효성첨단소재, 우주·항공 소재 국산화 속도전

효성첨단소재 전주공장 전경과 탄소섬유(왼쪽 사진). 사진제공｜효성

일본·미국에서만 만들던 ‘초고강도 탄소섬유’ 개발

기술개발 시작 5년 만에 값진 결실
철보다 14배 강하고 훨씬 가벼워져
탄소섬유 분야 글로벌 톱3에 ‘성큼’
“과학기술 초강국 도약 발판 마련”

효성첨단소재가 초고강도 탄소섬유 개발로 우주·항공 소재 국산화에 나선다. 효성첨단소재는 인장강도 6.4GPa, 탄성율 295GPa 이상의 ‘H3065’(T-1000급) 초고강도 탄소섬유 개발에 성공했다고 밝혔다. 2017년 8월부터 산업통상자원부가 투자해 추진하는 국방과학연구소 민군협력진흥원 부처연계협력기술개발사업으로 시작해 5년 만에 거둔 성과다.


●우주 산업 분야 필수 소재

효성첨단소재가 그동안 주력 생산한 ‘H2550’(인장강도 5.5GPa, 탄성율 250GPa, T-700급) 탄소섬유는 강도가 철보다 10배 이상 높다. 주로 수소연료탱크나 전선심재, 태양광 단열재, 스포츠 등의 용도로 사용됐다. 이번에 개발한 H3065 탄소섬유는 강도가 철보다 14배 이상 높은 초고강도 특수 탄소섬유다. 동급의 T-1000 탄소섬유는 보잉 등 최신 항공기 동체 및 부품, 인공위성을 비롯한 우주발사체 등 우주항공 및 방위 산업에 활용되고 있다.

특히, 초고강도 탄소섬유는 우주발사체와 위성체 등의 개발에 필수 소재로 꼽힌다. 발사체의 알루미늄 등 기존 소재와 비교해 훨씬 가벼우면서도 높은 탄성과 강도를 지녀 발사체 무게를 최대한 덜면서 높은 하중을 견디고 추진력을 높일 수 있다. 탄소섬유를 적용한 발사체는 무게를 줄여 연료를 적게 탑재하는 만큼 탑재체의 무게를 늘릴 수 있는 장점도 있다. 최근 발사된 누리호에 탑재된 위성체를 보호하는 페이로드 페어링에 탄소복합재가 사용된 것이 대표적이다.

방산 분야에선 발사체에 탄소섬유 적용 시 경량화의 극대화가 가능해지며, 이를 통해 속도 및 사거리가 향상되는 효과를 얻을 수 있는 것으로 알려졌다.


●“국내 탄소섬유 산업 발전에 기여”

T-1000급 탄소섬유는 원료 중합과 방사, 소성 등 전체 공정 난도가 높고 차별화된 기술이 필요해 일본, 미국에서만 생산이 가능했다. 조현준 효성그룹 회장은 “우리나라도 탄소소재 선진국에 오를 수 있는 계기를 마련했다”며 “시장을 선도할 수 있는 초고성능 탄소섬유 소재 개발을 위해 지속적으로 노력하고, 국내 탄소섬유 산업 발전에 기여할 수 있도록 최선을 다하겠다”고 말했다. 방윤혁 한국탄소산업진흥원 원장은 “국내 우주산업 성장의 기초가 되는 재료 공급망을 확보함과 동시에 핵심기술 보유를 통해 과학기술 초강국으로 나아가는 발판을 마련한 것이다”고 말했다.

효성첨단소재가 목표로 세운 탄소섬유 분야 ‘글로벌 톱3’ 진입 계획에 한걸음 더 다가서고, 새 먹거리로 삼고 있는 탄소섬유 산업에서 경쟁력을 확보했다는 평가다.


●고부가가치 우주·항공 시장 진출

일본 시장조사 기업 후지경제에 따르면 글로벌 PAN계 탄소섬유 시장은 2021년 8만5790톤에서 연평균 10% 성장해 2035년에는 32만7430톤 규모에 달할 것으로 전망된다. 탄소섬유 글로벌 시장 규모는 2021년 기준 풍력발전 블레이드가 39%로 가장 높은 비율을 차지했으며, 우주·항공 15%, 스포츠·레저 12%, 자동차 7%를 차지했다. 효성첨단소재는 H3065 탄소섬유 개발을 통해 고부가가치 우주·항공 탄소섬유 시장에 진출할 수 있게 됐다. 우주·항공 탄소섬유는 세계 탄소섬유 시장에서 수량 기준 15%의 비율로 2위에 위치하고 있지만, 금액 기준으로는 약 30% 이상의 높은 점유율을 차지하는 고부가가치 시장이다. 효성첨단소재는 기관과의 협업을 통해 최대한 빠른 시일 내에 후속 적용 연구를 완료할 계획이다.

한편, 효성첨단소재는 2011년 독자기술 바탕의 국내 최초 ‘고성능 탄소섬유 탄섬’을 개발해 2013년부터 전주공장을 운영해오고 있다. 2028년까지 1조 원을 투자해 전주공장 탄소섬유 생산라인을 연산 2만4000톤까지 확대할 계획이다. 현재 생산능력을 연산 6500톤에서 9000톤으로 늘리기 위한 3차 증설을 진행 중이다.

김명근 기자 dionys@donga.com