효성, 한국 기업으로 유일하게 탄소섬유 개발 상업화 성공
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효성, 한국 기업으로 유일하게 탄소섬유 개발 상업화 성공
  • 권혁중 기자
  • 승인 2019.08.21 06:27
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[서울=글로벌뉴스통신]효성은 2008년부터 전주시와 협업을 통해 ‘미래 산업의 쌀’로 불리고 있는 탄소섬유 개발을 본격화했으며, 지난 2011년 4여년 간의 연구 끝에 독자기술을 기반으로 한 탄소섬유를 개발에 성공했다. 이는 일본, 독일, 미국 등에 이어 세계에서는 4번째이며, 국내에서는 최초로 개발에 성공했다.

효성첨단소재㈜는 2013년 5월 전북 전주시 덕진구 첨단복합산업단지에 18만2,000m2 (약 5만5,000평) 면적에 약 1,300억원을 투자해 연산 2,000톤 규모의 탄소섬유 공장을 완공했다. 효성첨단소재㈜는 현재 기존 부지에 연산 2,000톤 규모의 탄소섬유 생산공장을 증설 중이며, 내년 2월부터 본격 생산에 착수할 예정이다.

현재까지 탄소섬유 연구 및 생산 설비 등에 3,200억원을 투자했으며, 약 400명의 고용창출 효과를 거뒀다.효성은 정부가 추진하는 수소경제 시대를 앞당기기 위한 탄소섬유 투자에 속도를 내고 있다.

효성은 2028년까지 설비구축과 연구개발(R&D)에 총 1조원을 투자해 10개 생산라인, 연산 24,000톤의 생산 규모로 확대해, 세계시장 점유율 10%의 탄소섬유 분야 글로벌 TOP 3에 진입한다는 계획이다.

효성의 탄소섬유 상업화 성공으로 전량 외국 수입에 의존하던 국내시장은 국산 탄소섬유로 대체가 가능해졌다. 효성은 탄소섬유가 한국 경제의 미래를 책임질 ‘산업의 쌀’이 될 것이라고 전망하였다.

이에 따라 국내 탄소섬유 시장도 급성장할 것으로 예상되며, 효성도 탄소섬유 산업에 지속적으로 투자를 확대해 나가는 한편, 탄소섬유 공장이 있는 전주를 중심으로 전북지역에 탄소섬유 클러스터 조성에도 박차를 가할 계획이다.

효성은 공장 내에 탄소섬유 및 복합재료 연구센터와 탄소특화창업보육센터를 두고, 탄소섬유는 물론 중간재와 성형 가공까지 일괄 기술을 확보하는 동시에 탄소섬유 관련 벤처 및 중소기업을 육성하고 있다.

□ 효성의 탄소섬유 브랜드 ‘탄섬(TANSOME®)’

효성은 탄소섬유의 브랜드는 탄섬(TANSOME®)이다.탄섬은 한글로 ‘탄소섬유’의 준말이면서, 탄소섬유 생산 공정의 특성인 ‘소성(태우는 과정, tanning)’과 특별하고,중요하다.(something special)의 뜻을 결합한 것으로 새로운 부가가치를 창조한다는 의미를 가지고 있다.

효성의 탄섬은 일본 등 선발업체들이 생산하는 고강도 탄소섬유와 같은 등급의 품질 생산이 가능하며, 자동차, 에너지, 레저 분야 등 다방면의 미래 첨단 소재로 활용되고 있다.

최근에는 미래 친환경 자동차로 주목 받고 있는 수소전기차, CNG차의 핵심 부품인 수소연료탱크 등 고압용기 제작에 주로 사용되고 있고,2030년까지 수소연료탱크는 120배, CNG 고압용기는 4배 이상 성장할 것으로 예상된다.

효성의 탄소섬유 공장 증설 역시 탄소섬유가 미래 친환경 자동차로 주목 받고 있는 수소·CNG차, 전선심재의 경량화 핵심소재로서 산업∙항공용 탄소섬유의 수요 증가에 대비하기 위해서다.

효성은 탄섬의 국내외 판매 확대를 위한 마케팅 활동을 적극적으로 펼치고 있다.매년 서울, 유럽, 미국 등에서 열리는 세계 최대의 복합재료 전시회(JEC)에 참가해 탄섬의 품질과 기술력을 소개하고, 신규 판로를 확보하는 기회로 활용하고 있다.

현대자동차와 협력해 미래형 컨셉트카인 인트라도의 차체에 탄섬을 적용하기도 했다.탄소섬유로 만든 차체는 강철로 만든 일반 자동차와 같은 강도면서도 무게가 60% 정도 가벼워 연료효율이 높다. 한국 기업이 생산한 탄소섬유가 차량에 적용된 것은 2014년 인트라도가 처음이다.

효성의 탄섬은 국내는 물론, 중국, 미국, 유럽 등 글로벌 주요 시장 확대를 위해 적극 노력하고 있다.낚싯대, 등산스틱 등 레저용 제품에서부터 자동차용, 건축용 소재 등 제품의 사용처를 다방면으로 확대하고 있고,최근에는 수소전기차용 연료탱크 공급을 위해 국내 업체와 협업을 강화해 품질 테스트를 실시하는 등 이른 시일 내에 제품 공급이 이뤄질 것을 기대하고 있다.

□ 효성 탄섬의 개발배경

효성은 지난 66년 설립 이후, 화학섬유 분야에서 글로벌 톱(TOP) 수준의 기술력을 갖춘 기업으로 성장해 왔으나, 중국 업체들의 범람 등의 이유로 기존 섬유제품으로는 성장의 한계에 직면해야 했다.

이를 타개하기 위해 90년대 초반에는 세계에서 4번째로 자체 기술을 기반으로 스판덱스 개발에 성공했음. 국내 기업 최초로 고부가가치 섬유 시장을 열었을 뿐만 아니라, 2010년에 들어서 세계 1위 제품으로 올라서며 효성이 글로벌 기업으로 성장하는 기반이 됐다.

효성은 지난 2000년대초 지속 가능한 성장을 위해 화학섬유 분야에서 쌓아온 기술력과 노하우를 기반으로 전방위 융복합이 가능한 탄소섬유 개발에 착수했다.

탄소섬유는 ‘미래산업의 쌀’이라고 불리며 1980년대 국내에서 이미 상당수의 연구소와 기업이 관심을 두고 있었으나, 전략물자로서 철저한 기술 보안관리 대상으로 선진국 일부 국가만이 기술을 보유하고 있었으며, 관련 시장도 성숙되기 전이어서 ‘불모의 영역’으로 여겨지고 있었다.

이에 조석래 명예회장 및 효성 경영진은 미래 성장 가능성에서 사업 기회를 포착하고,  “아무도 안할 때 들어가라”고 지시하는 등 열정적으로 탄소섬유 기술 연구에 전념하도록 지원했다.

 조 명예회장은 탄소섬유의 원료인 탄소는 석탄 등에서 쉽게 구할 수 있는 반면, 탄소섬유 중간 복합재 등 최종 제품에 적용될 경우 그 가치가 수 백배 커지는 제품이 될 것을 보고 반드시 해야 하는 사업으로 판단한 것이다.

특히, 탄소산업은 전 후방 산업에 대한 육성 효과가 매우 커서 테니스라켓, 자전거, 골프채 등 일상 제품부터 자동차, 선박, 일반기계, 반도체, 디스플레이, 건축자재, 항공분야 등 우리나라 주력 산업과의 연광성도 매우 높은 제품이며, 산업의 미래화, 고도화를 이끌 핵심 소재로 각광받고 있다.

□ 탄소섬유는 신소재 개발을 위한 민관 협력의 결실

 탄소섬유는 전략물자로서 철저한 기술 보안관리 대상이어서, 선진국 일부 국가만 기술을 보유하고 있었다. 이에 효성은 개발초기부터 정부 유관 기관 및 탄소복합재료 업체의 전문가들과 협력해 국책과제를 진행했다.

효성은 2008년부터 전주시 등과 협업하면서 본격적으로 개발에 나섰다.  전주시와 전북도는 탄소산업을 도시의 전략적 육성 산업으로 정하고 적극 지원에 나섰다.전주시는 탄소산업만을 위해 특별히 조례를 개정했으며, 탄소섬유 관련 사업체에 용지매입 및 공장 건설을 위해 수십억 원을 지원하기도 했다. 전주시청에는 국내 유일의 탄소산업과라는 전담조직을 신설해 직원 20여명을 배치하기도 했다.. 이 같은 민관의 협력과 국책과제 수행을 통해 탄소섬유 사업을 현재까지 성장할 수 있었던 것이다.탄소산업이 성장하기 위해서는 복합재로 가공 기술도 함께 성장해야 한다.복합재료 밸류 체인(Value Chain)을 형성하기 위해 전북도, 전주시 등과 협력해 전주를 중심으로 탄소산업 클러스터 조성을 위해 노력해 왔으며, 이를 통해 국내 자체 공급망 구축과 글로벌 강소 기업 육성의 효과가 있을 것으로 기대하고 있다.

□ 효성의 탄소섬유 기술 수준

탄소섬유 생산기술은 국가 간 이동이 통제되는 국가전략 품목으로 제한되어 대부분의 국가나 기업들은 개발할 엄두조차 내지 못했다. 그 결과, 지난 2012년 기준 미국, 일본 등 글로벌 6개 기업이 전 세계 생산 Capa의 72%를 차지할 정도였다.현재도 일본 3개 기업이 시장의 60%를 차지하고 있다.

기술력이 부족하고 국내 생산 기반이 전무한 상황에서, 효성은 2008년부터 개발을 본격화한 지 불과 3년여만인 지난 2011년 독자기술을 기반으로 범용부터 고성능 제품에 이르기까지 다양한 등급(grade)의 탄소섬유 개발에 성공했다.

국내 업체로는 효성 이외에도 일부 대기업들이 탄소섬유 사업에 뛰어들었으나 시장 진입에 실패하면서 사업을 중단했다.

효성은 지난 수년간 쌓아온 생산 노하우를 기반으로 안정적인 탄소섬유를 생산하고 있으며, 고부가가치의 고성능 탄소섬유 생산도 늘려가고 있다.

현재는 수소연료탱크 등을 포함한 자동차용 부품에 사용될 탄소섬유 공급을 위해 엄격한 테스트 과정을 거치고 있다.또한, 국내는 물론 중국, 유럽, 미국 등 글로벌 주요 시장에 낚싯대, 골프샤프트 등 레저용 제품부터 수소 및 CNG 탱크 등 고압용기에 이르는 다양한 제품을 판매하고 있으며, 신시장 확대를 위해 주력하고 있다.

효성은 향후 우주항공, 자동차, 비행기 등 고성능급에 사용되는 탄소섬유 양산 및 판매를 늘려 나감으로써 글로벌 톱 클래스 수준으로 도약할 것을 기대하고 있다,

이를 위해 일본, 미국, 독일 등이 정부 차원에서 전폭적인 탄소섬유 산업 진흥과 지원을 하는 것과 같이 한국도 미래 산업 육성 차원에서 탄소섬유 사업에 대한 지원이 필요한 상황이다.한국이 탄소강국으로 성장하기 위해서는 정부차원에서 국가적 전략 소재로 탄소산업을 육성해야 하고, 국내 업체에 대한 투자 및 조세 인센티브 부여도 필요하다는 의견이 나온다.

조현준 회장은 "탄소섬유는 꿈의 소재다.가벼우면서도 더 강한 탄소 소재는 산업소재의 패러다임을 어디까지 바꿀 수 있을지 그 끝을 단언하기 어렵다.효성은 탄소섬유의 미래 가치에 주목해 독자 기술 개발에 뛰어들었고, 2013년 전주에 공장을 건설해 연 2,000톤의 탄소섬유를 생산하고 있다.효성은 탄소섬유를 더욱 키워, ‘소재강국 대한민국’ 건설에 한축을 담당하고자 한다.효성은 2028년까지 총 1조원을 투자, 생산라인을 현재 1개에서 총 10개로 늘릴 예정이며, 내년 봄에 제2라인을 가동할수 있도록 속도를 낼 것이다.증설공사가 끝나면 연간 24,000톤의 탄소섬유를 생산. 이는 단일 공장 세계 최대 규모다.2,300개의 질 좋은 일자리도 새로 생기게 될 것이다.문재인 대통령께서 이끌고 있는 수소경제도 탄소섬유에 새로운 시장을 열어주었다.강도면에서 세계 최고의 기술을 자랑하는 효성 탄소섬유는 초고압인 수소가스를 저장하는 용도로 가장 적합하다."고 밝혔다.

이어서 조 회장은 "강철을 대체하는 탄소섬유의 가능성은 무궁무진하며, 탄소섬유를 사용하는 후방산업의 가능성 또한 무궁무진하다.앞으로 많은 기업들이 꿈과 용기를 가지고 전주에 모여 탄소 클러스터를 만들고, 상상력을 발휘하여 새로운 제품과 시장을 더 창출해낼 것이다.그럼으로써 대한민국 탄소산업의 중심축, 제조업 르네상스의전진기지로 발전해 나갈 것이라고 확신한다."고 말했다.

효성은 1966년 창업 이래 기술 독립을 추구하며 한 우물을 파 온 소재 전문 기업. 경영진의 70%가 공학을 전공한 엔지니어 출신이다.한마디로 엔지니어가 모여서, 엔지니어가 경영하는 기술 중심 기업이다.효성은 1971년 국내 기업 최초로 기술연구소를 설립하여 독자기술로 소재사업을 육성해 왔다.그 결과 현재 4개(스판, 타이어보강재, 에어백 및 시트벨트 원사)의 분야에서 세계 시장의 40%를 점유하는 압도적 1등  제품을 만들어냈다. 그 외에도 세계 2등 제품을 4개(ATM, NF3 개스, NF3+질소 MIX 개스, TAC FILM, 터프티드 카매트) 보유하고 있으며 이 또한 세계 1등으로 만들어낼 것을 계획하고 있다.

효성이 여러 분야에서 세계 1등이 가능한 이유는 소재는 물론 그 생산공정까지도 독자 개발하여 경쟁사를 앞서겠다는 기술적 고집에 있었다. 그리고 또 다른 소재 사업의 씨앗을 심기 위해 세계 최초로 개발한 폴리케톤 등 여러 신소재 분야에서 도전을 지속하고 있다.

특히 , 효성은 세계 최고의 소재 강국 대한민국을 만드는데 앞장서서, 전주를 세계 최고의 탄소산업 메카로 만드는데 혼신의 노력을 다하고 있다.

조현준 회장은 그 동안 100년 기업 효성을 만들어가기 위해 “기술이 자부심인 회사로 만들겠다. 기술경쟁력이 우리의 성공 DNA로 면면히 이어지도록 하겠다”면서 기술 중시 경영철학을 강조해왔다. 조 회장은 탄소섬유를 비롯해 효성이 확보하고 있는 원천 기술력을 기반으로 회사의 신성장동력 사업을 적극 육성해 나갈 계획이다.이와 함께 조 회장은 고객의 목소리를 경청하는 VOC(Voice of Customer) 경영을 강조해왔다. 고객의 목소리를 넘어 고객의 고객(VOCC: Voice of Customer’s Customer), 경쟁자의 목소리(VOCO: Voice of Customer’s Competition)까지 경청함으로써, 어떠한 경영 환경에서도 흔들리지 않는 사업 경쟁력을 갖출 것을 주문해왔다.

조 회장은 까다로운 테스트와 긴 검증기간 등으로 신규 고객 확대가 어려운 탄소섬유 사업에서도 후발 업체인 효성이 경쟁력을 확보하기 위해서 무엇보다 VOC에 집중함으로써 고객이 원하는 품질과 기술력, 공급 능력을 확보에 주력할 것을 강조하고 있다.

조석래 명예회장은 지난 2000년대 초부터 탄소섬유 개발을 지시하고, 10여년 기간 동안 열정적으로 연구에 전념할 수 있는 환경을 조성하고 지원했다.

조 명예회장은 이미 일본 및 미국 업체들이 탄소섬유 시장을 독식한 상황에서 국내 연구 결과도 전무했던 ‘불모지의 영역’에 과감히 도전했다. 수많은 시행착오에도 조 명예회장은 뚝심 있게 묵묵히 연구에 매진함으로써 섬유 중에서는 가장 어렵다는 탄소섬유 개발에 2011년 마침내 성공했다.독자 개발에 앞서 일본 지인은 조 명예회장에게 탄소섬유 개발에 이제서야 효성이 뛰어드는 것이 위험할뿐더러 독자적으로 개발하려면 수십 년은 걸릴 것이라는 이야기를 듣는 등 주변의 만류도 심했다.선진업체는 효성에 은근한 기술 제휴를 제안하기도 했다. 독자기술 개발에 비용을 투자하는 것보다 자신들의 기술을 활용해 사업을 하면 수익도 날 것이라는 제안이었다. 국내 시장 진입을 노리던 일본 업체로서도 연착륙의 기회로 활용하겠다는 것이었으나 효성은 난관에도 의지와 집념으로 독자적인 탄소섬유 개발에 매진했다.

효성은 개발 초기, 탄소섬유가 전략물자인 것을 고려해 국책과제로 관련기관들과 협업을 진행했으며, 아크릴 방사 전문가들의 노하우에 탄소섬유 분야 방사 문헌기술을 접목시켜 빠르게 우수한 품질의 전구체(프리커서, precursor) 섬유를 개발했다.프리커서 개발 이후 탄화기술과 공정, 제품을 분석·평가하는 동시에, 해외 탄소섬유제품 벤치마킹을 통해 당사의 탄소섬유 품질을 객관적으로 평가함으로써 부족한 부분을 지속적으로 보완해 나간 덕분에 단 기간 내 개발에 성공할 수 있었다.이미 섬유제조에 특화된 기술을 보유한 효성은 프리커서 역시 기본적으로 원사 제조 과정과 같은 것이라는 데 자신감을 갖고 개발 기간 단축이라는 저력을 보여주기도 했다.원천기술 확보를 위해 유난한 노력과 애정을 가진 것으로 알려진 조석래 명예회장의 기술 중시 경영 철학이 이루어낸 성과라는 평가다. 조 명예회장은 “오직 기술로만 살아남을 수 있다. 기술을 앞세워 영업하라”고 강조해왔다.

□ 폴리케톤, TAC필름 등 신소재도 개발

효성은 그 동안 국내 화섬 기술을 세계적인 수준으로 끌어올렸으며, 초극세 보합사, 인공피혁, 축열보온섬유, 흡한속건 섬유 등 많은 신제품 개발과 상업화를 이뤄낸바 있다.

효성은 지난 92년 국내 최초로 ‘섬유의 반도체’라고 불리는 고탄성 신축섬유인 스판덱스 개발에 성공했다. 세계에서 4번째 개발한 효성의 스판덱스는 첫 개발에 성공한 이후에도 숱한 실패와 시행 착오를 거치면서 마침내 90년대 후반부터는 본격적인 수익을 얻게 됐다. 2000년대 들어서는 중국을 비롯해 베트남, 터키, 브라질 등 세계 주요 거점 시장에 생산기지를 건립해 안정적인 공급망을 갖추게 되면서, 타사의 세계 1위 시장점유율을 넘어선 역전의 1위 브랜드가 됐음. 현재에도 차별화된 기능성과 우수한 품질을 기반으로 세계 시장을 독주하게 되었다.

지난 2013년에는 세계 최초로 친환경 고분자 엔지니어링 플라스틱 소재인 폴리케톤 개발 및 상용화에도 성공했다. 폴리케톤은 기존 나일론, 폴리아세탈, 알루미늄 등의 소재 대비 물성이 탁월하게 우수해 향후 자동차, 전기전자 등 부품산업을 주도할 핵심소재로 꼽히고 있다.현재 울산 용연공장에서 연산 5만톤 규모의 공장을 운영 중이다.

조석래 회장은 2000년대 초반, “세상에 없는 물질을 만들라”고 지시했으며, 이에 따라 효성은 미국 등 세계 유수의 화학 기업들이 개발을 염원했으나 생산하지 못한 ‘폴리케톤’ 개발에 10년만에 성공했다.

효성은 이외에도 화섬산업에서 축적된 기술을 기반으로 탈수소화(DH)공정을 바탕으로 한 폴리프로필렌 개발에 성공하는 등 화학 분야의 원천 기술을 확보하는 데 기여해왔다.

지난 2009년에는 국내 기업 최초로 TAC(Tri-Acetyl Cellulose) 필름 개발에 성공, 2009년 울산 용연공장에 LCD용 TAC필름 공장을 완공했다.  2013년 충북 옥산에 TAC필름 2호기 공장 가동해, 현재 1.1억m2 의 생산 능력을 보유하고 있다.TAC필름은 TV, 모니터, 휴대폰 등 전자기기에 사용되는 LCD부품인 편광판을 보해주는 필름으로, 광학적 특성을 지니는 디스플레이용 핵심 전자소재다.디스플레이 전자기기에서 우리 눈에 보이는 색과 영상은 편광판으로 투과된 일정 방향의 빛이 패널을 통과하면서 만들어진 것임. 편광판의 주요 요소인 편광 소자는 얇은 막으로 구성되어 있어서, 투명하면서도 강도가 뛰어난 TAC필름으로 편광소자를 보호해주는 것이 필수적이다.

효성이 TAC필름을 개발하던 2009년 당시, 디스플레이 부품, 소재분야에서는 일본에 대한 의존도가 높아,TAC필름도 전량 일본에서 수입하고 있는 상황에, 효성은 국내 최초로 TAC필름 제조 기술을 개발함으로써 사업 진출 10년 만에 일본과 동등한 수준의 품질과 기술력을 갖췄다는 평가를 받고 있으며, 수입 대체 효과는 물론 국내 디스플레이 완성품과 중간 제품 업체의 경쟁력 강화에 기여하였고,최근에는 중국 등 신흥 디스플레이 시장으로 판매를 확대해 나가고 있다.              


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