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석탄 부산물로 첨단 원료 ‘탄소섬유’ 만든다

2018년 07월 11일 14:03
이미지 확대하기에너지연 연구진이 석탄 처리 과정에서 탄소섬유를 뽑아내고 있다(왼쪽), 뽑아낸 섬유를 원통형 구조물로 둥글게 감아내고 있는 모습(오른쪽).
에너지연 연구진이 석탄 처리 과정에서 탄소섬유를 뽑아내고 있다(왼쪽), 뽑아낸 섬유를 원통형 구조물로 둥글게 감아내고 있는 모습(오른쪽).

석탄의 품질을 높여 열효율을 높이고 미세먼지 발생은 줄이는 기술이 있다. 일명 ‘석탄 고품위 기술’로 불린다. 화력발전 효율을 개선하고, 환경문제도 해결할 수 있어 주목받는다.

 

한국에너지기술연구원(에너지연) 정두환 책임연구원팀은 저등급 석탄을 고품질 석탄으로 바꾸는 과정에서 발생하는 찌꺼기를 이용해 ‘탄소섬유’를 제조하는 기술을 국내 최초, 일본에 이어 세계 두 번째로 개발했다고 11일 밝혔다.

 

탄소섬유는 고급 스포츠 용품 제작 등에 주로 쓰인다. 철보다 4배 가볍고, 강도는 10배 뛰어나며, 탄성은 7배 더 강하다. 앞으로 항공우주산업, 교량 등의 토목건축, 자동차 강판 대체, 에너지 환경 소재 등 다양하게 쓰이리라 기대되는 미래형 재료다. 저급 석탄의 품질을 끌어 올리면서, 이 과정에서 값진 미래 자원까지 얻어내는 기술을 개발한 셈이다.

 

현재 탄소섬유는 주로 폴리아크릴로니트릴(PAN)라는 이름의 합성섬유를 탄화해 생산하고 있다. 그러나 원료 가격이 높아 경제성이 낮은 문제가 있어 주로 고가 제품에만 쓰였다. 국내에서는 탄소섬유 대부분을 수입하고 있다. 이번 기술을 상용화 할 경우 2020년까지 내수 3조 원, 수출 40조 규모의 시장이 기대된다.

 

이 기술은 일본, 미국 등 기술 선진국에서도 개발을 시도하고 있으나 산업화가 쉽지 않은 상황이다. 현재 제조에 성공한 나라는 일본이 유일하고 그마저도 대형화까지는 진행되지 않았다.

 

에너지연 연구진은 저등급 석탄의 고품위화 과정에서 나오는 부산물을 이용해 완전한 섬유 형태를 지닌 탄소섬유를 제조했다. 탄소섬유 제조와 저등급 석탄 고품질화를 동시에 추진할 수 있어 산업적 가치가 클 것으로 기대된다.

 

저등급 석탄의 부산물로 만들어진 탄소섬유 원료는 산소 함량과 분자량이 크기 때문에 방사성이 낮아져 섬유 형태로 만들기기 극히 어렵다, 에너지연 연구진은 2단 열처리 기법을 적용해 분자량을 안정적으로 조절, 머리카락 10분의 1 굵기(10μm)의 완전한 탄소섬유를 제조하는 기술을 독자 개발했다.

 

정두환 연구원은 “이 기술은 글로벌 에너지 이슈 대응은 물론, 신산업 창출의 견인차 역할을 할 수 있다”며 “앞으로 저등급 석탄의 고부가가치화 활용 기술에서 우리나라가 선도적 역할을 할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.

 

 

 
 

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