LGBI 1106

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호영 설
6 years ago
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1 소재기술혁신의 Enabler 탄소소재 문희성선임연구원 Ⅰ. 왜탄소소재를주목하는가? Ⅱ. 탄소소재시장현황 Ⅲ. 탄소소재의발전방향및시사점 탄소소재는지구상에가장흔한자원중하나인탄소로이뤄진소재이다. 다재다능한특성을가지고있음에도기존의활성탄, 카본블랙등과같은탄소소재는범용화가진전되어부가가치가별로높지않은분야로인식되어왔다. 그러나점차탄소소재자체의응용기술뿐만아니라주변의기술기반이급속히발전하면서탄소소재도고부가가치창출이가능해지고있다. 탄소나노튜브의상용화에이어그래핀도시장진입이가시화되고있는상황이다. 소재의트렌드를보면시장지향적인니즈에따라점진적인개선은지금이순간에도이뤄지고있다. 그러나파괴적인기술혁신을통해산업에큰파장을일으키는소재들은좀처럼나타나지않고있다. 이러한점에서탄소소재는소재산업의활력을제고할수있는새로운모멘텀이될것으로기대된다. 탄소소재자체의혁신, 그리고소재의융복합화촉진은소재산업에활력을줄것이고전후방산업의제품과기술혁신에핵심역할을할것이라기대한다. 20세기가실리콘의시대라면 21세기는탄소의시대라고한다. 탄소소재가선진소재기업들만의잔치가되지않기위해서는기업과정부의보다적극적인관심이필요한시점이다. LG Business Insight

2 탄소에대한부정적인식과는반대로탄소소재는각광을받고있다. 인터넷검색창에 탄소 를입력해보면 저탄소녹색성장, 탄소발자국, 탄소저감 등그린시대의키워드들이연관검색어로등장한다. 탄소가아닌이산화탄소를의미하는단어를줄인말이기도하지만에너지원인석유, 석탄등을비롯하여탄소를태워나온것이이산화탄소이니우리에게는탄소에대해부정적인식이있다고볼수있다. 그러나순수한탄소로만이루어진탄소소재는이와정반대로갈수록각광을받고있다. 지난달에독일 BMW는 2012년런던올림픽에서선보이는것을목표로메가시티비히클 (MCV, Mega City Vehicle) 이라는이름의전기자동차컨셉을발표했다. 배터리무게등으로인한중량을줄이기위해내세운해결책은탄소섬유 (CFRP) 였다. 첨단우주산업에나쓰이던탄소섬유가최근항공기에이어점차지상의교통수단으로수요가확산되고있는것이다. 최근들어탄소소재가각광을받는이유는무엇인지, 우리주위에얼마나많은탄소소재들이있는지, 그리고향후탄소소재의발전방향과이것이기업들에게주는시사점은무엇인지살펴본다. Ⅰ. 왜탄소소재를주목하는가? 오래된미래, 탄소소재대표적화석연료인석탄, 책상위의연필심, 그리고보석함속의다이아몬드, 정수기속의활성탄필터, 공기정화나요리용을위한숯등의공통점은탄소 (Carbon) 로이루어져있다는것이다. 탄소는지구상에가장흔한자원중하나이다. 탄소소재는전통적용도이외에도리튬이온전지, 항공우주, 제철제강, 원자력발전, 기계부품등완제품의부품 / 소재로서활용영역이갈수록확대되고있다. 그렇다면탄소소재가이처럼주목을받는이유는무엇일까? 기술과시장관점에서각각살펴보도록하자. 24 LG Business Insight

1. 다재다능한탄소소재의특성일반적으로소재는성분이나응용분야에따라분류한다. 소재성분으로분류할경우통상적으로금속, 화학, 세라믹으로나눌수있다. 탄소소재는이중어느영역에속할까? 질문하면대답이쉽게나오기어렵다. 굳이넣는다면세라믹에속할것이지만, 탄소소재는세가지분류이외에네번째영역으로생각하는경우가많다. 탄소소재의특성자체가화학, 금속, 세라믹소재에비해다분히복합적이기때문이다.

3 1. 다재다능한탄소소재의특성일반적으로소재는성분이나응용분야에따라분류한다. 소재성분으로분류할경우통상적으로금속, 화학, 세라믹으로나눌수있다. 탄소소재는이중어느영역에속할까? 질문하면대답이쉽게나오기어렵다. 굳이넣는다면세라믹에속할것이지만, 탄소소재는세가지분류이외에네번째영역으로생각하는경우가많다. 탄소소재의특성자체가화학, 금속, 세라믹소재에비해다분히복합적이기때문이다. 즉, 일반적으로화학소재는가벼운대신금속만큼외부충격에강하지않거나, 전기가잘통하지않는다. 금속소재는외부충격에강한대신에상대적으로무겁고, 화학적내성이크지않다. 세라믹소재의경우가볍고강도도상대적으로크나전기를통하지않거나성형이어려운등의특성을가지고있다. 각각의소재들이기술발전에따라점차상대방의고유영역을침범해가고있지만아직은제한적이라고할수있다. 이에반해탄소소재는세가지소재들의고유특성을두루지니고있다. 철과같은금속에비해강도는몇배높으면서보다가볍다거나, 아니면화학적내성이크면서도전기를잘통한다던가등이다. 이러한것이가능한이유는탄소원자가배치된구조에따라물질구성이다양해질수있기때문이다. 예를들면같은탄소소재인흑연과다이아몬드를놓고보면흑연은전기가잘통하지만, 다이아몬드는반대로전기가전혀통하지않는것이다. 어찌보면탄소소재는 1만년전인류의유적 탄소소재는화학, 금속, 세라믹소재들의특성을두루지니고있는소재이다. BMW 는최근발표한전기자동차 MCV 의바디를탄소섬유로사용한다고발표했다. LGERI 리포트 LG Business Insight

4 환경 에너지문제해결을위해수송기기, IT 부품등탄소소재의채용이확대되고있다. 에서목탄 ( 木炭 ) 이발견된것처럼오래전부터존재했으면서도진정한가치를제대로인식하지못했던소재라고할수있다. 그러나최근들어나노기술의발전에따라기존의탄소소재이외에도풀러렌, 탄소나노튜브, 그래핀등이등장하면서다시한번탄소소재의가능성이주목의대상이되고있다. 2. 환경과에너지이슈부상에따른수요창출온실가스배출증가에따른기후변화가이슈가되고있다. 다소논란이있기는하지만온실가스저감문제는에너지절감을위해서라도계속고민해야할사안인것이분명하다. 최근국제에너지기구 (IEA) 는에너지기술전망 2010(Energy Technology Perspective 2010) 에서 2030년까지지구의온도상승을 2 이내로억제하려면 2030년기준 ( 세계경제연평균 3,3% 성장지속가정 ) 으로약 140억톤의이산화탄소감축이필요하다고보고하였다. 한편감축량중의 57% 는에너지효율향상기술을통해서해결해야할것으로전망하고있다. 당분간은에너지절약을통한온실가스저감이우선이라는의미이다. 이를위한솔루션중하나로서탄소소재가급부상하고있다. 경량화를통한에너지절감을위해항공기등수송기기의탄소소재적용비중을늘리거나, IT제품의에너지효율을높이기위해탄소소재채용을검토하고있다. 이러한움직임은최근사례에서찾아볼수있다. 지난 5월에일본도레이 (Toray) 는에어버스에항공기용탄 < 그림 1> 탄소섬유주요기업들과수요기업과의협력관계 자료 : 일본경제신문 한정차량에공급 제휴 개발중 소섬유복합소재를내년부터 2025년까지공급하는장기계약을체결했다. 차기주력기종인에어버스 A350XWB의주날개와동체의대부분에탄소섬유복합소재를적용할계획인데이는기체중량의 50%(35톤 / 대 ) 에달하는상당한규모이다. 이렇게금속으로만가능해보였던것을대체할수있는것은탄소섬유가알루미늄에비해중량은 1/4에불과하면서철에비해강도는 10배나크기때문이다. 한편 IT부품의경우는금속산화물계열소재를사용하여터치스크린필름등을만들어왔다. 그러 26 LG Business Insight

5 나최근에는이보다전기전도도가좋은 ( 저항이낮은 ) 탄소소재를적용하여보다적은전력량으로절전효과를거두려는시도가늘어나고있다. 이에따라더많은소재관련기업들도새로운성장동력아이템으로서탄소소재를선택하였거나채택을검토하고있다. 시장환경의변화에따라탄소소재만의특성을활용할수있는기회가열리고있다볼수있다. 현재탄소소재시장은카본블랙, 흑연, 활성탄등전통적인제품들이대부분을차지하고있다. Ⅱ. 탄소소재시장현황 현재탄소소재시장을구성하고있는대부분의것들은흑연, 활성탄, 카본블랙, 공업용다이아몬드등이다. 카본블랙을제외하고는사실낯설지는않은것들이다. 탄소소재를석탄, 숯등단순히연료목적의제품을제외한기능성제품의범주로한정하면다음과같은제품들로나누어볼수있다. 가장익숙한탄소소재인흑연그리스어로 쓰다 (Write) 의의미를갖는 Grafein에서유래한흑연 (Graphite) 은크게광산에서채굴해서사용하는천연흑연과인위적으로만드는인조흑연으로나눌수있다. 현재생산규모는연간 60만톤정도이며사용범위는 2차전지음극재, 원자력발전감속재, 제철용전극봉, 반도체실리콘잉곳제조설비용소재등으로매우넓다. 이중가장성장성이높은분야는 2차전지음극재이다. 현재세계음극재시장규모는약 3억달러규모이며이중절반이상은인조흑연이사용된다. 그러나인조흑연은 3천도수준의열처리를해서제조하기때문에가공비가천연흑연보다많이든다. 이에따라최근에는상대적으로저가인천연흑연의사용비중이늘어나고있는상황이다. 천연흑연의단점인성능변화와낮은충방전수명은외부표면의열처리를통해해결하고있다. 흑연의충전성능이포화되어가면서대체재로서실 리콘계음극재가주목받고있지만, 가격경쟁력이나기술의성숙도면에서열세이 기때문에적용이된다해도당분간은큰영향이없을것이다. 또하나의대체음극 재로거론되고있는리튬티타늄산화물은일본도시바의 SCiB(Super Charge ion LGERI 리포트 LG Business Insight

6 활성탄은탈취, 중금속가스포집이나수처리용으로많이쓰이고있다. Battery, 5분이내용량의 90% 까지초고속충전이가능한 2차전지 ) 제품에적용하고있다. 충방전효율이좋지만이것은기존리튬이온전지의전압 (3.7V) 과달리 2.2V라서표준화를통한어플리케이션다양화에한계가있을것으로보인다. 흑연음극재시장은현재히다치케미컬, JFE, 일본카본등일본 3개업체가과점하고있는구도이다. 여기에중국업체 BTR은자원대국의기업답게자체천연흑연광산을보유하고있어경쟁구도의변화요인으로작용할것으로보인다. 탈취와정수역할을하는활성탄활성탄 (Activated Carbon) 은대나무, 야자잎, 톱밥등을태워서만든탄소소재이다. 주거공간에냄새를없애는탈취제나장을담글때쓰는숯등이이에해당된다. 이런기능을할수있는이유는무엇일까? 그것은활성탄 ( 숯 ) 표면에마이크로미터이하크기의기공들이매우많이형성되어있어그기공들이오염물질이나악취를일으키는미세물질을붙잡는역할을하기때문이다. 선조들이장을담그면서숯을같이넣는이유도장안에발생하는잡균들이숯의기공속에갇혀부패를막는역할을하기때문이다. 정수기안에들어가는여러종류의필터중하나에도활성탄이담긴필터가들어있어서 1차적으로정수역할을담당한다. 최근들어서는정수기를넘어서상수도처리장에서오염물질과악취제거등고도정수처리를위해활성탄의사용이늘고있다. 현재활성탄이가장많이쓰이는곳은석탄화력발전소로배기가스에서중금속수은을잡아내는역할을한다. 석탄화력발전소비중이 50% 가넘는미국을비롯한여러나라에서는배기가스기준이강화됨에따라활성탄을채용하는수요가증가할것으로전망하고있다. 이외에도활성탄을반도체공정에서발생하는화학가스를포집하거나군사용방독면등에사용되고있다. 활성탄업체는국내의경우 15개업체가있어흑연소재처럼메이저기업들이존재하기보다는다수의기업들이경쟁하고있는상황이며성숙된시장인만큼급격한성장은제한적일것으로보인다. 타이어보강재로쓰이는카본블랙 카본블랙 (Carbon Black) 은석유정제과정에서나오는물질 ( 납저유 ) 또는석탄슬러 28 LG Business Insight

7 리에서생성되는물질 ( 크레오스트오일 ) 을불완전연소또는열분해해서만든것이다. 95% 가타이어, 호스등고무제품의충격보강재로사용되며그외에도프린터토너등흑색안료, 건전지소재등으로사용되고있다. 국내의경우카본블랙생산은에보닉카본블랙, OCI, 콜럼비안케미컬등 3개사체제이며원료대부분을수입하다보니국제유가등에따른가격변동성이존재하는상황이다. 최근경제위기로다소수요가일시적으로감소세를보였으나중국등신흥국의자동사수요급증에따라글로벌시장수요는 2007년에 1000만톤에서 2015년에 1170만톤규모로성장할것이라전망하고있다. 하지만최근환경이슈가부각되면서공해배출이적고타이어의연비를높일수있는대체재인실리카계화이트카본을사용하려는움직임도있어서업계의리스크요인이되고있다. 최근탄소섬유수요의급신장은탄소소재전반의관심을제고하는계기가되고있다. 탄소소재의부흥을이끌고있는탄소섬유탄소섬유는이름그대로탄소성분으로이뤄진실형태의소재로서보통폴리아크릴로나이트릴 (PAN) 이라는석유화학제품이나석유찌꺼기피치 (Pitch) 를원료로하여실형태로만든뒤이것을탄화시켜만든다. 시장조사기관루신텔 (Lucintel) 에따르면, 순수한탄소섬유시장규모는 2008년 15억달러에서 2014년에 24억달러로성장이전망된다. 세계적인경기침체로최근들어잠시수요가주춤했으나항공 기, 풍력발전등의수요증가에힘입어중장기적으로높은수요증가세가지속될것으로전망된다. 현재경쟁구도는도레이, 테이진, 미쓰비시레이온등일본 3개사가세계탄소섬유시장을과점하고있다. 최근 3개년 ( 06~ 08년) 영업이익률이 20% 내외에달할정도로높은수익성을유지하고있다. 그러나미국 Zoltec, Hexel 등의기업들이증설에나서며시장점유율확대에나서고있으며중국등신흥지역을중심으로신규기업들의움직임이활발해지고있다. < 그림 2> 탄소섬유의용도별시장현황및전망 ( 천톤 ) 항공풍력발전자동차 기타 +17% 자료 : Credit Lyonnais Securities Asia ( 08.8) CAGR ( 08~ 13 년 ) 14% 34% 36% 10% LGERI 리포트 LG Business Insight

8 탄소소재는이미다양한분야에서사용되고있으나기술의발전과시장환경의변화에따라지속적인새로운수요처가창출될전망이다. Ⅲ. 탄소소재의발전방향및시사점 1. Application의지속확대탄소소재는이렇게이미다양한분야에서사용되고있으나앞서언급한바와같이기술의발전과시장환경의변화에따라새로운수요처가생기고있다. 그방향은기존의소재를탄소소재가대체하거나아니면새로운제품을위한소재로서등장하는것이다. 여기서가장큰신규수요는에너지와환경분야이다. 에너지효율개선에대한니즈는탄소소재를특수분야였던항공우주분야를넘어서프리미엄급자동 나노소재의대표주자인풀러렌과탄소나노튜브가용도확대주도 1985년흑연에레이저를쪼여서우주에서의물질과유사한탄소구조체형성실험을하던과학자들은이상한실험결과를얻는다. 예상하지못한구조체가하나나온것이다. 그것을분석한결과마치축구공모양의탄소구조체였다. 이들은이것이 1967년몬트리올만국박람회의미국관모형과유사해서이를설계한리처드벅민스터풀러 (Richard Buckminsterfuller) 박사의이름을따서벅민스터풀러렌 (Buckminsterfullerene) 이라고명명했다 ( 보통은풀러렌, 버키볼 (Bucky Ball) 이라불리고있다 ). 풀러렌은당시부터많은주목을받으며활발한연구가있었지만, 다소붐이식은상황이고현재는속이빈공모양의형태를이용해내부에자기금속입자를넣어 MRI 조영제로서의가능성이나유기태양전지소재로서의가능성을보고있다. 또하나의대표적인소재가 1991년일본 NEC의연구소에한일본인과학자에의해발견되었다. 그는당시에각광받던풀러렌합성실험을한뒤결과물을전자현미 경으로관찰하던중튜브모양의예상하지못한것을발견하였는데이것이바로탄소나노튜브였다. 이것은풀러렌보다늦게세상에나왔지만관심은더높은상황이다. 그이유는탄소구조에따라금속또는반도체특성을가지고있으면서표면적도매우크다는특성을갖고있기때문이다. 이러한특성을바탕으로가장상용화에가까웠다고평가받는것이디스플레이용전자방출소재이다. 평판디스플레이로서탄소나노튜브를이용해완전히새로운개념의디스플레이 (FED, Field Emission Display) 의탄생을기대했었다. 하지만먼저시장을형성하고있던 TFT-LCD의급속한발전으로빛을보지못하였다. 관심이시들해진것에대한대안으로나온것이탄소나노튜브를이용한 LCD의백라이트컨셉이다. 이것은아직시제품전시단계이지만만약 TV 시장을목표로출시된다면얼마전붐이일었던 LED TV처럼프리미엄급의새로운 LCD TV가탄생하는계기가될것이다. 에너지분야에서도탄소나노튜브는연료전지용 30 LG Business Insight

차분야에적용하고있는상황이다. 또한전기전자, 에너지저장및발전분야에서도터치필름, 리튬이온전지음극재에이어서전기이중층캐패시터 (EDLC, Electric Double Layer Capacitor) 의전극재, 풍력발전블레이드, 수처리등에적용되고있다. 리튬이온전극재인흑연은전기자동차의도입과함께현재 3천억원에서 2014 년에 8천억원규모의시장을형성할것으로보고있다.

9 차분야에적용하고있는상황이다. 또한전기전자, 에너지저장및발전분야에서도터치필름, 리튬이온전지음극재에이어서전기이중층캐패시터 (EDLC, Electric Double Layer Capacitor) 의전극재, 풍력발전블레이드, 수처리등에적용되고있다. 리튬이온전극재인흑연은전기자동차의도입과함께현재 3천억원에서 2014 년에 8천억원규모의시장을형성할것으로보고있다. 전기자동차는고출력특성도요구하기때문에하드카본같은다른탄소소재와흑연을같이쓰는방안도검토하고있다. 그러나안전성을중시하는제품인만큼새로운소재가나왔다고해도교체에대한저항성이높기때문에흑연음극재에대한수요성장성은매우높을것으로보인다. 고출력용에너지저장부품인 EDLC는현재자동차의에코드라이브 탄소나노튜브에대한기대에부합하기위한방향중하나로서탄소나노튜브를복합소재화하는방안이모색되고있다. 수소저장소재나리튬이온전지용음극재로서제품의성능을획기적으로향상시킬수있는소재로기대를모으고있다. 그러나리튬이차전지에사용될경우리튬이온이충전은잘되나방전할때리튬이온이탄소나노튜브에서잘빠져나와야함에도그렇지못한난점에부딪힌상황이다. 세상에나온지 20년밖에안되었기에탄소나노튜브의상용화를평가하기에는성급한면이있으나전반적으로기대에미치고있지못한것은사실이다. 기대의크기만큼이나관심이다소시들해진상황인것은분명하다. 현재는이를타개하는방향중하나로서탄소나노튜브를복합소재화해서기 풀러렌소재를닮은모양의전시관 ( 위 ) 과탄소나노튜브의구조 ( 아래 ) 존소재를대체하는방안이모색되고있다. 탄소나노튜브는다른전기적특성을갖는소재에비해매우적은양을넣어도보다높은전기적특성이나방열 ( 放熱 ) 특성을갖기때문이다. 터치스크린용필름소재나 LED를비롯한전자부품에서발생하는열을방출해주는소재가대표적이다. 나노크기의소재이다보니고분자소재와배합할때고르게분산시키기가어렵고가격이아직비싸다는점이문제로남아있지만점진적으로해결되고있다. 특히투명전극필름소재는 IT기기의 터치 기능이필수적인사항이되면서상보, 신화인터텍등국내기술력있는중견기업들도활발히진출하고있다. LGERI 리포트 LG Business Insight

10 나노기술발전에따라그래핀등새로운탄소소재가등장하고있다. (Idle & Stop) 기능용이나풍력발전용부품등에사용되고있다. 아직시장규모는그리큰편은아니지만고출력이필요한전기자동차용부품으로서잠재성은높은편이며원재료비중에서탄소소재가차지하는비중이 30% 로리튬이온전지음극재보다높은점도매력적이다. 이외에도에너지저장시스템용나트륨-황전지의황 (sulfur) 전극용이나연료전지의백금촉매담지체, 기체확산층등에탄소소재가들어감에따라탄소소재의수요처는점점확대될전망이다. 2. 기술발전에따른신소재등장가속 새로운나노소재를만들기위한인프라, 즉나노박막장비, 초고압투과전자현미경등공정기술과분석기술의발전은나노소재의성장기회요인이되고있다. 즉, 나노기술의영역안에서소재, 공정, 분석의조화를통해새로운나노소재의등장이일어나고있다. 대표적인것이그래핀 (Graphene), 나노다공성탄소, 탄소나노폼 (nanofoam) 이다. 가장주목받고있는그래핀 < 그림 3> 탄소소재의응용분야 공기정화 ( 탈취 ) 수처리 가스포집환경 원자력감속재 전지음극재에너지 연료전지소재발전 / 저장 CNG 탱크 수소저장소재 전기로용전극봉 제강원료 내화소재 자료 : LG 경제연구원 제철제강 경량소재 절전소재 에너지효율 탄소소재응용분야 수송기기 항공우주부품및동체 자동차부품및동체 투명전도성소재전기전자 방열소재 정전기방지소재 토목건축 콘크리트보강재 철골보강재 그래핀 (Graphene) 은 2004년영국맨체스터대학의연구진이세계적인과학저널 사이언스 에발표함으로써세상에알려졌다. 이물질은우리가흔히접하는연필심의성분인흑연 (Graphite) 과유사하다. 영문이름이비슷해서가끔혼동해서쓰는경우도있듯이모양도역시비슷하다. 꼭지점이탄소로구성된육각형이연결되어만들어진낚시그물이있다고가정하자. 이그물이여러겹으로겹치게되면흑연이고, 한겹으로존재하면이것이바로그래핀이다. 그래핀은매우안정적이라상온에서단위면적당구리보다약 100배많은전류 32 LG Business Insight

를, 실리콘보다 100배이상빠르게전달할수있을뿐만아니라열전도성이최고인다이아몬드보다 2배이상높고, 기계적강도는강철보다 200배이상강하다고알려져있다. 게다가신축성이좋아늘리거나접어도전기전도성을잃지않아플렉서블디바이스시대의유력한후보소재로주목을받고있는것이다.

11 를, 실리콘보다 100배이상빠르게전달할수있을뿐만아니라열전도성이최고인다이아몬드보다 2배이상높고, 기계적강도는강철보다 200배이상강하다고알려져있다. 게다가신축성이좋아늘리거나접어도전기전도성을잃지않아플렉서블디바이스시대의유력한후보소재로주목을받고있는것이다. 그래핀은 2008년 MIT에서선정한세계 100대미래기술로선정되기도했으며, 최근국내에서도한국과학기술평가원 (KISTEP) 에서그래핀관련기술을 10년이내우리의삶을뒤바꿀 10대기술로선정하기도했다. 이처럼그래핀은기존의기술을대체할차세대트랜지스터및전극소재로주목을받고있다. 최근에성균관대와삼성전자가공동연구하여 30인치크기까지대면적을만들수있는가능성을보여주기도하였다. 양산기술개발등아직가야할길은멀지만그래핀의뛰어난특성은차세대디스플레이, 태양전지, 반도체등의핵심소재로주목받기에부족함이없을것이다. 탄소소재의잠재성을주목하는이유는파괴적기술혁신과함께향후에도새로운소재등장이가능하기때문이다. 장기적으로새로운탄소소재등장예상탄소소재의잠재성을주목하는이유중하나는파괴적기술혁신과함께앞으로도새로운소재등장이가능할것으로보기때문이다. 예를들어현재연구가진행중인나노다공성탄소의경우는기공이무수히많이있는것은활성탄과같지만이것이규칙화되어있어서촉매담지체, 수소저장소재로서의사용이기대된다. 또한탄소나노폼 (nanofoam) 은형상이그물망이엉켜있는것과같은구조인데탄소소재로서는독특하게자석에끌리는특성을가지고있다. 보다장기적으로는탄소소재의구조가다양한만큼미리기하학적으로구조를예언한후이를탄소물질로개발하는것도가능할전망이다. 현재학계에서는슈퍼컴퓨터를이용해새로운구조의탄소소재 (Mackay 결정, K4 탄소등 ) 가설계하고이를합성하기위한연구가진행중이다. 영 국런던대앨런맥케이 (Alan L. Mackay) 교수는풀러렌을입체적으로적층한뒤압 축하여 Mackay 결정이라불리는것을설 그래핀소재로만든플렉시블필름 ( 좌 ) 및터치스크린필름 ( 우 ) LGERI 리포트 LG Business Insight

12 탄소소재는그자체의이용과함께소재융복합화에있어핵심적인역할을담당할것이다. 계했다. 한편일본 RIST의연구진은이를이용해태양전지연구를하고있는데최근의시뮬레이션결과에따르면태양광을 100% 전기로변환하는데성공했다고한다. 이밖에도금속특성의결정을갖도록탄소구조를변형하여설계한 K4 탄소등형상과결정구조를기하학적으로설계해만드는탄소구조신소재는앞으로도계속탄생할것으로기대된다. 3. 소재융복합화의 Enabler 역할기대 지금까지여러가지탄소소재를살펴보았다. 기존의활성탄, 카본블랙등과같은탄소소재는범용화가진전되어부가가치가별로높지않은분야로인식되어왔다. 그러나점차탄소소재자체의응용기술뿐만아니라주변의기술기반이급속히발전하면서탄소소재도고부가가치창출이가능해지고있다. 수요산업에서첨단의기능성을요구하는것도탄소소재발전에가속제가되고있다. 탄소나노튜브의상용화에이어그래핀도시장진입이가시화되고있는상황이다. 탄소소재의성장과함께또하나주목할것은탄소소재가소재융복합화에있어핵심적인역할을할것이라는점이다. 고객의니즈가다양화되면서수요산업이진전되고있다. 소재의융복합화는이러한전방산업또는제품의니즈에부합하기위해필수적인부분으로인식되고있다. 앞서설명한바와같이탄소소재는다양한소재의장점을동시에지니고있어소재융복합화의 Enabler 역할을할최적의후보로평가된다. 알루미늄등금속의경량화에따른강도해결을위해서나플라스틱등화학소재의전기전도성을향상시키기위해탄소소재는개별소재의난점을보완, 기능을향상시키는목적으로이용될수있다. 결론적으로탄소소재는그자체로서의이용은물론융복합화매개체로서의이용확대로향후성장이가속될것으로기대된다. 최근미국과유럽에서유명세를타고있는가전회사다이슨 (Dyson) 의 CEO 제 임스다이슨은언론과의인터뷰에서날개없는선풍기이외에도발명품들을만들고 싶지만그것을좌절하게하는핵심문제가소재라고주장했다. 그는지난 50 년간탄 34 LG Business Insight

13 소섬유나티타늄을제외하면소재분야에서혁신적인발전이없었다고하였다. 소재의트렌드를보면시장지향적인니즈에따라점진적인개선은지금이순간에도이뤄지고있다. 그러나파괴적인기술혁신을통해산업에큰파장을일으키는소재들은좀처럼나타나지않고있고있다. 소재산업의특성상개발에인내의시간이필요한측면도있고산업에서도업스트림영역이다보니실상이가려져있는면도있다. 탄소소재는이러한관점에서소재산업의활력을제고할수있는새로운모멘텀이될것으로기대된다. 탄소소재자체의혁신, 그리고소재의융복합화촉진은소재산업에활력을줄것이고마치 나비효과 (Butterfly effect) 처럼전후방산업의제품과기술혁신에핵심역할을할것이라기대한다. 최근에정부도탄소소재의중요성을인식하여내년부터 2015년까지민간합동으로약 2천억원을투자해국산기술을집중적으로개발하고소재를가공할장비와신뢰성을평가할테스트베드를구축하겠다는계획을발표했다. 20세기가실리콘의시대라면 21세기는탄소의시대라고한다. 그러나한국무역협회에따르면 2008년기준국내탄소소재시장은 1조 4천억원규모로이중절반가량인 7천억원을수입하고있는실정이다. 게다가수입량의절반은일본에서들여오고있어대일무역적자의원인중하나가되고있다. 전통적인주력산업에이어신성장동력인녹색산업에서도탄소소재는핵심소재중하나로자리잡을것으로예상되지만국내의기술력과세계시장점유율은아직까지미미한상황이다. 탄소소재가선진소재기업들만의잔치가되지않기위해서는기업과정부의보다적극적 미래탄소소재시장을선점하기위한기업과정부의보다적극적인관심이필요한시점이다. 인관심이필요한시점이다. LGERI 리포트 LG Business Insight

+ 세계 에너지시장 전망(WEO 2014) 그림 3 지역 및 에너지원별 1차 에너지 수요 증가율 그림 4 최종 에너지 소비량 중 에너지원별 점유율 시장 전망에서 세계 GDP 성장률은 연평균 3.4% 인 증가를 선도하겠지만 이후에는 인도가 지배적인 역할 구는 0.9% 증

+ 세계 에너지시장 전망(WEO 2014) 그림 3 지역 및 에너지원별 1차 에너지 수요 증가율 그림 4 최종 에너지 소비량 중 에너지원별 점유율 시장 전망에서 세계 GDP 성장률은 연평균 3.4% 인 증가를 선도하겠지만 이후에는 인도가 지배적인 역할 구는 0.9% 증 Special Issues 특집 세계 에너지시장 전망(WEO 2014) 1 개황 국제에너지기구(IEA)는 매년 세계 에너지시장에 대한 중장기 전망을 발표해 오고 있다. 2014년 세계 에너지시장 전망은 분석기간을 2040년까지 확대해 장기 전망과 분석을 수행했고 에너지소비와 수급측면의 종합적인 동향과 석유 천연 가스 석탄 전력 신재생에너지 및 에너지효율 등의