화학저널 2020.02.24

단일벽 시장 본격적 성장기 도래 … 옥시알‧제온 공세 강화
단일벽(SW: Single Walled) CNT(Carbon Nano Tube) 시장이 본격적인 성장기를 맞이하고 있다.
CNT는 가볍고 강할 뿐만 아니라 높은 전기‧열 전도성을 보유하고 있어 다양한 분야에서 용도 개척이 진전되고 있다.
특히, 단일벽 CNT는 소량만 첨가해도 소재나 기기의 고기능화를 도모할 수 있다는 점에서 주목받고 있으며 보급을 저해하는 장벽으로 지적됐던 코스트가 낮아지면서 폭발적으로 성장할 수 있는 시기를 맞이한 것으로 평가되고 있다.
최대 생산기업은 룩셈부르크의 옥시알(OCSiAl)이며, 2030년까지 생산능력을 3000톤 확대하겠다고 발표하는 등 공세를 강화하고 있다.
일본 제온(Zeon)도 단일벽 CNT를 생산하고 있으며 제조공법에 따라 물성이 달라지면 용도 또한 크게 변화할 수 있다는 판단 아래 다양한 전략을 준비하고 있다.
그러나 국내에서는 LG화학과 금호석유화학이 다중벽(MW: Multi Walled) CNT를, 제이오가 삼중벽(TW: Triple Walled) CNT를 생산하고 있고 단일벽 CNT를 생산하는 곳은 없어 시장의 흐름에 크게 뒤처졌다는 평가를 받고 있다.
글로벌 단일벽 CNT 시장은 2018년 12.2톤에서 2023년에는 50톤대로 급성장할 것으로 기대되고 있다.
채용 가능한 용도가 매우 다양해지고 있기 때문이다.
소량만 첨가해도 적용 소재가 보유한 본래의 기능을 저해하지 않고 특징을 살릴 수 있다는 점에서 주로 도전성 페인트 등에 투입되고 있는 가운데 최근에는 카본블랙(Carbon Black)을 대체해 검은색 이외의 타이어 생산에도 활용되고 있다.
복합소재 분야에서는 일본 유피카(U-pica)가 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic)에 단일벽 CNT를 첨가해 상관전단 강도를 향상시키는데 성공했다.
에너지 분야에서도 단일벽 CNT 사용에 많은 관심을 나타내고 있다.
캐퍼시터 벤처인 Space Link는 캐퍼시터 활물질로 단일벽 CNT를 이용해 높은 축전능력과 장수명화를 모두 확보한 것으로 알려졌다.
도전성 네트워크를 만드는 특성을 사용해 LiB(리튬이온전지) 양극재와 실리콘(Silicone) 음극 첨가제로도 연구되고 있으며, Space Link가 캐퍼시터 양산 계획을 세우고 있어 실현된다면 수요가 현재 전망보다도 더 빠르게 급증할 것으로 기대되고 있다.
제온은 SG(Super Growth) 공법을 활용한 단일벽 CNT를 세계 최초로 양산하는데 성공했고 현재 도쿠야마(Tokuyama) 공장에서 수톤 수준을 생산하고 있다.
SG 공법으로 생산한 단일벽 CNT는 길이, 순도, 비표면적에 특징이 있어 엘라스토머(Elastomer) 첨가제나 캐퍼시터로 이용이 가능할 것으로 예상하고 있다.
옥시알은 부유촉매공법으로 단일벽 CNT를 합성하고 있다.
순도, 길이는 SG 공법에 비해 뒤처져 있으나 대량 합성이 용이하고 결정성이 높아 전자기기 적용에 적합하다는 평을 받고 있다.
이밖에 메이조(Meijo)대학의 벤처인 Meijo Nano Carbon이 직분열 분해 합성공법과 아크방전을 활용한 합성으로 단일벽 CNT를 생산하고 있다.
합성공법으로 생산한 CNT는 SG 공법 생산제품과 상호보완적 물성을 갖추고 있는 것으로 알려졌다.
제온은 SG 공법의 특징을 살려 용도 개척에 주력하고 있다.
최근에는 방열부재에 열을 효율적으로 전달하는 열계면 소재, 높은 내구성을 갖춘 수소 스테이션용 O링, 5G통신용 노이즈 억제 시트 등을 개발하고 있다.
옥시알 역시 용도에 따라 달라지는 수요에 대응하기 위해 순도 등에 변화를 주면서 생산제품을 다양화하고 있다.
길이 등 제조공법에 따른 물성 자체는 변경할 수 없지만 대량 생산으로 코스트를 낮출 수 있다는 장점을 활용해 적극적으로 공급할 예정이다.
옥시알은 CNT 생산능력이 50톤이며 2020년 신규공장 가동을 통해 300톤 생산체제로 확대할 방침이다.
2019년 11월 일본 교토(Kyoto)에서 개최된 단일벽 CNT 국제 서밋에서는 3000톤 체제 확립 구상안을 공개했으며 앞으로도 시장에서 강력한 영향력을 미칠 것으로 예상되고 있다.
제온도 시장 흐름에 맞추어 증설을 검토하고 있다.
현재는 증설을 계획하고 있지 않으나 단일벽 CNT가 차세대 소재로 많은 주목을 받고 있어 언젠가 수백톤 체제를 갖추는 것을 목표로 하고 있다.
제온은 일본 공급을 우선시하면서 해외시장에 대한 공세도 적극화할 예정이다.
<화학저널 2020년 2월 24일>
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