬유 복합재료(CFRP)로 만든 행거에 걸려있는 세계 최초의 네트워크 아치교입니다.

 

꿈의 신소재에서 일상 속 친숙한 소재로!

꿈의 신소재로 화려하게 등장한 탄소섬유, 이제는 특수분야 뿐 아니라 우리의 일상 전반에서 만날 수 있는 반갑고 친숙한 소재가 되었습니다. 탄소섬유 적용분야가 늘어남에 따라 탄소섬유의 글로벌 시장 규모 역시 꾸준히 증가하고 있습니다.

일본 시장조사 전문기업인 후지경제에 따르면 효성이 생산하고 있는 PAN계 탄소섬유의 2021년 전세계 시장 규모는 8만5790톤에 달하며, 연평균 10%의 지속적인 성장을 이룰 것으로 예상하고 있습니다. 또한 2035년에는 PAN계 탄소섬유의 전세계 시장 규모가 32만7430톤을 기록할 것으로 전망됩니다.

탄소섬유로 만든 제품들에 둘러싸여 생활하고, 하루 한번 이상 탄소섬유로 만든 제품을 사용하지 않은 날이 없는 미래가 멀지 않았습니다. 그리고 성장하는 탄소섬유 시장의 한 축을 효성첨단소재가 담당하고 있습니다.

효성첨단소재는 끊임없는 연구개발로 지난 2022년 세계에서 세번째로 기존보다 4배 이상 강도가 높은 T-1000급 초고강도 탄소섬유를 생산했습니다. 효성의 탄소섬유 기술 수준은 글로벌 탄소섬유 시장을 발전시키고 이끌어 나가는 원동력 중 하나입니다.

탄소섬유가 더 이상 새로운 소재가 아니게 될 그 날까지, 효성첨단소재는 다양한 분야에의 탄소섬유의 보급과 적용을 적극적으로 확대해 나가며 현대인을 위한 친환경 일상을 완성해 나가려 합니다. 효성첨단소재와 탄소섬유의 미래는 아직 그 끝이 보이지 않을 정도로 넓습니다.