The 15th Korea-China-Japan Joint Symposium on Carbon Saves the Earth(CSE2017)
‘에너지 전환과 저장에 사용되는 탄소재료 심포지움’ 참관기
제15차 한국, 일본, 중국과 미국 학자들이 참가한 심포지엄(Carbon Saves The Earth 2017; CSE2017)이 광주 김대중컨벤션센터에서 지난 9월 6~8일 열렸다.
이 학술대회는 매년 한국, 일본, 중국을 차례로 순회하면서 열리는 심포지엄이다. 이 학술회의에서는 ‘에너지 전환과 저장에 사용되는 탄소재료’를 주제로 초청강연 21건과 포스터 34건을 발표했다.
이번 심포지엄 참가자는 4개국 100명 정도로 성황을 이뤘다. 학회의 마지막 일정으로 참가자들은 순천만과 낙안 읍성을 둘러보며 남도 자연의 아름다움과 한국의 문화를 체험하는 기회를 가졌다. 특별히 이 학술회의를 광주에서 열게 된 것은 전남대 고분자 융합소재 공학부에 재직하면서 30년여년 동안 연구와 교육을 통해서 탄소재료의 학문과 산업발전에 기여해온 양갑승 교수의 퇴임을 기념하기 위하여 탄소재료 전공자인 같은 학부의 김융암 교수가 조직위원장으로 초청한 학술회의 였다.
탄소재료는 철의 비중에 비해서 20%로 가벼우면서도 강도 10배, 탄성율 3배로 우수한 열 및 전기 전도성, 온도에 대한 치수 안정성, 우수한 생체 적합성을 갖는 재료이다. 따라서 그 용도가 에너지, 우주항공, 전기 전자, 토목/건축, 스포츠, 기계자동자 등 그 용도가 중요하고 다양하다. 특별히 자율주행 자동차나 드론, 에너지 효율이 높은 에너지 장치를 제작하기 위한 필수적인 재료가 된다. 한편 탄소재료의 원료는 목재 혹은 석유나 석탄이기 때문에 이를 연료로 사용하면 이산화탄소나 유해가스가 나와 기후변화나 환경오염의 원인이 되지만 이를 탄소재료화 하여 사용하게 되면 ‘4차 산업 혁명’을 견인해 가는 기본 재료가 될 것으로 믿는다.
위에서 언급한 바와 같이 탄소재료의 특성 때문에 가장 우선적으로 산업화된 분야는 탄소섬유 복합재료이고 그것의 주축은 탄소섬유이다. 세계적인 탄소섬유의 수요는 2015년에 5만8000톤이었고 2020년에는 10만500톤으로 매년 12%의 성장이 예상되고 있다. 국내 탄소섬유 양산은 미국이나 일본에 비해서 그 역사가 매우 짧으며 효성, 태광, Toray in Korea 등이 모두 PAN계 탄소섬유를 생산하고 있다. 2017년 현재 8200톤/년의 생산량을 보이고 있고 효성에서는 2017년도에 2000톤/년으로 2022년까지 1만4000톤/년의 증산 계획을 하고 있다. AVK 리포트(1016년 11월)에 의하면 2022년도에 탄소섬유 복합재료는 24만5000톤 규모의 세계시장이 형성되고 그 용도는 자동차(31%), 우주항공(26.8%), 풍력(15.5%) 등의 순으로 예측하고 있다,
이런 용도로 시장이 확대되기 위해서는 가장 먼저 해결되어야 할 과제는 탄소섬유를 저가로 제조 하는 일이다. PAN계 탄소섬유의 제조 원가를 분석해보면 PAN이 55%, 안정화 공정비가 17%, 탄화 14%, 표면처리 8% 기타 6%로 평가된다. 따라서 PAN을 저가 원료로 대체하기 위한 연구가 집중적으로 진행되고 있다. PAN을 대체하기 위한 원료로는 주로 부산물에서 얻어진 리그닌, 석유계나 석탄계 피치, 값이 저렴한 고분자(폴리 에틸렌 등) 등이 대상이 되고 있다.
국가별로 일본 도레이사 등에서 탄소섬유의 양산과 응용 산업화에 성공하여 세계에서 선두주자가 되었으며 최근에는 저가 탄소섬유의 제조와 지구 환경을 유지하기 위한 에너지 환경 탄소 재료가 집중적으로 연구 되고 있다. 한국에서는 탄소재료가 방위 산업기술이어서 수입이 자유롭지 못하기 때문에 탄소섬유의 자국 생산을 위한 기본기술개발에 박차를 가하고 있고, 깨끗하고 고효율 에너지 저장과 전환을 위한 나노 탄소재료들이 중점적으로 연구 되고 있다. 중국은 특별히 깨끗한 공기 질 확보를 위한 탄소재료의 연구에 국가연구비 투자가 이루어지고 있으며 단위과제 연구비 규모가 한국의 10배 수준이다. 연구 분야는 고열전도성 탄소섬유, 나노탄소 에너지 소재 등이 주를 이루고 있고 후발 주자로 그 추격의 속도가 상상을 초월하고 있다.
이번 ‘CSE 2017’에서는 탄소섬유 (CF), 에너지 (EN), 환경(EV) 등 3분야에 응용되는 탄소 재료 전문가들이 초청 강연을 진행했으며 그 분야별 발표자는 표와 같다. <표 참조: 제1171호 10면 PDF>