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2. 수송용 부문의 유망 부품/소재
경량화 소재 수송 분야에서의 에너지 효율 개선은 북미나 유럽의 환경 규제 강화로 인해 반드시 해결해야 하는 중요 과제 중 하나다. 경량화는 이를 해결하기 위한 가장 중요한 해결 방법이 되고 있으며 이 때문에 경량 소재에 대한 관심이 집중하고 있다. 경량소재로 주목받고 있는 것은 크게 금속 계열과 비금속 계열로 나눌 수 있으며 금속 계열은 기존 철강에 비해 가벼우면서도 물성이 뛰어난 고강도 철강 뿐만 아니라, 마그네슘, 알루미늄 등을 이용한 합금이 대표적인 경량 소재다. 한편 비금속 계열로서는 과거 플라스틱이 주로 사용되었지만 최근 유기 소재인 플라스틱과 클레이 등 무기 소재를 복합해서 만든 유무기 복합소재 그리고 탄소 섬유 복합 소재 등이 단연 두각을 나타내고 있다. 자동차용 2차전지 소재 이와 동시에 기존 자동차에 비해 연비가 크게 개선된 하이브리드 자동차나 전기자동차도 급속히 성장하고 있다. 이러한 현상이 일시적 유행에 머물지 않고 하나의 트렌드로 자리 잡을 것으로 예상되면서 전기 자동차의 핵심 부품인 2차 전지에 대한 관심이 쏠리고 있는 상황이다. 지금까지 2차 전지는 주로 소형 모바일 기기에 사용되어 왔으나, 전기 자동차용 수요가 확대되면서 고용량, 고출력, 안전성 강화 등 전기 자동차에 적합한 전용 전지 개발이 요구되는 추세이다. 2차전지의 주요 소재인 전극 소재 개발을 위해 여러 기업들이 연구하고 있으며 현재에는 음극재로서 흑연이나 Hard Carbon 등 탄소 소재가 사용되고 있고 양극재로서 리튬과 코발트, 망간 등을 합성해서 만든 소재가 사용되고 있다. 현재 주요 연구 방향은 고용량을 위해 음극재로 실리콘계 내지 주석계 합금 소재 그리고 양극재로는 가격이 비싼 코발트 대신 니켈이나 리튬 함량을 증가시켜 고용량, 저가격을 실현시킬 수 있는 소재를 개발하는 것이다. 한편 현재 초기 연구 단계에 있는 리튬 황 전지, 리튬 공기 전지 등이 차세대 소재로 꼽히고 있다. 3. 가정/상업/산업용 부문의 유망 부품/소재 전력 반도체 소재 가정/상업/산업용 부문에서는 에너지 효율을 획기적으로 개선할 수 있는 차세대 전력 반도체에 대한 관심이 집중되고 있다. 전력 반도체란 전력 변환 시스템에 사용되는 반도체로 대표적인 전력 변환 시스템으로는 교류를 직류로 변화시키는 정류 장치, 직류를 교류로 변환시키는 인버터 등이 있다. 전력 변환 시스템은 그동안 전동기 제어, 고급 가전제품의 전원 장치 등에 널리 사용되어 왔다. 문제는 이러한 전력 변환 과정에서 전력 손실이 발생하며, 전력 손실은 곧바로 열에너지로 바뀌어져서 시스템의 안정성에까지 영향을 미칠 수 있다는 것이다. 최근 이러한 전력 손실을 획기적으로 줄일 수 있는 반도체 기판 소재가 개발되고 있는데 탄화 규소(SiC), 질화 갈륨(GaN), 산화아연(ZnO) 등이 이에 해당된다. 실례로 초고순도 SiC 소재를 적용한 SiC 에너지 반도체 소자는 기존의 실리콘 소자 대비 인버터와 컨버터의 에너지 효율을 개선함으로서 에어컨의 경우 전력 손실의 약 70% 감소, 산전 기기의 경우 스위칭 속도 4배 향상 및 전력 손실 50% 감소가 가능하다. 이러한 절감 효과로 인해 차세대 반도체 소재로 불리우는 SiC, GaN, ZnO 소재에 대한 연구가 기업과 학계를 중심으로 활발히 진행되고 있다. LED/OLED 소재 또한 기존 조명기구/디스플레이에 비해 저전력 소비 및 장수명의 특징을 가진 LED, OLED 가 미래의 중요 제품으로 주목을 받고 있는 상황이다. 특히 LED는 대형 TV 나 노트북의 백라이트로 사용되면서 급속히 성장하고 있다. 한편, LED의 많은 장점에도 불구하고 가격이 워낙 비싸 고전을 면치 못하고 있는 조명시장 분야도 향후 기술 발전에 따른 원가 절감 및 에너지 효율에 대한 니즈 증가 등으로 빠른 성장을 할 것으로 예상된다. OLED는, 무기 발광소재를 사용하는 LED와 달리 유기 발광소재를 사용하며 향후 응용 분야가 소형 디스플레이 뿐만 아니라 플렉시블 디스플레이 등으로 확대될 것으로 기대되고 있다. LED와 OLED 각각 발광 소재에 의해 특성이 결정되므로 우수한 발광 특성을 갖는 발광 소재 개발이 가장 중요하다고 볼 수 있다. 적색 LED에는 인화갈륨(GaP) 계열 반도체 등이 사용되며, 녹색 및 청색에는 인듐갈륨질소(InGaN), 그리고 자외선은 GaN 등이 사용되고 있다. 현재 고효율이 개발된 적색 및 청색과 달리 녹색은 고효율이 개발되지 않아 고효율 녹색 발광소재 개발이 중요하다. 그밖에 LED는 높은 효율과 휘도를 구현함에 있어 발광 소재뿐만 아니라 기판 소재의 특성도 중요하다. 현재 LED용 기판으로 사파이어가 가장 많이 사용되며 그외 ZnO, SiC, GaN 기판들도 개발 중이다. 한편 OLED는 인광 발광 소재와 형광 발광 소재로 구분되며 차세대 소재라 할 수 있는 인광 발광 소재에는 이리듐을 포함하는 유기 금속 화합물이 사용되고 있다. 단열 소재 건물에서의 에너지 소비를 획기적으로 줄이기 위해서는 건물의 단열이 매우 중요하다. 예전부터 발포 스타이렌 수지(일명 스티로폼)나 폴리 우레탄 등의 단열재가 많이 사용되고 있으나 단열재를 많이 사용할 수록 건축물의 벽 두께가 점점 두꺼워져서 공간이 줄어들고 결과적으로 건축비가 상승하는 문제가 야기되기 때문에 얇으면서도 단열 효과가 뛰어난 단열재에 대한 니즈가 점점 늘어나고 있다. 최근 단열 효과가 획기적으로 개선된 진공 단열재가 개발되면서 차세대 건축 자재로 주목을 받고 있다. 진공 단열재란 기밀성을 갖는 봉지재에 그라스울이나 흄드 실리카 등을 넣고 내부를 진공으로 처리한 제품으로 기존 단열재에 비해 최고 10배의 단열 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 한편 도심내에 열섬 현상으로 에너지 소비가 가중되는 문제를 해결하기 위해 차열 도료가 주목을 받고 있다. 차열도료의 주요 원리는 도료가 건축물으로 흡수되는 태양 열에너지를 차단함으로 건물 내부 온도 상승을 막아주는 것이다. 그밖에 다공성 소재를 넣어 단열 효과를 가미한 단열 도료 그리고 차열 도료의 단점을 보완한 열교환 도료 등이 주목을 받고 있다. [LG경제연구원 발췌] [뉴스와이어 제공]
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: LG경제연구원 ‘에너지 걱정 덜어줄 유망 소재’(#4)
: LG경제연구원 ‘에너지 걱정 덜어줄 유망 소재’(#2)
