일본 정부가 혁신적 연구개발 프로그램(ImPACT)을 통해 부드러운 Tough Polymer 개발을 추진하고 있다.
Tough Polymer는 마이크로·매크로 양면에서 폴리머의 파괴 메커니즘에 접근해 고인성·자기복원성과 코스트 퍼포먼스(Cost Performance)를 양립함으로써 연료전지 전해질 막, 리튬전지 분리막(Separator), 자동차 차체구조용 수지, 타이어, 투명수지 등에 응용할 것으로 기대되고 있다.
최종적으로는 프로그램의 성과를 집결해 실제 자동차 수준으로 콘셉트카를 제작할 계획이다.
2014년 10월 시작해 5년간 총 35억엔을 투자한다.
일본 폴리머 개발 역사 최초로 대규모 연구 프로그램을 진행하는 것이어서 상당한 성과를 기대하고 있다.
ImPACT(2014-2018년)는 산업 및 사회에 큰 변혁을 일으키는 과학기술 이노베이션 창출을 목표로 리스크와 영향력이 높은 연구개발을 추진하기 위해 일본 정부가 종합과학기술 이노베이션 회의를 통해 창설한 연구개발 프로그램으로, 2013년 보정예산으로 55억엔을 계상해 기금을 만든 후 2014년 프로그램 매니저(PM) 12명을 결정해 ImPACT를 창설했다.
인터넷의 원형, GPS(Global Positioning System) 시스템 등 다양한 혁신적 이노베이션을 창출하고 있는 미국 국방성 산하 고등연구계획국(DARPA)의 매니지먼트 모델을 참고했다.
ImPACT는 지금까지 진행해온 국가 주도의 연구개발 프로그램과 달리 PM 방식을 채용하고 있다.
PM은 연구자가 아닌 최고의 연구개발능력을 보유한 전문가를 캐스팅해 리스크를 줄이고 영향력이 높은 연구개발을 추진하는 프로듀서 역할을 수행하게 하는 구조이다.
2014년부터 시작한 12개 프로그램 가운데 화학산업과 직결되는 연구는 3건으로 도쿄대학의 이토 코조 교수가 PM을 담당하는 이토 프로그램이 부드럽고 잘 부서지지 않는 Tough Polymer를 개발하고 있다.
기존의 한계를 뛰어넘는 박막화와 강인화를 겸비한 신규 폴리머를 개발함으로써 안전성과 에너지 절약성을 갖춘 자동차를 생산할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
폴리머로 대표되는 유기소재는 일본이 글로벌 시장을 장악하고 있는 가운데 아시아 각국이 바짝 추격하고 있어 지속적인 연구개발이 요구되고 있다.
폴리머는 가볍고 유연한 특징을 바탕으로 다양한 분야에서 활용되고 있으나 얇으면 잘 찢어지고 두껍고 단단하면 부서지기 쉬운 단점이 있다.
Tough Polymer는 고인성·자기복원성을 바탕으로 연료전지 전해질 막, 리튬전지용 분리막을 초박막화함으로써 고성능화·경량화·소형화 등에 크게 기여할 뿐만 아니라 차체 구조를 강인화함으로써 자동차를 비롯한 수송기기의 경량화와 함께 신뢰성·안전성을 향상시킬 수 있을 것으로 예상되고 있다.
장기적으로는 고분자 소재가 이용되는 산업 전반에 막대한 파급효과를 일으켜 안전·안심, 환경부하 저감이라는 사회적 니즈에 부합할 것으로 기대되고 있다.
이토 프로그램은 관련기업과 대학이 함께 Tough Polymer를 실용화함으로써 세계시장 점유율을 유지·확대하고 Tough Polymer라는 마스터브랜드가 부여된 신규 응용제품으로 경쟁 국가·기업이 쉽게 따라올 수 없는 단독성능을 실현함으로써 국익 확보를 목표로 하고 있다.
기술적으로는 세계 최고 성능의 대형 방사광 시설 Spring-8에 고속파괴시험기 등을 구축한 후 파괴 시공간 계층적인 현지관측(In-situ Observation)을 통한 현상해명, 슈퍼컴퓨터를 이용한 대규모 시뮬레이션을 실시할 예정이다.
이토 프로그램은 「부드러운 Tough Polymer」를 응용해 자동차에 채용되는 다양한 고분자소재를 고성능화하는 기술을 개발하고 있는 가운데 구체적으로 연료전지용 전해질 막, 리튬전지용 세퍼레이터 및 타이어의 박막화, 차체구조용 수지 및 유리수지의 강인화도 실현할 방침이다.
또 프로그램의 성과를 집결해 실제 자동차 수준으로 콘셉트카를 제작할 계획이다.
지구온난화를 예방할 목적으로 주목받고 있는 EV(Electric Vehicle)는 항속거리 향상이 주요 과제로 대용량 리튬전지를 개발하고 있으나 대용량화에 따른 전극 팽창 문제를 해결하기 위해 얇으면서 고전압에 견딜 수 있는 분리막이 요구되고 있다.
연료전지용 전해질 막은 가습기 없이 건습 사이클에도 찢어지지 않는 얇고 내구성이 높은 전해질 막이 필요하고, 차체 경량화를 위해서는 탄소섬유 함유율이 낮은 CFRP(탄소섬유 강화 플래스틱)와 함께 파괴 시 산산조각이 나지 않는 CFRP용 수지가 요구되고 있다.
강인성을 보유한 투명유리 수지를 실용화하면 대담한 디자인이 가능해질 뿐만 아니라 시야가 넓어지고 무기유리보다 경량화할 수 있을 것으로 예상되고 있다.