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아이언맨 강철 슈트의 비밀 '탄소나노튜브'

기사등록 :2017-03-31 13:09

[꿈의 신소재 탄소나노튜브] <1> 철강보다 100배 강하고 열전도율
다이아드보다 2배 높아
LG화학·금호석화, 2차전지 시장 겨냥 CNT 공장 풀가동 '속도'

[뉴스핌=조인영 기자] 지난해 8월 8일 리우올림픽 여자 양궁 결승전 3세트. 마지막 화살만 남겨둔 여자 양궁팀엔 차분한 긴장감이 흘렀다. 몇 초간의 정적 속 시위를 떠난 화살은 정확히 과녁을 꿰뚫었다. 최종 결과는 165-151. 관중들의 환호 속에 여자 양궁은 단체전 금메달을 거머쥐며 유일무이한 8연패 역사를 새로 썼다.

2016년 8월 리우올림픽 여자 양궁 개인전에서 활을 쏘고 있는 장혜진 선수. <사진=뉴시스>

여자 양궁 대표팀의 8연패 비결엔 첨단 화학기술이 녹아 있다. 일반인들에게는 생경한 탄소나노튜브(CNT, Carbon Nano Tube). 활의 날개가 구부러졌다 펴지면서 화살을 날릴 때 빨리 날아갈 수 있도록 탄성과 강도를 갖춘 소재가 바로 탄소나노튜브다.

무수히 쏟아지는 총알을 튕겨내고 폭탄에도 끄떡없던 '아이언맨' 슈트의 비밀도 탄소나노튜브에 있다.

강철보다 단단하면서 몸에 딱 맞는 아이언맨 슈트를 만들기 위해선 자유롭게 변경되지만 절대 망가지지 않는 강도와 유연함이 필요하다. 이를 모두 충족시키는 꿈의 신소재가 탄소나노튜브다. 호주 시드니대학 연구진은 2007년 11월 학술지 '나노테크놀로지'에 "탄소나노튜브로 방탄복을 만들면 초속 2000m로 날아오는 총알에도 끄떡없다"고 발표한 바 있다.

탄소나노튜브는 연필심에 사용되는 흑연(Graphite)이 나노 크기의 직경으로 둥글게 말린 모양을 하고 있다. 평평한 종이 위에 벌집 무늬를 그린 후 둥글게 말면 나노튜브 구조가 되는데, 튜브 직경이 1나노미터(Nano, 10억분의 1m)라고 해서 나노튜브로 불린다.

작지만 탄소 결정이기 때문에 강도가 철강보다 100배 뛰어나다. 유연성도 좋아 90도까지 손상 없이 휠 수 있다. 열전도율은 가장 우수하다고 알려진 다이아몬드의 2배이며 전기전도율도 구리보다 1000배 높아 항공우주, 생명공학, 환경에너지, 의약·의료, 전자·컴퓨터, 과학교육 등 거의 모든 분야에서 러브콜을 받고 있다.

일상생활에선 자전거, 스키, 테니스라켓 같은 운동장비 제작에 유용하게 사용된다. 가볍고 부식에 강하며 강도에 높다 보니 자전거처럼 무게를 줄여야 하는 고급 스포츠용품에 쓰인다. 지난 2006년 프랑스 도로일주 사이클 대회에서 우승한 자전거는 탄소나노튜브가 적용돼 무게가 20% 가벼워졌다. 또 플라스틱에 탄소나노튜브를 섞으면 전기가 통하기 때문에 아주 얇고 전력 소모가 적은 평면모니터 생산도 가능하다.

탄소나노튜브 활용 분야. <사진=LG화학>

전기차 성장으로 2차전지 분야서 관심

시장에서 가장 많은 관심을 보이는 분야는 2차전지로, 글로벌 전기차 성장과 함께 탄소나노튜브의 수요가 빠르게 늘고 있다. 일본 야노경제연구소는 전 세계 탄소나노튜브 시장이 2016년 824t에서 2020년 1335t으로 연평균 10% 이상씩 성장할 것으로 보고 있다.

리튬이온전지의 양극재에 흑연 대신 탄소나노튜브를 넣으면 전지의 성능이 대폭 개선된다. 충·방전을 반복해도 특성에 변화가 없기 때문에 전지 수명도 향상된다. 이를 활용하는 자동차부품, 방열기 제조업체 등에서 높은 관심을 나타내는 이유다.

이처럼 장점이 많은 탄소나노튜브지만 그동안 기술 부족과 비용 문제로 대량생산에 어려움을 겪어 왔다. 지금까지도 탄소나노튜브를 양산하는 국가는 많지 않다. 중국의 에스유에스엔 씨노텍(SUSN Sinotech)이 연산 600t으로 가장 많다. 미국 씨-나노(C-Nano)와 일본 쇼와덴코(Showa Denko)가 500t 규모다. 우리나라는 LG화학과 금호석유화학이 자체 기술력을 바탕으로 생산에 성공하면서 탄소나노튜브 응용소재 개발에 가속도가 붙고 있다.

LG화학은 약 250억원을 투자해 최근 여수공장에 연산 400t 규모 탄소나노튜브 전용 공장을 구축하고 양산에 돌입했다. 중국, 미국, 일본에 이어 4번째로 큰 규모로, 선도업체인 벨기에 나노씰과 프랑스 아르케마의 생산량(400t)과 같다.

독자 개발한 유동층 반응기 기술이 핵심으로, 단일 라인으로 안정적인 대규모 생산이 가능하다고 설명한다. 이곳에선 분말 형태뿐 아니라 고객이 사용하기 편한 압축 형태, 액체 상태의 분산액 형태 등 다양한 제품을 만들고 있다. LG화학은 올해 전지용 소재 등을 시작으로 100억원의 매출을 예상하고 있다. 내년 말까지 가동률을 100%로 끌어올릴 계획이다. 풀가동 시 매출은 400억원으로 늘어난다. 수요에 따라 2019년 추가 증설도 검토하고 있다.

2008년부터 연구를 시작한 금호석화는 LG화학보다 4년 먼저 양산에 성공했다. 2013년 12월 충남 아산 전자소재공장 내 연산 50t 규모의 탄소나노튜브 생산공장을 준공한 금호석화는 현재 'K-Nanos'라는 브랜드로 전자제품, 반도체 분야에 탄소나노튜브를 납품하고 있다. LG화학과 같이 금호석화도 최대 수요처인 2차전지를 겨냥해 증설을 검토 중이다.

 

[뉴스핌 Newspim] 조인영 기자 (ciy810@newspim.com)

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