□ 탄소섬유는
- 탄소섬유는 원사(실) 안에 탄소가 92% 이상 함유된 섬유로, 철에 비해 무게는 1/4에 불과하지만 10배의 강도, 7배의 탄성을 갖고 있음. 내부식성, 전도성, 내열성이 높아 철이 사용되는 모든 제품과 산업에 적용이 가능해 ‘꿈의 신소재’라고 불림. 탄소섬유는 강한 소재는 무겁다는 상식을 깨며, 가벼우면서도 더 강한 탄소 소재로 산업 소재의 패러다임을 어디까지 바꿀 수 있을지 단언하기 어려울 정도로, 한국의 미래 경제를 이끌어갈 핵심 신성장동력 산업의 핵심소재로 꼽힘.
 - 탄소섬유는 △자동차, 건축 등 산업분야에서부터 우주항공 등 첨단 미래 산업, 스포츠ㆍ레저 등 소비재 분야에 이르기까지 철이 사용되는 모든 제품과 산업에 사용될 수 있을 정도로 활용도가 높고, △원료인 탄소는 석유에서 비교적 쉽게 구할 수 있는 소재이지만, 탄소섬유를 활용한 제품은 수백배의 부가가치 효과가 있으며, △탄소섬유로 인한 전후방 산업효과가 뛰어나, △이로 인한 경제활성화 및 일자리 창출 효과가 뛰어나다는 점에서 신소재로 주목 받고 있음.
 - 탄소섬유는 기존의 철을 대체하는 ‘차세대 산업의 쌀’로 불리며 핵심 소재로 성장할 것으로 기대됨.

 

□ 탄소섬유의 종류와 생산과정
- 탄소섬유는 △탄성률에 따라 표준탄성(SM), 중탄성(IM), 고탄성(HM), 초고탄성(UHM)으로 구분되며, △사용처에 따라 범용, 중성능, 고성능으로 구분되기도 함.
- 탄소섬유에는 크게 제조 방법에 따라 PAN(팬)계와 PITCH(피치)계로 나누어짐. PAN계는 아크릴나이트릴(Acrylonitrile)을 중합한 후 방사하여 얻은 PAN(Poly-Acrylonitrile) 섬유를 고온에서 탄화해 제조한 것임. PITCH계는 석유, 석탄 공정에서 증류하고 남은 잔류물(Pitch)을 방사한 후 고온에서 탄화해 제조한 것임.
- 2012년 기준 전 세계 탄소섬유 시장에서 PAN계 96.2%, Pitch계 3.8%의 시장점유율을 차지하고 있으며, 효성은 지난 2011년 국내 최초 개발에 성공한 이후 2013년부터 PAN계 탄소섬유를 생산하고 있음.
- 탄소섬유는 중합, 방사, 소성 과정을 거쳐 만들어짐. △ 중합: 아크릴로니트릴(AN: acrylonitrile)에 열과 압력을 가해 고분자 상태로 만드는 과정. △ 방사: 중합과정을 통해 만들어진 고분자 중합체(PAN : Poly-Acrylonitrile)는 방사 과정을 거쳐 아크릴 섬유로 재탄생하게 됨. △ 소성: 이렇게 만들어진 아크릴 섬유를 1200℃ 이상의 고온에서 산화 및 탄화시키는 과정이 소성과정임. 소성과정을 거친 아크릴섬유는 탄소(C) 성분만 남아 탄소섬유가 완성됨.

 

□ 탄소섬유는 철을 대체할 수 있나?
 - 탄소섬유는 100% 복합재료화되어 사용됨. 적용분야와 최종재의 특성에 따라 다양한 가공법이 적용됨. 탄소섬유강화복합재료는 탄소섬유를 강화 섬유로 사용한 복합재료임. 탄소섬유와의 복합적으로 사용되는 소재에 따라 탄소섬유강화 플라스틱, 탄소섬유강화금속, 탄소복합재료 등으로 표현함.
- 기타 용도: 이 외에도 인체 생체 적합성이 우수해 인공 뼈, 및 장기 등에 탄소섬유를 적용하는 연구 중임. 무게가 가볍고, 마모와 부식에 강하다는 장점이 있어 의족으로도 사용되고 있음.

 

□ 탄소섬유가 가져올 변화
① 수소경제시대의 핵심 소재
  탄소섬유는 정부가 추진하고 있는 수소경제 시대의 핵심소재가 될 것으로 전망됨. 정부는 지난 1월 수소경제 활성화 로드맵을 발표했음. 탄소섬유는 가벼우면서도 일반 공기보다 수백배의 고압에 견뎌야 하는 수소연료탱크 핵심소재로서 수소 에너지의 안전한 저장, 수송, 이용에 필수적임. 미래 친환경 에너지 자동차인 수소차는 지난 해 약 1,800대 수준에서 2022년까지 약 8만1천대, 2040년에 약 620만대로 확대될 것으로 예상됨. 
② 친환경 에너지 절감 산업 확대
지구온난화 등으로 환경 규제가 강화되면서 친환경적인 소재의 수요가 증가 추세에 있음. 이런 측면에서 가볍고 강도가 높은 탄소섬유는 항공기 동체, 자동차 차체 등에 적용돼 경량화에 따른 연비 개선 효과와 CO2 배출 감소 효과가 큰 친환경 소재임. 탄소섬유가 항공기 및 자동차 등에 적용되면, 기기 자체의 무게를 크게 줄일 수 있어 연비 향상 및 배기가스 감축 등으로 친환경적 효과를 얻을 수 있음.
③ 경제적 파급 효과 확대
탄소섬유는 쓰임새가 다양해지고 있으며, 기술 개발 여지도 많이 남아 있음. 탄소섬유와 이를 가공한 복합재료가 다양한 산업분야에서 활용되며, 가공한 제품들의 부가가치는 수십~수백배에 이르기 때문에 경제적 파급 효과가 큰 산업임. 현재 탄소섬유의 수요는 우주 항공 분야가 가장 많지만, 점차적으로 자동차 분야로 바뀌어가고 있음. 2021년에는 자동차 분야가 최대 수요처가 될 것으로 전망됨. 세계 자동차 생산국 6위인 한국으로서는 탄소섬유의 시너지 효과를 극대화할 수 있을 것으로 기대됨.
④ 건축자재로 활용될 경우 안전도 향상
콘크리트 건축물을 탄소섬유를 적용한 자재로 변경해 안전과 관련해 우려를 줄일 수 있음. 미국 및 중국은 낙후된 교량 수리나 자연재해로 파괴된 건축 구조물 관리강화, 보수가 필요한 분에 탄소섬유 활용을 확대하고 있음.
⑤ 일상 및 레저소재로 활용
일상 생활 곳곳에 우리가 사용하는 모든 것에 적용되어 삶의 질을 더 높일 수 있음. 가볍고 열에 강하다는 성질을 활용해 산소통에 적용함으로써 인명구조에 활용함. 소화기에 적용할 경우, 노약자도 가볍게 사용할 수도 있음. 그 외 서핑보드, 스노우보드, 골프 샤프트 등 스포츠 레저 용품으로 활용돼, 일상 생활에서 쉽게 접할 수 있는 소재로 주목 받고 있음.
⑥ 산업현장 및 일상의 안전성 확대
탄소섬유는 내열성, 내충격성, 내화학성을 갖추고 있어 산업분야의 안전성을 높일 수 있음. CNG 탱크, 소방관의 산소통, 건축 보강재 등에 쓰이며, 자동차용 소재로도 사용돼 강성과 내충격성을 높일 수 있음. 고강도 및 고탄성율 특성으로 엘리베이터 케이블 등 산업용 케이블 및 로프로도 활용됨.
⑦ 전후방 산업효과 기대
  탄소섬유의 고강도, 고탄성, 저중량 특성을 위해서는 복합재료로 가공하여 사용됨. 이 과정에서 대기업과 중소기업, 벤처기업, 관련 기관의 협력과 참여가 반드시 필요하며, 이들이 긴밀한 밸류 체인(Value Chain)을 형성해 상생할 경우, 국내 자체 공급망 구축은 물론 글로벌 강소기업 육성에도 기여할 것으로 기대함.

 

□ 탄소섬유 시장 현황 및 전망
  - 19년 국내 탄소섬유 시장은 글로벌 시장의 약 4% 규모에 불과하나, 수소경제 등에 힘입어 향후 5년간 17%에 달하는 높은 성장률을 기록할 것으로 예상됨.
- 세계 탄소섬유 시장은 일본기업이 전체 글로벌 시장의 60%를 차지하고 있으며, 우리나라는 미국, 중국, 일본 등에 이어 세계 7위 소비국임.

 

□ 탄소섬유 산업의 고용 효과
 - 효성은 탄소섬유 사업의 연구개발, 제품 생산, 인력양성 등을 포괄하는 인프라 형성으로 현재 약 400명을 고용 창출했으며, 2028년까지 약 2,300명의 고용효과를 기대하고 있음.

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