KOTMI(한국섬유기계융합연구원), JEC World 2025 기술 혁신상 수상

‘탄소 섬유산업 폐쇄 루프형 자원 순환기술’ 토대 마련한 핵심기술로 주목

KOTMI(한국섬유기계융합연구원), JEC World 2025 기술 혁신상 수상

원료비파쇄 기반 고성능 재생 탄소섬유 고속 회수 공정기술 높이 평가

인덕션 기술활용, 탄소섬유 폐기물 10초 이내 1,000℃ 이상 고속 열분해

친환경 ‘재생 탄소섬유’ 회수, 기존 성능 97% 수준 유지하는 고속 회수 가능

‘탄소 섬유산업 폐쇄 루프형 자원 순환기술’ 토대 마련한 핵심기술로 주목

일성컴파짓(주), KOTMI 핵심기술로 탄소섬유 지속가능 생태계 시장 다각화 공략

한국섬유기계융합연구원(원장 성하경, KOTMI) 천진실 박사(복합소재연구부, 선임연구원) 연구팀의 ‘유도가열 기술을 이용한 탄소섬유 폐기물의 비파쇄 공정기반 고성능 재생 탄소섬유 고속 회수 공정기술 개발 및 이를 이용한 탄소섬유 복합재 제조기술 개발’ 연구성과가 글로벌 복합재 산업계로부터 이목이 집중되고 있다.

해당 기술은 지난 2025년 1월 13일, 프랑스 파리 현지에서 진행된 ‘JEC World 2025 Innovation Awards’에서 JEC Group으로부터 복합재료의 지속가능성 및 재생기술 (Circularity & Recycling) 부문, 기술 혁신상을 수상했다.

▶JEC World Innovation Award Ceremony 시상식 장면(가운데 좌측 일성컴파짓(주) 김기영 대표, 가운데 우측, KOTMI 천진실 박사)

JEC WORLD는 프랑스 JEC 그룹이 주최해 매년 프랑스 파리에서 열리는 세계 최대 규모의 복합소재 전시회로 원료, 중간재, 설계·제조·시험 장비 등 전 영역에 걸친 최신 제품 출시, 기술 컨퍼런스, 스타트업 대회 등 복합소재와 그 응용 분야에 대한 혁신 기술을 한 자리에서 볼 수 있는 세계 최대 전시회다.

이번에 받은 혁신상은 매년 행사 개막에 앞서 복합재료의 잠재력을 최대한 발휘할 수 있는 창의적인 프로젝트에 수여하는 상으로 올해에는 항공우주 부품, 자동차와 도로 운송 부품, 순환성 및 재활용 등 총 11개 분야의 혁신기술을 개발한 기업 및 공동개발 파트너가 수상의 영예를 안았다.

천진실 박사 연구팀은 탄소 섬유산업의 활성화로 인해 야기되는 탄소섬유 폐기물에 대한 문제점과 재생 탄소섬유의 한계를 직시하고 이를 보다 효과적으로 해결하기 위한 수단으로 유도 가열기술을 활용한 원료(탄소섬유 폐기물)의 비파쇄를 근간으로 삼고 있다.

특히, 이를 위해 재생 탄소섬유 회수공정 기술과 재자원화 기술을 2022년부터 KOTMI의 자체 연구개발사업을 통해 개발 추진 중이다.

해당 기술은 2023년부터 경상북도와 경산시에서 투자한 선도 사업인 ‘유도가열 기반 열가소성 복합재 고속성형시스템 및 공정기술개발’ 사업으로 경산에 소재한 KOTMI가 핵심기술을 개발해 일성컴파짓(주)(대표 김기영)에 기술이전 했다.

또, 2단계 사업으로 기획한 기술개발 사업의 성과로 산업부 ‘국제 공동 기술개발사업’ 공모에 선정돼 2023년 11월부터 개발 진행하고 있는 프로젝트를 JEC Group의 Innovation Awards 공모에 제출, 글로벌 기술 혁신상을 수상했다.

이번 JEC World 기술 혁신상을 받은 ‘Induction Heating based rCF Reclaiming’ 기술은 천진실 박사 연구팀 중심으로 구성된 한국과 독일의 글로벌 컨소시엄(한국:한국섬유기계융합연구원, 일성컴파짓(주), 현대자동차, 독일: TU Dresden ITM, Wagenfelder Spinnerein GmbH, Cramer)이 한국산업기술진흥원 (KIAT)과 독일산업연구협회 연합회(AiF)를 통해 지원되는 한국-독일 국제 공동 기술개발사업 ‘유도가열기술을 이용한 고성능 재생 탄소섬유 제조기술 및 rCF 복합사(rCF Hybrid Yarn)를 이용한 차량용 부품 제조기술 개발’ 과제를 통해 확보된 ‘탄소 섬유산업의 폐쇄 루프형 자원 순환기술’에 대한 내용을 핵심기술로써 구성됐다.

유도 가열기술을 이용한 탄소섬유 폐기물의 비파쇄 공정기반 재생 탄소섬유 회수공정 기술의 핵심은 탄소섬유의 유전 특성(Dielectric Characteristics)를 이용해 고주파 전자기에너지를 고온의 열로 빠르게 변환시키는 것을 특징으로 한다.

▶KOTMI 개발 재생 탄소섬유 회수 메커니즘

기존의 재생 탄소섬유 회수공정 기술은 탄소섬유를 둘러싼 고분자 매트릭스(혹은 부산물 등)를 외부로부터 제거하는 기술이다.

재생 탄소섬유 회수 효율 향상을 목적으로 재생 탄소섬유의 원료가 되는 탄소섬유 폐기물을 분쇄하는 공정이 불가피하게 동반됨에 따라 회수되는 탄소섬유의 섬유장이 100mm 미만으로 제한되는 문제점을 갖는다.

반면, 본 기술의 경우 열원 (고주파 전자기장 발생원)과 탄소섬유 폐기물 간의 에너지 전달 매체를 요구하지 않는 탄소섬유의 자가 발열(Self-heating) 방식을 이용해 고분자 매트릭스를 제거한다.

특히, 높은 에너지 효율과 열분해 효율 향상이 목적인 만큼 탄소섬유 폐기물 파쇄에 의한 재생 탄소섬유의 섬유장 (Fiber Length) 감소를 유발하는 파쇄 공정이 요구되지 않는다.

이번 JEC World 기술 혁신상을 받은 KOTMI의 재생 탄소섬유 회수 기술은 탄소섬유 폐기물의 크기와 형태에 제한을 받지 않고 탄소섬유 폐기물 내에 존재하는 탄소섬유의 유도가열을 통해 기계적 손상 최소화 및 섬유장과 형상의 변화 없이 탄소섬유 폐기물의 종류에 따라 수십 mm에서 수 m 수준까지 길이의 제한 없이 회수가 가능하다.

이를 통해 다양한 형태의 중간재 및 탄소섬유 강화 고분자 복합재로 구현할 수 있어 재자원화 범위를 광범위하게 확장할 수 있다.

KOTMI에서 보유한 재생 탄소섬유 회수 기술은 기존 용매 활용법 또는 가열방식의 재활용 기술보다 에너지 효율이 월등히 뛰어나고 탄소섬유 강도 보존성이 높은 혁신적인 기술로 평가받고 있다.

동시에 폐기물을 줄이고 최대한 원재료 그대로의 탄소섬유를 얻을 수 있도록 해 탄소섬유의 지속가능성 기반의 친환경적이면서 경제적으로 재생 탄소섬유를 얻을 수 있는 강점을 갖는다.

또한, 유도가열 기반의 탄소섬유 폐기물 열분해 기술을 통해 회수된 재생 탄소섬유는 기존 탄소섬유의 기계적 성능(단일 탄소섬유 필라멘트 인장강도, 인장 탄성률 기준)을 97% 수준 유지하는 것으로 확인됐다.

이를 이용해 제조된 재생 탄소섬유 강화 고분자복합재료 (Recycled carbon fiber reinforced polymer composite, rCFRP)는 신재(Virgin) 탄소섬유를 이용해 제조한 것과 대등한 기계적 성능을 보이는 것이 확인됐다.

천진실 박사는 “본 기술을 바탕으로 지속적인 자체 연구개발을 통해 수소 압력 용기 및 열경화성 탄소섬유 토우프레그 등의 연속탄소섬유가 적용된 폐기물로부터 유도가열 기반의 연속 재생 탄소섬유 회수를 위한 기초 공정기술 개발을 마친 상태이며, 이를 이용한 연속 재생 탄소섬유 기반 중간재 제조기술을 개발 중임”을 밝혔다.

KOTMI의 성하경 원장은 “KOTMI 자체 기술력과 국내기업과의 지속적인 기술개발 협업 프로그램(1인 2사 기술고도화 지원 프로그램, 융합혁신단 단기기술지원)을 바탕으로 연구ˑ개발해 성공시킨 기술이 글로벌 무대에서 우수성을 검증받은 결과이다. 향후 이 기술을 통해 다양한 연계 기술개발을 통해 첨단산업에서의 원천 기술 확보를 위해 적극적으로 노력할 것”이라고 전했다.

또한 “글로벌 공급망이 더욱 중요해지는 상황에서 우리 KOTMI는 자율제조 연구 분야, 로봇 자율생산연구 분야, 소재 혁신 연구 분야를 중점으로 국내를 비롯한 글로벌 우수 연구기관과의 지속 가능한 연구·개발 협력 모델을 창출해 산업적 파급효과가 높은 우수 연구성과 창출을 위해 매진하겠다”며, 각오를 밝혔다.

<김진일 기자>