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첨단 신소재가 건설 분야를 만났을 때

 

세계에서 대한민국은 '정보기술(IT) 강국'으로 알려져 있다. 세계 온라인 게임대회에서 연거푸 우승하고, 유수 대기업을 중심으로 반도체와 휴대폰 산업에서 세계를 선도한다. 사람들이 잘 모르는 의외의 분야에서 1, 2등을 다투는 분야도 있다. 건설과 소재 분야다. 우리나라는 '건설 강국'이다. 한때 세계 최고층 빌딩이던 두바이의 '부르즈 할리파(옛 부르즈 두바이)', 세계 최초의 사장-현수교 복합 방식인 터키의 '보스포루스 대교' 등 세계 최고와 최초 공사가 우리 손으로 시공됐다. 소재 분야에서도 미국, 중국과 더불어 가장 활발한 연구가 이뤄지는 나라다. 세계적으로 굵직한 연구를 다수 발표했다.

 

건설과 소재 분야를 융합해 새로운 가치 창출을 이루는 연구가 최근 주목을 받고 있다. 소재는 산업을 이루는 기본 요소로, 여러 분야와 융합 연구를 할 수 있다. 그런데 하필이면 왜 건설 분야일까. 우리가 평소에 간과해 온 건설 영역의 잠재적 영향과 무관치 않다. 오늘날 대부분 사람은 일과를 마치고 숙소에서 휴식을 취한다. 업무를 주로 실내에서 수행한다면 하루에 15시간 이상을 '건물 내'에서 지낸다. '건물 외'에서 일과를 보낸다고 해도 대도심 안에 거주한다면 그 사람 또한 건설 시스템 영향 안에 있다. 대도심 정의를 광역시로 가정한다면 2200만명 이상, 총 대한민국 인구의 약 44%가 '건축물의 숲' 안에서 살아간다고 말할 수 있다. 우리는 무심히 지나쳤지만 일반 건물, 도로, 교량에 내포된 건축 소재와 함께 스마트폰 사용 시간의 약 3~7배 이상을 보낸다.

 

건설 소재에 미약하나마 '기능성'을 부여할 수 있다면 영향과 응용처는 무궁무진할 것이다. 첨단 소재와 건설 분야의 만남을 주선하는 이유가 여기에 있다. 오늘날 나날이 심각해져 가고 있는 미세먼지를 해결하는 방법으로 태양빛을 통해 공기 중 유해물질을 제거하는 콘크리트가 개발된다고 상상해 보자. 실내외 온도차를 이용해 전기를 생산하는 옥상, 자동차가 지나가며 생기는 압력을 에너지로 저장하는 도로가 있다면 어떨까. 이런 기술은 오늘날 가격 대비 효율 문제 때문에 아직까지 상용화로 이어지지 않았다. 이를 가로막는 문제가 해결된다면 특별한 동력원 없이 능동, 지속적으로 대중의 삶의 질 증진에 폭넓게 기여할 수 있다. 건설 분야의 매력은 이렇듯 특정 사람을 가리지 않고 누구에게나 혜택을 주는 '공익성'에 있다.

 

소재와 건설의 만남으로 파생되는 영향은 비단 공익성에만 있지 않다. 새로운 가치를 창출하고 이윤으로 연결될 수 있다. 지난해 10월 테슬라 최고경영자(CEO) 엘론 머스크의 발표에서 힌트를 찾을 수 있다. 이 젊은 사업가는 이날 지붕에 쓰이는 기와 모양과 똑 닮은 태양광 패널을 소개했다. 사람들이 비싼 가격과 건물의 디자인을 해친다는 이유로 사용을 꺼린다는 것에 주목했다. 일반 기와보다 더 싸고 튼튼하며 에너지 생산까지 가능한 태양광 지붕 패널을 개발했다. 이 제품은 우리나라와 달리 주택 문화가 발달한 미국이나 유럽에서 선풍적 판매가 예상된다. 여기서 주목할 것은 태양광 패널이 그리 새로운 기술은 아니라는 점이다. 기존에 소재 차원에서 개발된 기술을 소비자 요구를 찾아 건설 분야에 적용하는 것만으로도 소비자는 기꺼이 지갑을 열 것이다.

 

일본의 유명 애니메이션 '에반게리온'에는 우주에서 온 괴물과 주인공이 도심에서 전투를 벌이는 장면이 종종 나온다. 괴물이 등장하면 도시의 건물과 도로는 주인공에게 무기를 전달하거나 적에게 미사일을 발사하는 등 주인공을 돕기 위해 적극적으로 전투에 개입한다. 종종 전문가들은 건설 분야에 기능성을 부여하는 연구를 이러한 전투 신에 비유하곤 한다. 오늘날 건설 분야의 인프라 시스템은 외부 공기에 가장 많이 노출된다. 여기에 기능성을 부여한다면 이를 기반으로 대규모 외부 환경을 적극적으로 변화시킬 수 있다. 우리가 원치 않는 재해와 기후 변화로 인한 피해를 최소화하고 미래 4차 산업혁명과 연계된 스마트 도시의 가속화를 이루는 조력자 역할을 할 수 있다. 소재와 건설 분야의 융합 연구 및 관련 상용화를 적극 검토해야 할 이유다. 이로 인한 결과는 미래 세대 주역에게 줄 수 있는 값진 선물이 될 것이다.

[전자신문 바로가기]

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탄소밸리 구축사업 성과 한눈에

 

KIST 전북분원 복합소재기술연구소는 복합소재분야의 원천소재개발과 기업지원, 인력 육성의 기능을 수행하고 있습니다. 특히 탄소관련 소재에 대한 연구가 많이 이루어지고 있습니다. 얼마전 탄소복합체 미래기술 발전 방향 모색을 위한 국제 콘퍼런스가 개최되어 소식 알려드립니다.

 

[브레이크뉴스 기사보기]

 

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[Science&Market] 3D 프린팅 산업은 소재가 주도

 

문명운 KIST 계산과학연구센터장님의 5월 기고문입니다. 요새 핫한 이슈가 되는 3D프린팅관련하여 프린팅기술 뿐만 아니라 소재에도 관심을 가져야 한다고 하시는데

자세한 내용은 링크의 기사를 참고해주세요

 

[서울경제 기사보기]

 

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- 기존 매립, 고온 소각법과 달리 물을 이용한 친환경・경제적 화학적 방식 적용
- 상용화 파일롯플랜트 시연 및 기술이전 설명회 개최

 

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 전북분원(분원장 김준경) 복합소재기술연구소 탄소융합소재연구센터 고문주 박사팀은 탄소섬유복합소재*(CFRP)에서 물을 이용하여 고가의 탄소섬유를 회수하는 기술 개발에 성공했다. 이에 KIST 전북분원에서는 8월 25일(목) 14:00에 탄소섬유 관련기업들을 대상으로 기술이전 설명회를 개최한다. 


  * 탄소섬유강화플라스틱(Carbon Fiber Reinforced Plastics)

    흑연 섬유로 만든 기재(基材)에 에폭시 수지나 불소 수지 등을 함침한 것을 적층하고, 약간 가압한 것을 가열 고화

    하여 만든다. 알루미늄보다 가볍고, 쇠보다 강한 것이 얻어진다. 우주 개발(특히 인공 위성)을 비롯하여 넓은 용도에

    사용되고 있다.

   CFRP는 강철보다 1/4가볍고 10배나 강한 탄소섬유를 이용한 복합재료로 항공・우주, 자동차, 선박, 스포츠 용품 등 산업 전반에 걸쳐 다양하게 활용되고 있으며, 2015년 세계 시장은 21조, 2020년 42조로 급성장이 예상되는 첨단 소재로서 국가과학기술전략회의가 10일 발표한 9대 국가전략 프로젝트  경량소재 분야에 포함된 미래 유망사업이다.

   이러한 CFRP는 고가의 소재이나 사용 후 폐기 및 재활용 기술은 현재까지 미비했다. 기존에는 매립이나 고온소각방식을 많이 사용하고 있으나  썩지 않는 환경적 문제로 유럽에서 매립방식은 법으로 금지되어 있으며, 고온소각방식 역시 회수되는 물질의 물성 저하 및 열처리로 인한 독성물질 배출로 환경오염의 문제점을 지니고있다.

 

   이번에 KIST가 개발한 재활용 기술은 물을 반응 용매로 하여 저렴한 첨가제를 사용한 화학적 방법으로 100℃, 10기압의 저에너지가 소요되는 혁신적 기술이다. 이 기술로 재활용할 경우 95% 이상의 탄소섬유 회수율을 보이며 회수된 탄소섬유의 물성도 우수한 강점을 가진 친환경적・경제적 기술이다. KIST는 관련 기술의 국내 탄소섬유 산업현장에서의 빠른 적용을 위하여  연간 1톤을 처리할 수 있는 규모의 파일롯 플랜트를 제작·운영하여 뛰어난 양산성 및 경제성을 보이는 것을 확인했다. 기존 고온소각법 대비 초기투자비가 1/10 수준이며, 20년간 장비의 유지보수비가 1/40 수준으로 경제성이 아주 뛰어나다. 또한 5톤 반응기 기준 연간 250톤의 CFRP를 재활용 할 수 있어 뛰어난 양산성을 확보하고 있다. 또한, 물과 저렴한 첨가제만을 사용하며, 적은 에너지를 사용하기 때문에 1,500원 내외의 비용으로 CFRP 1kg을 재활용 할 수 있는, 세계에서 가장 저렴한 재활용 방법을 실현하고 있다. 기존의 고온소각법이 CFRP를 구성하는 에폭시 수지를 태워 탄소섬유만을 재활용 하는 반쪽짜리 방법인데 반해, 고문주 박사팀이 개발한 기술은  CFRP를 구성하고 있는 탄소섬유 뿐 아니라, 분해시킨 에폭시 수지까지도 재활용 할 수 있는 완성된 재활용 방법을 구현한다는 데 의미가 있다. 이 기술은 기본적으로 에폭시 수지를 분해 할 수 있는 기술로 향후 CFRP의 재활용 뿐 아니라 에폭시 수지를 사용하는 도료, 전자부품의 기판 등 다양한 산업분야에 응용이 가능할 것으로 전망된다.

 고문주 박사는 “고가의 탄소섬유가 잘 활용되지 않고 버려지고 있는데 문제의식을 느껴 연구를 시작하였으며, 뛰어난 경제성 및 친환경성을 가진 재활용 방법으로, 즉시 산업화가 가능하므로 국내 탄소 산업계에 이전되어 활용되기를 바란다. 향후 이를 바탕으로 중국, 미국, 유럽 등 복합소재시장이 규모가 큰 해외시장에도 진출할 계획이라고” 밝혔다.

이번 기술설명회에서는 1톤 규모의 파일롯 플랜트 처리공정 시연 및 기술 설명, 기술이전 계약 절차 등을 소개할 예정이며, 동 기술의 사업화를 원하는 기업들에게 기술을 이전할 계획이다.

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