저등급 석탄 부산물로 탄소섬유 제조… 세계에서 두번째 성공

에너지연 국내 최초 개발… 머리카락 10분의 1크기 섬유형태 갖춰

저등급 석탄 열분해 잔사를 이용한 섬유상 탄소 제조 성공

한국에너지기술연구원은 저등급 석탄의 부산물(잔사)을 이용해 탄소섬유를 제조하는 기술을 국내 최초로 개발했다.

탄소섬유는 철보다 4배 가볍고, 강도는 10배 뛰어나고, 7배 강한 탄성률을 지니고 있다. 항공우주산업과 교량 등의 토목건축, 자동차 강판 대체, 에너지 환경 소재 등 다양하게 이용됨에 따라 미래형 신소재로 주목받고 있다.

그러나 탄소섬유는 주로 폴리아크릴로니트릴과 같은 합성섬유를 탄화해 생산하고 있으나 높은 원료 가격으로 낮은 경제성이 문제로 지적받고 있다.

에너지연은 국내 최초로 저등급 석탄의 고품위화 과정에서 나오는 부산물을 이용해 완전한 섬유 형태를 지닌 피치계 탄소섬유 제조에 성공했다. 이 기술을 이용하면 일반 피치계 탄소섬유에 비해 생산단가를 20%가량 줄일 수 있다.

저등급 석탄은 원료가 저렴한 대신 석탄 내 수분 및 불순물이 다량 존재하기 때문에 열분해를 통한 고품위화 공정을 거쳐야 한다. 이때 부산물이 발생하면 이를 타르로 변화하면 탄소섬유 제조에 이용이 가능하다. 그러나 저등급 석탄의 부산물로 만들어진 탄소섬유 원료는 산소 함량과 분자량이 크기 때문에 방사성이 낮아져 섬유 형태로 제작되기가 극히 어렵다는 단점이 존재했다.

이에 에너지연은 2단 열처리와 공탄화법을 적용해 분자량을 안정적으로 조절하고 방사성을 증대시켜 머리카락 10분의 1크기의 완전한 섬유 형태를 갖춘 탄소섬유를 제조해냈다. 이 탄소섬유는 일반 피치계 탄소섬유와 같은 강도를 가지면서도 생산단가는 20% 절감된다.

이번 연구 성과는 일본에 이어 세계에서 두 번째로 성공한 사례다. 선진 기술을 추격하는 연구가 주류를 이루던 탄소 소재 기술 분야에서 선도국과 대등한 기초 기술력을 확보했다는데 의의가 크다.

연구책임자 정두환 박사는 “저등급 석탄 열분해 부산물의 탄소섬유 제조 기술은 글로벌 에너지 이슈 대응은 물론 신산업 창출의 견인차 역할을 할 미래 에너지 핵심기술”이라며 “이번 기술 개발을 계기로 저등급 석탄의 고부가가치화 활용기술에서 향후 우리나라가 선도적 역할을 할 수 있도록 노력하겠다”고 밝혔다.
이해미 기자 ham7239@