몸값만큼 비싼 제조공정, 아스팔트에서 해답을 얻다 – 탄소섬유

몸값만큼 비싼 제조공정, 아스팔트에서 해답을 얻다 – 탄소섬유

 Q. 값비싼 탄소섬유, 어떤 제조공정으로 만드는 건가요?

탄소섬유의 출발물질(전구체)은 고분자(PAN)와 핏치(Pitch)로 나뉘어집니다. 출발물질이 다를 뿐 공정은 거의 비슷한데요. 먼저 전구체를 실로 방사하고 이를 산화안정화/탄화하여 탄소섬유를 얻습니다. 간단하죠? ^^ 차근차근 다시 볼까요?

산화안정화란 섬유를 불융화성분으로 만들기 위한 과정입니다. 분자가 산소를 받아들이면 더 이상 산소와 반응을 하지 않아 타지 않게 되죠. 하지만 이 공정은 300℃ 정도의 고온에서 굉장히 긴 시간을 필요로 하기 때문에 비용이 마구마구 올라갑니다.  그럼 그 다음 과정인 탄화는요? 방향족 탄화수소는 고온에서 방향족 고리구조가 성장하여 우리가 알고 있는 흑연 같은 구조가 됩니다.탄화는 보통 1000℃ 이상, 고급탄소섬유의 경우에는 무려 3000℃에서 탄화를 하게 됩니다. 엄청난 고온이죠? 온도 올리고 유지하는데 전기가 엄청 많이 듭니다. 아이고. 아이고. 또 비용이 무지무지 올라갑니다.

거기에 탄화를 할 경우 PAN은 50%, Pitch는 30%가 가스 형태로 날아간답니다. 아이고. 아까워라. 이렇다 보니 탄소섬유 제조 공정의 비용이 매우 높고 이에 따라 제품가격도 올라갑니다. 그래서 현재에는 범용화된 제품보다는 최고급 제품의 수요가 대부분입니다.

GS칼텍스의 탄소섬유

 이 비싼 걸로 비즈니스를 하려고? 아니죠. 비싸면 싸게 만들어야죠. GS칼텍스는 고도화 시설을 갖추고 난 후 다양한 종류의 정유 잔사유를 생산하고 있습니다. 이들은 주로 선박용 벙커C유나 아스팔트로 이용됩니다. 아스팔트에서 기름을 뽑는다는 회사 광고를 보셨을 겁니다. 그런데, 아스팔트에서 탄소섬유도 만들 수 있다는 사실은 모르셨죠? 저가의 석유계 잔사유(아스팔트)는 탄소섬유의 전구체인 Pitch의 원료가 되며 이 때문에 Pitch계 탄소섬유는 PAN계에 비해 가격경쟁력을 확보할 수 있습니다.

GS칼텍스 기술연구소에서는 탄소섬유 제조기술 조기확보를 위해, 산화시간을 획기적으로 줄일 수 있는 Pitch의 합성기술, 에너지 소비가 적은 탄화기술, 탄소섬유 제조공정모사 등을 밤낮으로 연구하고 있습니다. 정말 밤낮으로 매달립니다. 효율적 에너지 소비를 위한 경량성 소재, CO2 저감을 위한 환경친화적 소재, 저가 잔사유로부터의 고부가가치화 등의 요구에 맞추어 탄소섬유 범용화는 매우 유망합니다.

조만간 GS칼텍스가 생산하는 탄소섬유를 통해 여러분의 자동차에, 낚싯대에, 자전거에 탄소의 스마트함이 함께하길 기대합니다. 다음시간에는 탄소섬유의 응용제품과 그 미래에 대해 이야기해보겠습니다.. 안녕 또 봐요!