화학저널 2022.05.02

아이카본, 상압 산알칼리법 활용 … 후지‧MCC, 협업‧인수로 사업 확대
탄소섬유는 글로벌 수요가 꾸준히 증가하는 가운데 리사이클 기술 개발이 활발해지고 있다.
아이카본(Ai-Carbon)은 독자 개발한 상압 산알칼리법을 활용해 신규 생산한 탄소섬유보다 압축강도나 인장강도가 높은 리사이클 탄소섬유 생산에 성공했다.
수지 찌꺼기가 없어 고도의 성능을 요구하는 용도에 적합할 것으로 판단하고 수년 안에 주쿄(Chukyo)나 간사이(Kansai)에 신규공장을 건설해 양산하는 것을 목표로 하고 있다.
후지디자인(Fuji Design)은 뛰어난 리사이클 기술을 갖추고 테이진(Teijin)과 협업해 다양한 분야에서 탄소섬유 리사이클에 나서고 있다.
미츠비시케미칼(MCC: Mitsubishi Chemical)은 독일에서 탄소섬유 리사이클 사업을 인수해 자체 기술과 조합하고 있으며 사출성형용 소재부터 부직포, SMC(시트 몰딩 컴파운드) 분야를 개척함으로써 순환형 사업 확립에 박차를 가하고 있다. 
탄소섬유는 모빌리티 경량화와 저연비‧저전비화에 필수적인 소재로 환경부하가 낮은 편이나 제조할 때 에너지 소비량이 많고 고가여서 리사이클 확대가 요구되고 있다.
일본에서는 탄소섬유 생산기업 3사가 각각 리사이클 기술 확립 및 보급에 도전하고 있으며 벤처기업들도 새로운 기술 개발을 본격화하고 있다.
아이카본은 초산과 수산화나트륨을 이용해 취급이 어려운 미경화 프리프레그를 상압 및 섭씨 80도에서 처리하는 산알칼리법을 활용하는 방식으로 탄소섬유를 리사이클하고 있다.
습동소재는 내마찰마모 부품으로 공급하고 있으며 3D 프린터용 미들 파이버나 습식 부직포용 슬러리, 사출성형용 펠릿으로도 제안하고 있다. 저온처리가 가능해 제조 시 에너지와 이산화탄소(CO2) 배출량이 적고 신규 생산한 섬유 이상의 강도를 실현할 수 있다는 점에서 주목되고 있다.
탄소섬유 표면 결정층을 흐트러뜨린 후 비결정화함으로써 압축강도와 인장강도를 높였으며 매트릭스 수지를 연소할 때 섬유가 줄어들어 강도가 약화되는 일반적인 열소성 기술의 단점 보완에 성공했다.
아이카본은 조만간 화학기업과 협업해 본격 사업화에 나설 예정이나 본사가 소재한 아오모리(Aomori)는 수요기업과의 거리가 멀어 폐자재 조달, 판매망 확충을 위해 주쿄나 간사이로 이전하는 방안을 검토하고 있다. 아오모리 공장은 탄소섬유 리사이클 능력이 50톤이나 신규공장은 1000톤 체제를 확립할 계획이다.
후지디자인은 CFRP(Carbon Fiber Reinforced Plastic) 단재, 포스트 소비재로부터 고순도 탄소섬유를 추출하는 공업 프로세스 기술을 갖추고 있다.
연속 섬유 상태로 회수가 가능하며 수평 리사이클을 위해 항공기 2차 구조재나 내장소재용으로 개발하고 있는 가운데 테이진과는 컴파운드, 부직포 분야에서 협업하고 있다.
후지디자인은 고베(Kobe) 제철소에서 CFRP를 장기간 취급해온 스기노 모리히코 사장이 설립한 스타트업으로 리사이클 능력 월 30톤의 건류장치와 100톤의 압출기를 보유하고 있다.
리사이클 탄소섬유를 배합한 컴파운드 소재를 자동차용으로 제안하고 있으며 100% 리사이클 탄소섬유로 제조한 장섬유 부직포도 시험 제작한 것으로 알려졌다.
미츠비시케미칼은 2020년 유럽에서 탄소섬유 리사이클 사업을 추진하고 있는 CFK Valley Stade Recycling과 carboNXT 설비 및 특허, 영업권 등의 자산을 인수했다. carboNXT 설비는 폐기물 관련 규제를 충족시킬 수 있는 허가를 받았으며 최고 수준의 환경기준과 사업 지속가능성을 유지하고 있다.
CFK Valley Stade Recycling은 해외 조달망을 탄탄히 갖추고 있으며 풍력발전 블레이드 등 폐기물로 배출될 수 있는 소재에 직접 접근할 수 있는 사업구조를 확보한 것으로 평가되고 있다.
미츠비시케미칼 편입 이후 다양한 중간제품에 carbonNXT를 적용하고 있으며 단위당 지구온난화계수가 신규 탄소섬유의 20-25%에 불과한 리사이클 탄소섬유 시장을 확대하기 위한 체제 확립에 속도를 내고 있다.
유리섬유가 함유된 펠릿으로 제조한 자동차 부재는 리사이클 밀드 탄소섬유 배합제품으로 대체하고 방열성을 높임으로써 사이클 타임 단축에 성공했다.
도레이(Toray)는 도요타통상(Toyota Tsusho)과 탄소섬유 리사이클 사업을 추진하고 있다.
도요타통상 계열사에 도입한 설비를 사용해 재생한 탄소섬유로 친환경 소재에 관심을 나타내고 있는 수요기업들의 니즈를 충족시키고 있으며, 사이징제를 추가하는 리사이클 기술을 확립해 신규 생산 소재와 동등한 사용감을 실현하는 성과를 거둔 것으로 파악되고 있다.
탄소섬유 리사이클은 CFRP 폐기물 입수가 경쟁력을 좌우할 것으로 예상된다.
자동차 등 전방산업은 리사이클 기술이 확립된 상태가 아니면 채용하지 않기 때문에 다양한 기술을 확립함으로써 탄소섬유 시장 자체를 확장하고 미래 리사이클 확대에 대비하는 전략이 요구되고 있다. (강윤화 선임기자)
<화학저널 2022년 5월 2일>
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