[가스신문 = 양인범 기자] 지구온난화를 줄이기 위해 탄소배출을 저감해야 한다는 말을 대부분의 언론에서 하고 있다. 하지만, 탄소는 잘 활용하면 기존의 다양한 분야에서 활용가능한 소재로 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT)와 같은 특수기능성 소재의 필요성은 점점 커지고 있다.
충남 천안에 위치한 ㈜씨엔티솔루션(대표 서정국)은 CNT를 수소연료전지 스택의 핵심부품인 분리판에 적용한 제품을 생산하고 있다. 본지는 이번 창간특집에서 이 회사가 어떻게 국내 수소산업에 기여하고 있는지 소개하고자 한다.
CNT는 1991년 일본의 이지마 스미오 박사가 최초 발견했다. 탄소 원자들이 육각형의 벌집모양으로 연결된 고분자 탄소동소체를 뜻한다. CNT는 현재까지 발견된 물질 중 가장 강력한 강도를 갖고 있는데, 철의 100배 이상이다.
CNT는 기존의 물질로 얻지 못하는 높은 열·전기전도성과 고강도, 화학적 안정성 등의 특징을 가지고 있어 전기적, 화학적, 기계적 성능을 향상시키는 용도로 적용되어 생활의 광범위한 분야에 응용되고 있다.
지난 2011년 설립된 씨엔티솔루션은 CNT의 효율을 극대화 시켜주는 분산가공기술의 독보적인 고도화와 Recipe 설계기술을 개발해왔고, ‘첨단소재기술자립’을 위한 국가전략에 선도적인 역할을 하고 있다.
정전기방지, 전자파차폐, 전자파흡수, 레이더파 흡수, 방열 등 다양한 용도의 CNT복합소재는 물론 수소 연료전지 분리판과 수소발생기 수전해 전극판을 개발하여, 최근 회사는 ‘탄소중립을 위한 그린에너지 생산’을 위한 수소 연료전지와 수소 발생기, 살균수 제조 등에 본 기술을 적용하고 있다.
수소연료전지 내에는 분리판(Bipolar Plate)이 들어간다. 이 분리판은 연료전지의 음극(수소)과 양극(산소)을 분리하고 전극에 공급되는 수소와 산소의 유로 역할과 전기화학 반응으로 생성된 전류를 부하에 전달하는 역할을 담당한다. 이에 전기전도성 및 기계적 강도가 우수하며, 부식에 강한 소재로 탄소계열 또는 귀금속이 코팅된 금속판을 사용한다.
이 분리판은 여러 개의 단위전지를 연결해 스택 골격을 구성하는 핵심 소재로, 스택 가격의 30%, 무게의 80%를 차지해 비용절감과 무게로 인한 에너지밀도 감소 문제를 해결해야 했다. 특히, 대부분의 분리판을 일본에서 수입해왔기에 에너지 안보 측면에서도 기술 개발이 시급했다.
이를 해결하기 위해 씨엔티솔루션은 정부의 R&D기관인 ‘나노융합2020추진단’에서 진행하는 ‘우수성과지원사업’에 참여하여 한국에너지기술연구원이 개발한 ‘전기전도도와 강도가 향상된 수소연료전지용 CNT 복합소재 분리판 제조기술’을 이전받았다. 지난해 4월에는 양산기술을 이전받아 씨엔티의 생산기술과 접목해 현재 연간 15,000개의 분리판을 만들 수 있게 되어, 지난해 이 제품으로만 7억원의 매출을 기록했으며 올해는 40억 매출을 계획 중이다. 씨엔티는 현재 25만개를 생산할 수 있는 양산설비를 구축 중이며, 올해 상반기에 완료할 예정이다.
씨엔티가 보유한 연료전지용 복합소재 분리판 제조기술은 수송용, 건물용, 발전용 연료전지 탄소 복합체 분리판 스택의 국산화를 가능하게 만들어 세계 수소연료전지 시장에서 선점하는 효과를 가질 수 있다.
2023년 기준으로 수입대체 효과는 2000억원 이상을 예상하고 있으며, 외국 의존성이 높은 원천소재 및 제조장비의 국산화라는 의의를 가진다.
씨엔티솔루션은 본 기술로 2021년에 ‘신기술 인증’을 받고, ‘강소기업 100+’,‘혁신기업 국가대표 1000’에 선정되었다.
씨엔티솔루션의 매출은 2020년 26억4300만원에서 지난해 32억1500만원으로 21% 이상 증가했다. 영업이익은 2020년 12억원의 손실에서 2021년 4억5천만원으로 손실을 60% 이상 줄였으며, 당기순이익은 지난해 9900만원을 기록해 흑자로 전환했다.
씨엔티는 이러한 실적 호조세에 힘입어 지난해 12월에는 이노비즈협회가 기정하는 이노비즈기업에 2만번째로 선정되기도 했다.
씨엔티솔루션 서정국 대표는 “수소연료전지 분리판 국산화는 향후 수소경제 시대를 앞둔 상황에서 기술안보에 매우 중요하다”며 “CNT 소재 제품을 국내 수소업계가 잘 활용할 수 있도록 제품개발에 더 노력할 것”이라고 말했다.
국산 기능성 신소재 개발, 플라스틱 수입 소재 대체
CNT적용 분리판 생산으로 수소업계와 협력 기대
“CNT는 기존 소재를 대체하면서, 경제적이므로 향후 무궁무진한 활용이 가능합니다.”
㈜씨엔티솔루션의 서정국 대표는 CNT(탄소나노튜브)와 같은 신소재가 향후 산업 전반에서 필수적인 요소가 될 것이라고 말했다. 그는 자동차 에어컨과 공조기술을 개발하는 두원공조의 대표를 역임한 바 있다.
“두원공조 대표를 하던 시기에 플라스틱을 연간 10만톤 이상 구매했습니다. 자동차의 에어컨 시스템에 필요한 것들이 절반은 알루미늄, 절반은 플라스틱이었는데, 플라스틱 기능을 가진 소재는 대부분 수입해야 했습니다. 문제는 플라스틱 소재는 대부분 수입해야 했고, 불량 처리를 제대로 할 수 없는 상황이었죠. 그 때부터 국산 신소재를 개발해야겠다는 생각이 들었습니다.”
10여년 전만 해도 국내에는 기능성을 가진 신소재 전문기업이 거의 없었다. CNT는 높은 열·전기전도성과 고강도, 화학 안정성을 갖고 있어 전기·화학·기계적 성능을 향상시키는 용도로 적용할 수 있다.
“CNT복합소재는 연료전지 스택 분리판부터 가스 재킷히터, LED전등, 전극판, 단열재 등 다양한 분야에 적용할 수 있습니다.”
서 대표는 연료전지 분리판 대부분을 일본 등 해외에서 수입하는 현실을 보고, CNT를 넣어 기존 수입 제품을 상회하는 분리판을 만들기 시작했다.
“저희가 가진 CNT분산기술, 레시피 설계기술, 장치와 천안 공장 설비를 활용하면서 정부의 R&D 지원제도를 활용했습니다. 나노융합 2020추진단과 ‘우수 연구성과 사업화 지원사업’ 과제를 에너지기술연구원과 공동연구를하고 중소벤처기업부 기술보증기금과 중진공의 자금지원을 받아CNT복합 분리판 생산에 성공했습니다.”
씨엔티솔루션이 만든 분리판은 일본 수입제품과 비교해 전기전도도는 2배 이상, 굴곡강도 30% 이상 우수하다. 경제성도 기존 제품 단가 대비 50% 정도로 저렴하다. 서정국 대표는 자사의 CNT소재 기술을 다른 제품에도 적용해 생산하고 있다.
“저희가 만든 CNT 탄소전극은 CNT에 의해 높은 전도성을 가지며, 프레스 공정으로 대량 생산이 가능합니다. 게다가 내화학성도 우수하죠. 이 제품은 수전해전극판으로 사용할 수 있는데, 설치 운영비도 절감됩니다. 또한 나노솔, NASEP 마스터배치, NASEP 콤파운드와 같은 CNT 함량을 조절한 기능성 소재 제품도 만들고 있습니다.”
서 대표는 기존 제품 대비 월등한 성능, 양산 체제를 갖추고 가격경쟁력을 확보한 뒤에 미국, 중국, 유럽 등 해외시장에 대한 진출도 계획하고 있다.
“당장은 힘들지만, 올해 안에 CNT분리판 양산 시스템을 갖춘 뒤 2023년부터는 해외 사업도 시작할 예정입니다.”
그는 첨단 소재회사로 시작했지만, 대량 생산에 설비 대형화가 필요했기에 어려움이 있었다고 말했다.
“자사가 첨단 소재회사로 구축되어 있는데, 분리판 양산은 대형 설비가 필요합니다. 중소기업은 개발해서 양산을 위한 설비구축 비용이 많이 드는데, 중소기업 입장에서 설비구축 자금지원이 원활하지 못해 어려웠습니다. 강소기업에 선정된 이후에야 중소기업진흥공단을 통해 자금지원을 받을 수 있었습니다.”
서정국 대표는 소재 산업에 오랫동안 몸담고 있던 관계로, 기존 수소업계에 대해서 알아가는 중이라고 밝혔다.
“수소산업협회 등에도 가입할 예정입니다. 다만, 국내 수소 관련 기업들이 좀더 저희같은 강소기업들에게 개방적이기 바랍니다.”
서 대표는 향후 국내 가스업계와 지속적인 교류를 이어가길 원한다고 덧붙였다.
“저희 같은 특수소재 제조회사는 국산화 시스템 개발에 큰 도움이 될 것이므로 기존 가스업계가 산업 융합을 위해서 많이 활용하기 바랍니다.”