파인세라믹은 새로운 성장동력 모색이 요구되고 있다.
글로벌 파인세라믹 시장은 2025년 약 123조원에 달할 것으로 예상되며 최근 글로벌 트렌드인 탄소중립과 지속가능한 사회, 세계적인 환경문제 대응 등 모든 영역에서 새로운 성장기를 맞이한 것으로 평가된다.
특히, 세계 최상위의 기술력과 신제품 개발력을 보유한 일본 시장은 2018년 3조엔(약 26조원)을 돌파했고 2023년에도 4조엔(약 35조원)으로 성장한 것으로 추정된다.
배터리·환경·의료 중심 신규 용도 확대
파인세라믹을 둘러싼 기대는 다양한 산업에서 꾸준히 확대되고 있다.
세라믹은 플래스틱 등 유기계 소재, 강재·특수강 등 금속계 소재와 함께 글로벌 제조업을 지탱하는 3대 소재이며 파인세라믹은 넓게는 유리, 시멘트, 도자기 등 기존 세라믹 분야를 비롯해 전자부품용 등 기능 소재, 구조 소재, 세라믹 복합 소재를 포함하고 있다.
파인세라믹은 용도와 시장이 광범위한 편이며 광학부품, 도전성 부품, 전자기판, 전자부품용 컨덴서와 전압 세라믹, 구조용 내마모용 부품 및 비즈 등에 투입되고 있다.
자동차는 1대당 약 3000개의 세라믹을 사용하며 스마트폰은 세라믹 컨덴서를 시작으로 탄성표면파(SAW) 필터 등 약 800개를 사용하는 것으로 알려졌다.
아울러 공장이나 열원 등을 사용하는 생산설비에 필수적인 배기가스 정화용 세라믹, 파워플랜트용 세라믹 부품 등 파인세라믹은 사회에 필수불가결한 소재로 평가되고 있다.
특히, 최근에는 배터리산업에서도 중요성이 확대되고 있다.
차세대 배터리로 주목받고 있는 전고체전지는 부피당 에너지밀도가 낮기 때문에 파인세라믹이 전고체전지의 사양 개선에 기여할 것으로 기대되고 있다.
전고체전지는 세라믹 메이저 뿐만 아니라 화학기업, 전자부품 생산기업, 자동차기업이 개발 및 성능 개선을 본격화하고 있고 자동차용 산업기계에 응용하기 위한 소형화·경량화 등 치열한 기술 경쟁이 펼쳐지고 있을 뿐만 아니라 항공·우주 분야에서도 차세대 유력 사업이 될 가능성이 커 주목되고 있다.
아울러 고체산화물 연료전지(SOFC) 및 고체산화물 전해전지(SOEC) 분야에서도 파인세라믹이 핵심 소재로 부상하고 있으며 기존 LiB(리튬이온전지) 생산공정 역시 고기능 소성로, 분위기 가스로부터 유용한 귀금속 및 희소금속을 수거·재이용하는 용도에서 파인세라믹을 활용하고 있다.
탄소중립부터 3D 프린팅까지…
파인세라믹은 이산화탄소(CO2) 포집‧이용·저장(CCUS)에도 기여할 것으로 기대된다.
최근 다양한 산업에서 이산화탄소 배출량 감축에 속도를 내는 가운데 파인세라믹은 탄소중립 구현을 위한 핵심 소재 가운데 하나로 주목받고 있다.
공장과 사업장에서 배출되는 배기가스와 대기 중에서 초미세 세라믹 필터막을 사용해 이산화탄소를 분리·포집·응축하고 메탄(Methane)을 합성해 각종 원료 및 연료 등으로 재사용하는 DAC(Direct Air Capture)와 CCS, CCU 역시 파인세라믹 용도로 부상하고 있다.
이밖에 파인세라믹은 조류 및 미생물 베이스 바이오 연료와 바이오메탄 원료 정제·농축 등 신에너지 용도에서 활용이 기대되고 있으며, 바이오에서도 세라믹 생산기업 또는 소재·장치 생산기업 등이 기술 개발 및 장치 응용에 박차를 가하고 있다.
바이오 의약품, 백신 분야는 친환경적인 반응 부품 용도 개발과 의약품 제조 공장에서 새로운 프로세스에 응용하는 연구 등이 활성화되고 있다.
일본 파인세라믹협회(JFCA)는 파인세라믹(FC) 로드맵 2050을 통해 △모빌리티 △정보통신 △의료·복지 △에너지 △인프라 △환경 등 6개 주요 분야와 △센서 △배터리 △반도체 소재·디바이스 등 3개 융합 분야를 파인세라믹의 미래로 제시하고 10대 핵심 기술을 선정했다.
JFCA는 2022년 4월 일본 내각부 주도의 경제안전 보장 중요기술 육성 프로그램 가운데 세라믹 기술의 글로벌 경쟁력 유지와 보호 및 연구개발(R&D)을 위한 민·관·학 연계를 요청했다.
아울러 3D 프린팅 관련 기술, 표준화를 통한 글로벌 트렌드 촉진, 생산기업 연계 솔루션, 3D 프린팅 산업 연구 프로젝트 설치에 관해 정부에 제안을 확대하고 있다.
일본은 파인세라믹 글로벌 생산액 점유율이 약 40%로 미국과 최대 생산국 자리를 두고 경쟁하고 있으나 중국이 시장을 크게 확대함에 따라 경쟁이 심화되고 있다. 중국은 국가적으로 파인세라믹 산업 고도화 및 기술 혁신에 속도를 내 2019년 30%였던 점유율이 2025년 40%로 상승할 것으로 예상된다.
도소, 지르코니아 분말 YSZ 판매 확대
도소(Tosoh)는 고강도 지르코니아 분말 YSZ의 용도 개척을 추진하고 있다.
지금까지 생산능력 확대를 견인해온 치과 소재와 장식용도 뿐만 아니라 적층 세라믹 컨덴서(MLCC) 및 전해질 중심의 전자분야 성장에 대한 기대감이 고조됨에 따라 구조 부품용 신규 그레이드 개발에 주력하고 있다.
스페셜리티 영역 수익성 강화를 목표로 수립한 현행 3개년 중기경영계획에서도 YSZ에 대해 큰 기대를 걸고 있는 것으로 알려졌다. YSZ는 이트륨옥사이드(Y2O3) 안정화 지르코니아로 이트륨옥사이드를 분산고용시켜 강도와 탄성을 유지하면서 세라믹의 단점인 낮은 강도 문제를 해결했다.
도소는 난요(Nanyo) 사업장과 요카이치(Yokkaichi) 사업장에서 YSZ를 생산하고 있으며 치과 소재용 수요 확대에 따라 단계적으로 증설을 추진했다.
치과 소재용은 유럽과 미국에서 지르코니아 크라운의 사실상 표준 지위를 획득한 것으로 평가되며, 앞으로 동남아시아 판매 확대에도 적극 나설 계획이다.
치과 소재용 지르코니아 분말은 2021년 출시한 저온소결 그레이드 Zgaia 시리즈가 세계적으로 판매가 확대되고 있다.
소성온도를 섭씨 250도 낮추어 이산화탄소 배출량을 억제하는 특성이 있으며, 기존 지르코니아로는 불가능했던 저이트륨옥사이드 첨가 그레이드 Zgaia 1.5Y-HT를 개발해 고강도와 고인성 양립에 성공했다.
고내구성이 특징인 Zgaia 3Y-LD 그레이드도 제안하고 있으며 구조 부품 등을 타깃으로 추가적인 시장 개척을 추진하고 있다.
전자 분야에서는 MLCC용 소재 미분화에 쓰이는 분쇄 볼 용도에 이어 전해질 용도도 기대하고 있으며 지르코니아가 고온내성 특징을 살려 SOEC용 전해질 소재로 활약할 것으로 판단하고 개발을 추진하고 있다.
NGK, 라인업 확충 통해 친환경 니즈 조준
NGK는 탄소중립에 기여하는 라인업을 갖추고 있다.
세라믹막 필터, 글라스라이닝, 진공 펌프 등을 생산하고 있으며 고내구성, 고내열성 특징을 살려 플래스틱과 금속 부품 대체를 추진하고 있다. 장수명 특성 덕분에 탄소중립과 SDGs(지속가능한 개발목표)에도 효과적인 것으로 평가된다.
세라믹막 필터 Cefilt는 내식성과 내열성이 우수하며 유기막이 대응하지 못하는 용도에서도 안정적으로 사용할 수 있다. 우수한 내식성 덕분에 반복 세정에도 내성이 강하고 완전 제균이 가능해 식품·의약품 분야에서 다양한 용도에 대응할 수 있다.
Cefilt는 탄소중립 트렌드의 영향으로 합성법을 발효법으로 전환하고 있는 화학제품 생산기업들의 관심을 받고 있으며 플래스틱 필터 대비 수명이 길고 유로폐색이 쉽게 발생하지 않는 강점이 있다.
NGK Chemitech은 화학산업용 글라스라이닝 분야에서 탄소중립에 기여하고 있다.
기존 글라스라이닝은 금속에 비해 열전도성이 낮아 가열 및 냉각에 시간이 소요되는 한계가 있으나 고열전송 글라스라이닝 NEO-GL은 기존제품 대비 약 30% 향상된 열전도성 구현에 성공했다.
제조 리드타임 단축 및 잉여 열이력 억제를 통해 품질개선에도 기여하는 것으로 평가된다.
NGK Chemitech은 반도체 등 전자소재 분야에서 미세화 니즈가 확대됨에 따라 나트륨 저용출 글래스라이닝 NF-GL을 발전시킨 나트륨 극저용출 그레이드 NF-GL Super를 출시했으며 세정시간 단축과 품질 향상에 기여할 것으로 기대하고 있다.
높은 열전도 기능과 대전방지 및 나트륨 극저용출 등 2종류 이상의 기능을 조합한 그레이드도 라인업에 추가해 전자 소재 등 파인케미칼 분야에서 복합기능 니즈에도 대응하고 있다.
NGK Chemitech은 고기능 복합 글래스라이닝 Multi-GL로 생산성·품질 개선을 통해 탄소중립에 기여할 방침이며 2024년 봄에는 반응액 샘플을 쉽게 추출해 DX(디지털 트랜스포메이션)가 가능한 샘플링 배플을 출시할 예정이다.
세라믹 진공 펌프유닛 사업에서도 탄소중립 대응을 확대할 방침이다.
고내식 세라믹을 사용한 액봉 펌프, 가스 이젝터, 메카니컬 부스터를 유닛화해 우수한 배기성능을 달성했으며 스팀 사용 및 오일 공급이 필요하지 않아 봉액을 자기 순환시켜 배수를 크게 감축할 수 있는 것으로 알려졌다.
Niterra, 전기자동차 보급 타고 세라믹볼 사업 확대
Niterra는 탄소중립 트렌드를 타고 세라믹볼 사업을 확대하고 있다.
Niterra는 1980년대부터 질화규소로 제조한 세라믹볼 개발을 시작했으며 주로 공작기계 축받이로 채용을 확보했으나 최근 전기자동차(EV) 및 풍력발전 등에서 비즈니스 찬스를 확대하고 있다.
세라믹 특유의 절연성 및 내구성, 회전성능이 전기자동차용으로 적합해 지속적인 수요 증가가 기대됨에 따라 고마키(Komaki) 공장 생산능력을 수시 증설해 안정적인 공급능력을 갖추고 수요기업의 기대에 부응하고 있다.
세라믹볼은 전기자동차 모터용 베어링 채용이 증가하고 있다.
자동차 베어링은 현재 금속볼을 주로 사용하고 있으나 전도체인 금속볼로는 전식을 방지하기 어려워 절연성을 지닌 세라믹이 전동화 확대
에 대응할 수 있는 소재로 평가된다.
아울러 Niterra가 공급하는 세라믹볼은 윤활제를 소량만 사용해도 잘 회전하고 수명도 긴 질화규소로 제조해 차별화에 성공했으며 2024년 4월 기존제품 대비 고강도 신제품을 출시해 전동화에 따른 신규 수요를 흡수할 계획이다.
세라믹볼 생산기업은 손에 꼽을 정도이며 질화규소에 첨가하는 조제 및 소결방법 등으로 차별화하는 전략을 취하는 것이 일반적이나 볼륨이 큰 전기자동차용 시장에서는 공급능력을 고평가하기때문에 Niterra는 고마키 공장의 생산능력을 순차적으로 확대할 방침이다.
기존 설비 효율화는 물론 생산 효율화에 기여하는 신규 설비 도입을 추진하고 있으며 IoT(사물인터넷)와 DX도 검토하고 있는 것으로 알려졌다.
Niterra는 증설과 효율화를 통해 전기자동차 관련기업의 수요에 대응할 방침이며 빠르게 생산능력을 현재의 2배 이상으로 확대할 계획이다. (윤)
