미래 유망 소재 개발, 사업 경쟁력 지배

20세기 후반으로 들어서면서 소재산업이 획기적인 변화를 맞고 있다.
소재 기술발전 및 경쟁 환경변화에 따라 소재 경쟁력이 전체 사업의 경쟁력을 지배하는 시대가 도래했다.

수요측면의 변화도 혁신적인 소재 등장을 재촉하고 있다. 글로벌화 진전에 따른 초경쟁시대 진입으로 차별적인 경쟁원천을 발굴해야 한다는 기업들의 압박감이 갈수록 심화되고 있는 상황이다.

소재는 개발이 어렵지만 성공할 경우 장기간의 진입장벽 구축이 가능하고, 제품의 기능이나 성능에 미치는 영향이 그 어느 분야보다 크다. 결국, 소재기업이나 소재를 사용하는 수요기업 모두 소재 분야의 경쟁력 확보가 전체 사업의 경쟁력을 지배하는 시대가 도래하고 있는 것이다.

LG경제연구원은 최근 환경 변화와 주요 기관들의 미래 예측 결과를 반영한 '미래유망소재' 보고서를 통해 유망 소재 유형을 4가지로 정리했다. 앞으로의 소재 개발 방식은 과거에 비한다면 훨씬 고객 지향적이고 정교해질 것으로 예상된다.

첨단소재를 중심으로 지속적으로 신용도를 창출해가는 소재의 유형도 분명히 존재하겠지만 원하는 용도에 최적화된 맞춤형 소재의 비중이 갈수록 증가할 것으로 예상된다.

LG경제연구원이 제시한 미래 유망 소재 유형은 환경 및 자원 이슈에 대응하기 위한 ①환경친화형 소재와 ②에너지 절약형 소재, IT기술의 진화에 따른 ③정보화 지원형 소재, 마지막으로 삶의 질 개선에 기여하는 ④첨단 기능형 소재 등이다.

1. 환경친화형 소재

◆ 광촉매

광촉매는 빛을 받으면 활성산소를 발생시켜 세균이나 유해한 화학물질을 분해하는 작용을 하는 소재다. 실내 조명에서도 본래의 효과를 발휘할 수 있는 제품개발이 요구돼 왔고, 최근 들어 그 성과가 나타나고 있다.

파나소닉전공, 스미토모금속, 오사카티타늄, 도시바 머티리얼 등의 참여 기업들은 이를 바탕으로 건축자재, 냉장고 등의 가전제품, 자동차 내장재, 창유리 등으로 광촉매의 용도 확대를 적극적으로 추진할 계획이다.

광촉매 세계 시장규모는 현재 1천억엔 미만 수준이지만 2015년에는 이보다 4배이상 성장한 4천억 엔에 달할 것으로 업계는 예상하고 있다.

◆ 재활용 소재

일본의 물질재료 연구기구는 일본 내 가전제품 등에 축적된 금속의 매장량이 세계 연간소비량 기준으로 리튬은 7.4년분, 백금은 5.7년분, 희소금속은 2.5년분에 이른다고 발표했다.

장기적으로는 이산화탄소 재활용도 눈여겨봐야 할 분야이다. 대표적인 온실가스로 알려진 이산화탄소는 각국이 효과적인 처리를 위해 골머리를 앓고 있다.

이미 PC(폴리카보네이트), 폴리우레탄원료로 이산화탄소를 활용하는 방안은 실용화 단계에 들어서고 있으며, 최근에는 이산화탄소로 직접 고분자 재료를 합성하는 연구가 활발히 진행되고 있다.

미국의 곡물기업인 카길과 벤처기업인 Novomer, 일본의 스미토모화학과 데이진 등이 연구에 나서고 있으며, 우리나라의 SK에너지도 얼마 전 이산화탄소 플라스틱 연구 계획을 밝힌 바 있다. 애물단지로 전락한 이산화탄소가 고부가가치 자원으로 변신할 날도 머지않아 보인다.

2. 에너지 절약형 소재

◆ 탄소섬유

탄소섬유는 무게가 철의 1/4에 불과한 반면 강도는 10배에 달하는 첨단소재다. 뛰어난 물성에도 가격이 워낙 비싸 그동안은 전투기나 스포츠카, 골프채 등 한정된 분야에만 사용돼 왔다. 그러나 고유가와 환경규제 강화로 항공기의 연비 절감 요구가 높아지면서 새로운 성장의 전기를 마련하게 된다.

보잉을 시작으로 주요 항공기 제조사들이 탄소섬유 사용 확대 계획을 발표하고 있는 것이다. 보잉의 최신 기종인 B787의 경우 주날개 및 동체의 약 50%를 탄소섬유 강화플라스틱으로 대체할 예정이며, 이렇게 될 경우 대당 30t의 탄소섬유가 사용된다.

현재 세계 탄소섬유 시장은 도레이와 미쯔비시레이온, 데이진 등 3사가 주도하고 있다. 이들 기업들은 공격적인 생산능력 확대와 함께 탄소섬유의 또 다른 용도 개발에도 적극 나서고 있다.

탄소섬유 기업들이 공통적으로 주목하고 있는 분야는 자동차 산업이다. 도레이에 따르면 자동차 차체의 17%를 탄소섬유로 대체하면 30%의 경량화가 가능하며, 연비는 20% 개선될 수 있다고 한다. 한편 자동차 경량화 분야는 철강 및 석유화학 기업들도 관심이 높은 분야로 향후 소재 간 경쟁이 치열하게 전개될 것으로 예상된다.

◆ LED소재 및 고효율 단열재료

에너지 효율 향상에 대한 요구는 주로 조명, 건축 등의 분야에서 나타나고 있으며, 소재 개발의 방향도 이러한 흐름에 맞춰지고 있다.

LED(Light Emitting Diode) 조명이 대표적이다. 백열등 대비 80%, 형광등 대비 50%의 높은 에너지절감 효과와 함께 장수명을 자랑하는 LED는 차세대 조명의 총아로 떠오르고 있다.

각국이 경쟁적으로 LED 조명 산업을 육성하는 가운데 LED 소재 분야도 급성장이 예상된다. 그중에서도 형광체 원천 기술을 보유한 일본의 니치아화학과 도요타고세이, 미국의 CREE, 독일의 오스람 등이 성장을 주도하는 가운데 후발 기업들의 추격이 갈수록 거세질 전망이다.

우주 소재로 쓰인 에어로겔(Aerogel)도 미래의 단열재로 평가받고 있다. 1930년대에 나왔지만 1997년 화성탐사 로봇 소저너의 단열재로 쓰이면서 다시 주목받기 시작했고 이후 우주선 '스타더스트' 에서는 우주물질 채집 역할도 했다.

머리카락의 1만 분의 1 굵기인 실과 실 사이에는 공기 분자들이 전체 부피의 98%를 차지해 밀도가 공기와 비슷하다.

지구상에서 가장 가벼운 고체로 기네스북에 기록되기도 했다. 섭씨 1천100℃에서도 전혀 타지 않고, 높은 단열성, 방음력, 500g으로 자동차 무게를 견딜 정도의 강도, 높은 투광성을 지녔다.

대량 생산될 경우 건축자재는 물론 촉매, 흡착제, 자동차 소재로의 응용도 기대된다. 스미토모 3M은 적외선을 반사시켜 실내온도 상승을 차단하는 창유리용 차열필름을 개발, 시판하고 있다.

에너지 효율이 높은 건축용 재료는 현재 가격이 비싸 보급에 애로를 겪고 있지만, 상대적으로 낙후된 주택 부문의 에너지 효율을 높이기 위한 각국 정부의 정책적 지원이 예상됨에 따라보다 다양한 종류의 제품이 시장에 선을 보일 전망이다.

◆ 대체에너지 관련 소재

대체에너지 관련 소재 중에서는 리튬이온전지용 재료가 가장 각광을 받을 전망이다. 리튬이온전지가 그동안 휴대폰이나 노트북 컴퓨터 전용에서 하이브리드 자동차 및 전기자동차용으로 용도를 넓혀감에 따라 전지재료 수요도 급성장을 할 것으로 보이기 때문이다.

이에 따라 세계 최강인 일본을 중심으로 전해액, 세퍼레이터, 음극/양극 재료 등을 생산하는 업체들의 생산능력 확대 및 신규 참여가 활발하게 이뤄지고 있다.

보다 장기적으로는 태양전지나 수소에너지 관련 재료가 유망할 것으로 보인다. 태양전지의 경우 기존의 실리콘 재료는 물론 유기박막태양전지재료, 염료감응형 태양전지재료 등도 수요가 증가할 전망이다.