[효성적 일상] 탄탄한 수소경제, 감탄의 효성첨단소재㈜ 탄소섬유

2019.03.21 16:41




 수소로 준비하는 미래


올해 1월 16일, 정부는 ‘수소경제 활성화 로드맵’을 발표했습니다. 명칭 그대로 수소경제를 활성화시키는 단계별 전략을 수립·시행한다는 것인데요. 수소경제란, 친환경 수소 에너지를 통해 경제적 이익을 도모한다는 개념이죠. 기존 화석연료의 한계(자원 고갈, 환경 오염 등)를 극복하고 미래를 대비하는 방책이기도 합니다.


‘수소경제 활성화 로드맵’을 견인할 양대 축은 ‘수소차’와 ‘연료전지’입니다. 이 두 분야를 중심으로, 정부는 수소경제 선도를 위한 산업 생태계를 구축해 나가게 됩니다. 특히 이 로드맵에는 수소차 누적 생산량을 2018년 2천 대에서 2022년 8만 대까지 늘린다는 계획도 포함돼 있습니다.




 탄탄한 수소경제를 이끌 감탄의 기술, 탄소섬유


 

효성첨단소재 전주 탄소섬유 공장 전경



수소경제라는 비전을 향해, 국내 기업들은 R&D 및 사업화 등 다양한 분야에 투자하고 있는 가운데, 효성첨단소재㈜는 2020년까지 연간 탄소섬유 생산량을 4000톤 규모로 증설하는 목표를 세웠습니다. 현재 2000톤 규모를 2년 안에 두 배로 확대한다는 청사진이죠. 이 일환으로 지난 2월 11일, 전북 전주 탄소섬유 공장에 468억 원을 투자하기도 했습니다.


수소경제와 탄소섬유, 과연 무슨 관계일까요? 둘의 연결고리는 바로 수소차입니다. 수소차는 수소연료전지로 전기를 발생시켜 작동되는 차량을 뜻합니다. 그래서 ‘수소전기차’, ‘수소연료전지 자동차’라고도 불리죠. 이 수소차에 들어가는 핵심 소재가 탄소섬유입니다.


 

수소차는 명실상부 수소경제 시대의 핵심 산업이고,

수소차의 활성화와 함께 첨단 신소재 분야도 크게 발전하고 있습니다.

그 대표적인 것이 바로 ‘탄소섬유’입니다.

탄소섬유, 즉 카본파이버(carbon fiber)는 철보다 가볍고 강한 특성 덕에 ‘꿈의 소재’라 불립니다.



그렇다면 수소차에서 탄소섬유는 어떤 역할을 할까요? 답을 알아보기에 앞서, 우선은 수소차의 에너지 발생 원리를 간략히 짚어보도록 하죠.


일반 자동차의 경우, 구동을 위해서는 ‘엔진’이 필요하죠. 이 엔진은 4개 단계로 움직이는데요. ‘흡기-압축-폭발-배기’입니다. 이를 ‘4행정’이라 하죠. 연료(휘발유·경유·가스)와 공기가 엔진 내부로 흡기되고, 피스톤이 오르내리면서 압축 및 폭발을 일으키며, 이 과정에서 생긴 가스는 차체 밖으로 배기됩니다.


수소차에는 일반 자동차와 같은 ‘엔진’, 즉 ‘내연기관’이 없습니다. 대신 ‘수소연료전지’가 있죠. 수소탱크에 저장된 수소는 ‘연료전지 스택’으로 보내짐으로써 전기에너지로 바뀝니다. 이렇게 만들어진 전기에너지는 두 군데로 흐르는데요. ‘모터’와 ‘연료전지’입니다. 전자는 자동차를 움직이고, 후자는 전기에너지를 보관하는 장치입니다.


 

*H2 GAS 즉, 수소가스 충전기



*H2 GAS: 수소 충전소에 가보신 분들이라면 ‘H2 GAS’라는 용어에 익숙하실 텐데요. 수소차에 주입되는 수소 연료는 고압가스 형태입니다. ‘고압’과 ‘가스’이기 때문에 왠지 폭발 위험이 있을 것 같고, 공기 중에 축적되지 않을까 하는 우려가 생기기도 하는데요. 하지만, 수소 연료는 수소폭탄과는 전혀 다른 원자식 구조이므로 폭발 가능성은 극히 낮습니다. 수소 연료가 저장된 수소탱크 또한 특수 고압용기이므로 쉽게 파손되지 않죠. 또한 H2 GAS는 천연가스와는 달리 공기 중에 축적되지 않고 사라지므로, ‘친환경 연료’라 불리는 것입니다.


즉, 수소차의 구성 요소는 수소탱크, 연료전지 스택, 모터, 연료전지라 할 수 있습니다. 이 가운데 수소탱크의 소재가 바로 탄소섬유입니다.


수소차의 수소탱크에 주입되는 수소는 초고압으로 압축된 상태인데요. 주기율표의 첫 번째 화학 원소인 수소는 우주에서 가장 가벼운 원소지만, 부피가 큽니다. 따라서 수소를 에너지원으로 활용하는 관건은 ‘압축’이기에, 가볍고 큰 부피의 수소를 ‘잘 눌러 담는’ 공정이 중요합니다. 수소의 부피를 줄여 밀도를 높여야만, 전기에너지 발생량이 증가해 주행 거리가 늘어나기 때문이죠. 그래서 수소탱크의 소재는 초고압을 견딜 수 있어야만 합니다.


그래서 철보다 4배 더 가볍고 10배 더 강한 탄소섬유가 쓰이는 것이랍니다. 수소차 외에도 압축천연가스(CNG) 고압 용기, 풍력 및 우주항공 분야 등에서 탄소섬유는 널리 활용되고 있습니다.


효성은 2011년 고강도 중탄성 탄소섬유 자체 개발에 성공했습니다. 국내 최초였고, 2007년 탄소섬유 개발에 뛰어든 지 4년 만의 성과였죠. 이 같은 독보적 기술력을 바탕으로 ‘탄섬(TANSOME®)’이라는 고성능 탄소섬유 브랜드를 론칭했습니다.



효성첨단소재의 탄소섬유를 감아 만든 고압용기



2013년 5월, 전주 친환경복합산업단지에 탄소섬유 공장을 건립한 효성. 이로써 본격적인 탄소섬유 국내 생산을 시작했습니다. 수입에 의존하던 국내 탄소섬유 시장에 ‘국산화’라는 일대 혁신을 일으킨 쾌거였죠. 그리고 2019년 2월, 효성은 전주 공장에 468억 원을 투자하며 대대적인 증설을 추진하고 있습니다.




 당신의 효성적 일상이 늘 순탄하도록


오늘날 친환경 수소경제 시대로의 진입, 그에 따른 탄소섬유 등 첨단 신소재 수요 확대. 이미 효성은 수 년 전부터 미래를 예측하고 준비해왔습니다. 공해가 산업화로 인한 ‘어쩔 수 없는 악영향(collateral damage)’으로 변명되지 못하도록, 효성첨단소재는 지금도 깨끗하고 강력하며 편리한 기술 개발에 집중하고 있습니다. 일상 속에 스며든 효성의 기술로 삶이 늘 순탄하도록, 감탄의 기술을 만드는 우리는 이렇게 효성적 일상을 꿈꿉니다.





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