[전기車·비행기… 첨단 산업 뒤에는 최첨단 섬유가 있다]

-'배터리 섬유' 아시나요
최첨단 섬유로 車 문·지붕 만들면 차체가 배터리 기능까지 해
별도의 車 배터리 필요 없고 전기車 중량 15% 감소시켜

-탄소섬유로 항공기 더 가볍게
비행기 동체의 첨단 재료로 쓰여… CO₂배출량·무게 9% 줄이는 효과

자동차·항공기·전자소재…. 섬유의 진화가 가속화하고 있다. 1905년 최초의 합성섬유인 레이온이 상업화되고 1938년 나일론, 1949년 폴리에스테르가 나온 뒤 섬유의 혁신은 한동안 정체 상태였다. 그러나 최근 들어 탄소섬유가 금속소재를 대체해가고 있고, 배터리섬유나 OLED(유기발광다이오드) 섬유 등 첨단 섬유가 속속 등장하고 있다. '옷을 만드는 실'을 뜻하던 섬유 산업의 기본 개념 자체도 바뀌고 있다.

◇배터리 섬유, 실험용 전기차에 부착

지난 17일 볼보자동차는 자동차의 차체가 배터리 역할을 하는 혁신적 물질을 개발했다고 밝혔다. 자동차 산업의 미래를 바꿀 이 새로운 물질은 '배터리 섬유'다. 배터리 섬유는 탄소섬유와 폴리머 수지를 합성해 강도를 철강재보다 더 단단하게 만든 것으로, 그 자체로 배터리 기능도 할 수 있다. 볼보는 배터리 섬유가 무거운 배터리팩을 대체하면서, 전기차 전체 중량이 약 15%가량 줄어들 것으로 보고 있다.

배터리 섬유의 구조는 간단하다. 탄소섬유와 유리섬유를 얇게 펴서 유리섬유층의 양면을 탄소섬유로 감싸는 3층 구조로 만든다. 이때 한쪽 탄소섬유층은 음극, 반대편 탄소섬유층은 양극이 된다. 유리섬유는 양극재와 음극재 사이의 분리막 역할을 한다. 구조는 간단하지만, 탄소섬유를 얇게 펴고 그 사이에 유리섬유를 넣어 구조적으로 안정된 배터리를 만드는 제조법은 고도의 기술이 필요하다. 이번 발표 전까지는 머릿속에만 존재해왔던 개념이었다.

◇비행기 동체에 첨단 섬유… 연료비 절감

비행기 역시 첨단 섬유의 사용이 활발한 분야다. 탄소섬유강화플라스틱(CFRP)은 고강도이면서 무게가 가볍다는 장점 때문에 보잉 787 드림라이너 제트기에 사용되고 있다. CFRP는 탄소섬유에 합성수지를 혼합한 강화플라스틱으로, 무게는 철의 4분의 1 이하이지만 강도는 10배가 넘는다.

보잉사는 787기의 동체 부분에 기존의 알루미늄·티타늄 등 금속 재질 대신 CFRP 12t을 사용해 동체 무게를 134t에서 122t으로 9%가량 줄였다. 동체 경량화는 연비 증대로 이어져, 비행기 1대당 연간 이산화탄소 배출량을 2700t 감소시켰다.

◇OLED섬유 등 개발 경쟁

전 세계 화학업계와 학계에서는 첨단 섬유 개발 경쟁이 뜨겁다. 이미 상용화가 크게 진전된 탄소섬유 외에도 OLED 섬유, 인체의 생체신호를 감지하는 휴먼 인터페이스(HI·Human Interface) 섬유 등 공상과학 소설에나 나올 법한 첨단 섬유가 개발되고 있다.

미 아이오와대 연구진은 작년 1월 혁신적인 OLED 섬유를 개발했다고 발표했다. 기존의 OLED 섬유는 박막형 OLED 패널을 의류에 부착하는 수준이었다. 반면 새로 개발된 것은 루테늄 소재의 금속을 나노미터 수준의 실로 만들어, 전류의 흐름에 따라 스스로 빛을 내는 명실상부한 OLED 섬유이다.

OLED 섬유 개발에선 우리나라도 세계적인 수준이다. 재료연구소 이혜문 박사와 KAIST 고승환 교수는 지난 7월 "전기가 흐르는 알루미늄이 스며들어 있는 섬유를 만들었다"고 발표한 바 있다. 연구진은 먼저 섬유가 알루미늄을 분해할 수 있도록 촉매 처리를 했다. 이어 이 섬유를 알루미늄 화합물이 녹아 있는 용액에 담갔다. 그러면 용액에서 알루미늄이 분해돼 나와 섬유 안쪽으로 스며든다. 기존에는 섬유 겉면에만 전도성 물질을 입힐 수 있었다. 이 기술이 상용화되면 '웨어러블(wearable·입는) 컴퓨터'의 개발이 촉진될 수 있다.


☞탄소섬유강화플라스틱(CFRP·Carbon Fiber-Reinforced Plastic)

탄소섬유에 합성수지를 혼합한 강화플라스틱이다. 탄소섬유는 철 무게의 4분의 1 이하이면서 강도는 10배가 넘는다. 차량이나 동체의 무게를 줄여 연비(燃費)를 높여야 하는 자동차·항공 업계에서 첨단 신소재로 각광을 받고 있다.