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2025-04-03 (목)

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[신소재 신기술(154)] 중국 연구진, 천연 다이아몬드보다 40% 강한 '슈퍼 다이아몬드' 개발

중국 연구진이 실험실에서 천연 다이아몬드보다 훨씬 강한 초경도 '슈퍼 다이아몬드'를 합성하는 데 성공했다. 이번 연구 성과는 첨단 산업 분야에서 폭넓게 활용될 가능성이 높아 주목받고 있다. 흑연을 이용한 초경도 육각형 다이아몬드 합성 중국 지린대학교의 류 빙빙(Liu Bingbing) 교수와 야오 밍광(Yao Mingguang) 교수, 선전시 쑨원대학교의 주 셩차이(Zhu Shengcai) 교수가 이끄는 연구팀은 흑연을 이용해 '포스트-흑연 단계(Post-Graphite Phase)'라는 새로운 구조를 형성하는 데 성공했다고 인터레스팅엔지니어링이 보도했다. 연구에 따르면, 이 구조는 극도로 높은 압력과 열이 가해질 때 육각형 다이아몬드로 변환된다. 연구 결과는 이달 초 국제 학술지 '네이처 머티리얼즈(Nature Materials)'에 게재됐다. 육각형 다이아몬드는 기존 입방체 구조의 다이아몬드보다 강도가 뛰어난 것으로 알려져 있다. 연구팀은 이번에 합성한 다이아몬드가 천연 다이아몬드보다 40% 더 단단하며, 기존 100나노미터 크기의 나노 다이아몬드보다 열 안정성이 뛰어난 특성을 보였다고 밝혔다. 1967년 발견된 론스달라이트, 실험실에서 완전 합성 성공 육각형 다이아몬드는 1967년 미국 애리조나주 캐니언 디아블로(Canyon Diablo) 운석에서 최초로 발견된 희귀한 형태의 다이아몬드다. 당시 과학자들은 이 새로운 형태의 다이아몬드를 발견한 영국의 결정학자 캐서린 론스달(Kathleen Lonsdale)의 이름을 따 '론스달라이트(Lonsdaleite)'라고 명명했다. 이후 연구진들은 론스달라이트를 실험실에서 재현하려는 시도를 지속했으나, 순수한 형태로 합성하는 데 어려움을 겪었다. 그러나 중국 연구진은 흑연으로부터 거의 순수한 육각형 다이아몬드를 성공적으로 합성하는 데 성공했다고 사우스 차이나 모닝 포스트(SCMP)가 전했다. 연구진은 이번 연구를 통해 육각형 다이아몬드의 초고경도와 열 안정성이 산업 분야에서 폭넓은 활용 가능성을 시사한다고 평가했다. 또한 고압·고온 환경에서 흑연이 다이아몬드로 변환되는 과정을 이해하는 데 중요한 통찰력을 제공하며, 차세대 고성능 소재 개발을 위한 새로운 기회를 열었다고 강조했다. 미국 연구진도 이전에 육각형 다이아몬드 개발 성공 육각형 다이아몬드 합성 연구는 중국 연구진의 시도가 처음은 아니다. 2021년 미국 로렌스 리버모어 국립연구소(Lawrence Livermore National Laboratory) 연구진은 음파를 이용해 실험실에서 육각형 다이아몬드를 생성하는 데 성공한 바 있다. 당시 연구에 참여한 트래비스 볼츠(Travis Volz) 박사는 육각형 다이아몬드가 첨단 소재 산업에서 강력한 응용 가능성을 지니고 있다고 강조했다. 연구팀은 육각형 다이아몬드가 기존의 입방체 다이아몬드보다 높은 강도를 지니고 있어 절삭, 드릴링, 초고강도 소재 가공 등 다양한 산업에서 활용될 수 있다고 밝혔다. 미국 연구진의 또 다른 연구자는 육각형 다이아몬드가 기존 다이아몬드 시장에서도 매력적인 대안이 될 수 있다고 언급했다. 그 연구원은 "향후 육각형 다이아몬드가 약혼 반지와 같은 주얼리 시장에도 사용될 가능성이 있다"고 전망했다. 중국 연구진, 다이아몬드 소재 연구 선도 중국 연구진은 이번 육각형 다이아몬드 개발 외에도 다이아몬드 소재의 기능을 확장하는 연구를 지속적으로 진행하고 있다. 다이아몬드는 자연에서 가장 단단한 물질로 알려져 있으며 탁월한 열전도성을 지니고 있지만, 전하를 운반할 수 없는 절연체라는 한계가 있다. 그러나 지난해 정저우대학교, 허난 과학원, 닝보대학교, 지린대학교 연구팀은 전기를 전도할 수 있는 다이아몬드 소재를 개발하는 데 성공했다. 이는 다이아몬드를 반도체 및 첨단 전자소재로 활용할 가능성을 열어준 혁신적인 연구로 평가받고 있다. 이번 연구에서 중국 연구진이 성공적으로 합성한 육각형 다이아몬드는 기존 다이아몬드보다 강도와 열 안정성이 뛰어나며, 첨단 산업 분야에서 혁신적인 응용 가능성을 제공할 것으로 기대된다.
- 산업
2025-02-18 15:28:00
[국제 경제 흐름 읽기] 중국, 핵심 광물 무기화 선언…'반도체 전쟁' 맞불

중국이 첨단 반도체와 전기차 배터리의 핵심 원료인 갈륨, 게르마늄, 흑연 등의 수출을 제한했다. 이는 미국의 대중 반도체 수출 규제에 맞선 강력한 반격 카드로 분석된다. 중국 주요 산업 단체들은 미국산 반도체를 "더 이상 신뢰할 수 없다"고 경고하며 자국산 제품 사용을 독려했다. 중국은 이번 조치를 통해 미국 반도체 제조업체들에 대한 압박을 강화하며 기술 패권 경쟁의 주도권을 쥐겠다는 의지를 분명히 했다. 백악관은 이를 "강압적 행동"으로 규정하고, 글로벌 공급망 다변화를 위한 대책 마련에 나설 것이라고 밝혔다. 미국은 최근 140개 중국 기업에 대해 첨단 반도체 장비와 소프트웨어 수출 제한을 강화하며, 양국 간 갈등은 더욱 심화되고 있다. 이에 중국 업계는 "미국 반도체는 신뢰할 수 없다"고 비판하면서 기술 패권을 둘러싼 무역 전쟁이 새로운 국면으로 접어들었다는 평가가 나온다. [미니해설] '광물 카드' 꺼내든 중국…미·중 기술 전쟁, 전면전 양상 미국과 중국 간 기술 패권 경쟁이 핵심 광물과 반도체 분야에서 전면적인 대립 양상으로 확대되고 있다. 중국은 갈륨, 게르마늄 등 전략 자원의 수출 제한을 통해 미국의 대중 반도체 규제에 강력히 맞서며 양국의 긴장이 한층 고조되고 있다. 백악관 "강압적 행동" 규탄…공급망 다변화 추진 미국은 140개 중국 기업을 대상으로 첨단 반도체 장비와 소프트웨어 수출 제한을 대폭 강화했다. 미국 상무부는 이를 "국가 안보를 위한 불가피한 조치"라고 주장했지만, 중국은 이를 "무역의 무기화"로 규정하며 핵심 광물 수출 제한으로 대응했다. 이러한 조치는 전기차, 태양광 패널, 광섬유 케이블 등 다양한 첨단산업에 직접적인 영향을 미칠 가능성이 크다. 백악관 국가안보회의(NSC) 대변인은 "중국의 강압적 행동에 필요한 대응 조치를 취할 것"이라며, 공급망 다변화를 통해 위험을 분산하겠다는 의지를 드러냈다. "미국산 반도체 안전하지 않다"…자국산 사용 촉구 중국 주요 산업 단체들은 미국산 반도체를 "더 이상 안전하지 않다"고 주장하며 자국산 반도체 사용을 촉구했다. 중국인터넷협회는 "미국 반도체 수출 통제가 중국 인터넷 산업에 심각한 피해를 주고 있다"며 자국산 칩 사용 확대와 해외 파트너십 강화를 권고했다. 이에 대해 미국 반도체 산업협회(SIA)는 "미국산 칩이 안전하지 않다는 주장은 사실과 다르다"고 반박했다. 또한 "수출 통제는 국가 안보 목표에 부합하도록 제한적이고 목표 지향적으로 운영되어야 한다"며 양국 간 긴장 완화를 촉구했다. 첨단산업 핵심 자원 무기화…글로벌 공급망 위기 미·중 갈등이 심화하며 글로벌 공급망의 불확실성이 더욱 커지고 있다. 미국은 EU와 일본 등 동맹국과의 협력을 통해 공급망 다변화를 추진하고 있으나, 중국이 핵심 광물 생산과 정제 분야에서 차지하는 압도적 우위를 감안하면 단기적 대안 마련은 어려운 상황이다. 중국의 광물 수출 제한은 군사 및 첨단 기술 산업뿐 아니라 전 세계 전기차 및 재생에너지 산업에도 막대한 영향을 미칠 가능성이 크다. 일본은 폐기물 재활용 등으로 갈륨 확보를 모색하고 있지만, 중국산 의존도를 완전히 대체하기는 어렵다는 우려가 제기된다. "중국, 글러브 벗었다"…전략적 대립 심화 트리비움 차이나의 톰 넌리스트 부소장은 "중국의 이번 조치는 단순한 경고 수준이 아니다. 희토류 수출 제한으로 이어질 경우 파급력은 훨씬 클 것"이라며 "중국이 이제 '글러브를 벗고' 본격적으로 나섰다"고 평가했다. 이번 사태는 단순한 무역 전쟁을 넘어 기술 패권을 둘러싼 '총성 없는 전쟁'으로 확전되고 있다. 미·중 기술 전쟁이 장기화될 경우 글로벌 기술 산업은 커다란 지각변동을 겪게 될 것이며, 이는 각국 경제와 안보에 중대한 파급효과를 미칠 전망이다.
- 포커스온
2024-12-07 08:35:00
중국, 미국 반도체 추가규제에 희토류 통제로 반격

도널드 트럼프 미국 대통령 당선인이 중국을 향해 '관세 폭탄' 엄포를 놓은 데 이어 미국이 대(對)중국 반도체 추가 수출 통제를 발표하자 중국은 희토류 등 핵심광물 수출 통제로 맞섰다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 중국 상무부는 3일(현지시간) 홈페이지에 올린 성명을 통해 "중화인민공화국 수출통제법 및 기타 법률 및 규정에 따라 국가 안보와 이익을 수호하고 확산 방지와 같은 국제적 의무를 이행하기 위해 관련 이중용도 품목의 대미국 수출 통제를 강화하기로 결정했다"고 밝혔다. 상무부는 "갈륨, 게르마늄, 안티몬, 초경질 재료와 관련한 이중용도 품목의 미국 수출을 원칙적으로 불허한다"며 "흑연 이중용도 품목의 미국 수출은 최종 사용자 및 최종 사용에 대한 보다 엄격한 검토를 받아야 한다"고 했다. 이어 "관련 규정을 위반하는 모든 국가 또는 지역의 조직이나 개인은 법률에 따라 책임을 지게 된다"고 강조했다. 상무부의 발표는 이날부터 공식적으로 시행된다. 상무부는 수출 통제 배경에 대해 "최근 몇 년간 미국은 국가 안보 개념을 과도하게 확대하고 경제, 무역, 과학기술 문제를 정치화하고 무기화했다"며 "수출 통제 조치를 남용하고 관련 제품의 대중국 수출을 부당하게 제한했으며 많은 중국 기업을 제재 대상에 포함했다"고 설명했다. 그러면서 "억압과 봉쇄를 위한 제재 목록은 국제 무역 규칙을 심각하게 훼손하고 기업의 정당한 권익을 심각하게 침해했으며, 글로벌 산업 및 공급망의 안정성을 심각하게 해쳤다"고 주장했다. 이 같은 조치는 미국 등 서방이 반도체 등에 대해 대중 수출 통제를 이어오고 있는 만큼 중국 역시 군사적 용도로 사용될 수 있는 품목의 수출을 봉쇄하겠다는 의도로 풀이된다. 중국은 지난해 8월부터 갈륨과 게르마늄에 대한 수출 제한을 시행해오고 있다. 갈륨은 차세대 반도체, 태양광 패널, 레이더, 전기차 등에 들어가고 게르마늄은 광섬유 통신, 야간 투시경, 인공위성용 태양전지 등의 핵심 소재다. 중국은 전 세계 갈륨 생산량의 98%, 게르마늄 생산량의 68%를 차지하는 것으로 알려져 있다. 중국의 조치는 미국의 대중 반도체 추가 수출 통제 발표 하루 만에 나왔다. 중국이 최근 각국에 대해 일방적 비자 면제를 시행하며 손을 내미는 등 '내 편 만들기'에 열중하는 만큼 갈륨·게르마늄 등의 수출 통제 조치가 곧바로 한국 등 다른 나라로 확대될 가능성은 작아 보인다. 실제로 중국 상무부는 이날 대미 수출 통제를 발표하면서 "중국은 수출 통제 분야에서 관련 국가 및 지역과 대화를 강화하고, 글로벌 산업체인과 공급사슬의 안전과 안정을 공동으로 추진할 의향이 있다"고 여지를 남겨두기도 했다.
- 포커스온
2024-12-04 05:02:00
미국, 중국산 전기차에 100% 관세 '폭탄'…무역 전쟁 불붙나

미국이 중국산 수입품에 대한 고율 관세를 부과하며 미·중 무역 갈등이 다시 격화되고 있다. 바이든 정부는 27일(현지시간) 중국산 전기차에 100%, 철강·알루미늄 제품에 25%의 관세를 부과하는 조치를 단행했다. 이는 중국산 저가 제품의 유입을 막고 국내 산업을 보호하기 위한 조치로 풀이된다. 이번 관세 부과는 통상법 301조에 근거한다. 301조는 중국의 지적 재산권 침해에 대한 대응으로 트럼프 전 정부에서 발동되었으며, 바이든 정부도 이를 계승하여 강화했다. 1차 관세 인상 대상은 전기차, 철강·알루미늄 제품 외에도 배터리, 중요 광물, 태양 전지 등이다. 27일 이후 수입되거나 창고에서 인수되는 제품부터 신규 세율이 적용된다. 미국 무역대표부(USTR)는 중국 정부의 보조금으로 인해 '인위적으로 낮은 가격'에 수출되는 제품으로부터 미국 산업과 노동자를 보호하겠다는 입장이다. 다만, 미국 내 생산 시설 이전에 필요한 기계류는 관세 부과 대상에서 제외했다. 2차 관세 인상은 2025년 1월 1일로 예정되어 있으며, 반도체에 대한 관세율이 25%에서 50%로 인상된다. 3차 인상은 2026년 1월 1일로, 천연 흑연, 영구 자석, 전기차용 이외의 리튬이온 배터리에 대한 관세율이 25%로 인상된다. USTR은 향후 관세 부과 대상 품목을 추가할 계획이며, 텅스텐, 웨이퍼, 폴리실리콘 등을 검토 중이다. 이번 관세 인상은 11월 대선을 앞두고 정치적 쟁점으로 부상하고 있다. 공화당 트럼프 전 대통령은 중국산 모든 수입품에 60% 관세를 부과하겠다는 공약을 내걸었다. 민주당 해리스 부통령은 트럼프의 공약이 인플레이션을 유발할 것이라고 비판하며, 바이든 정부의 이번 관세 인상은 '적을 좁힌 조치'이기 때문에 인플레이션을 유발하지 않을 것이라고 주장한다. 미·중 무역 갈등이 심화되면서 글로벌 경제에도 미칠 영향에 대한 우려가 커지고 있다.
- 경제
2024-09-28 07:32:00
중국, 일본에 반도체 수출규제 강화하면 '보복' 경고

중국정부는 일본이 중국기업용 반도체제조장치 판매와 서비스 제공을 추가로 제한할 경우 일본에 대해 강력한 경제적 보복조치를 강구할 것이라고 경고했다. 블룸버그통신 등 외신들은 2일 복수의 중국 고위관계자들을 인용해 이같이 보도했다. 외신들은 중국 고위관계자들이 최근 일본과의 수차례 회의에서 일본정부측에 반도해서 이같은 입장을 설명했다고 전했다. 미국은 중국을 첨단반도체 기술로부터 격리시키는 전략으로 일본 등 동맹국에게 보조를 맞출 것을 요구하고 있지만 이같은 대처는 상황을 더욱 복잡하게 만들고 있다. 일본측이 안고 있는 구체적인 우려중 하나는 새로운 반도체 규제에 반발한 중국이 자동차생산에 불가결한 주요광물에 대한 접근을 제한을 할 가능성이 있다는 점이다. 도요타자동차가 이같은 우려를 일본정부 관계자에게 비공개적으로 전했다라고 블룸버그통신이 전했다. 한 소식통은 도요타가 일본의 반도체정책에 깊이 관여하고 있으며 도요타의 대만 TSMC 구마모토(熊本)공장 출자도 그 일례라고 지적했다. 일본이 반도체분야에서 새로운 대중수출 규제를 도입할 경우 심각하게 영향을 받는 것은 도쿄일렉트로닉 등 반도체제조장치 제조업체다. 도쿄일레트로닉 등에 의한 고정밀도의 반도체관련 장치의 중국판매에 대해 미국은 제한 강화를 일본에 요구하고 있다. 중국의 국내 반도체산업 육성을 제한하려고 하는 미국의 장기대책의 일환이다. 미일 양국이 협의하는 가운데 미일 양국 정부의 고위관계자들은 중요광물의 충분한 공급을 확보하는 전략도 준비하고 있다고 소식통은 설명했다. 중국은 지난해 갈륨과 게르마늄, 흑연 수출을 제한했다. 도요타에 대한 규제는 전례가 있다. 중국은 지난 2010년 동중국해에서 중국어선이 해상보안청의 순시함과 접촉해 중국선 선장이 공무집행방해 혐의로 체포되자 일본에 대한 희소금속 수출을 일시적으로 중지했다. 이 조치는 일본의 전자산업에 충격을 주었다. 이같은 보도에 일본 반도체관련주는 이날 거래에서 하락했다. 도쿄일렉트론은 1.9%, 레이저텍과 디스코는 각각 징중 2.8%, 3.3% 떨어졌다. 조 바이든 미국정부는 일본측의 우려를 완화시키는 점에서 올해내에 합의할 수 있다라고 확산하고 있다고 일부 소식통은 말했다. 다만 더 강경한 선택지도 있다. 미국은 수면하에서 해외직접제품규칙(FDPR)으로 불리는 권한을 행사할지 여부를 눈여겨 보고 있다. 이는 반도체·정보통신·센서·레이저·해양·항공우주 등 7개 분야 57개 기술에 대해서는 제3국에서 생산된 제품이라도 미국 기술과 소프트웨어를 사용했다면 미국 상무부의 허가를 받아야 다른 나라에 수출할 수 있다. 미국이 이 규정을 적용한 사례는 아직 없다. 도요타자동차와 중국 외교부는 이에 대한 질의에 응답하지 않았다.
- 포커스온
2024-09-02 15:49:00
[우주의 속삭임(36)] 수성 표면, 최대 16km 두께의 다이아몬드층 존재 가능성 제기

태양계에서 가장 작은 행성인 수성에 다량의 다이아몬드가 존재한다는 주장이 제기됐다고 스페이스닷컴이 전했다. 벨기에의 뢰번 가톨릭 대학교(KU Leuven) 연구팀은 나사(NASA)의 수성 미션인 메신저(MESSENGER) 우주선의 데이터를 분석, 태양에서 가장 가까운 행성인 수성의 지각 아래에 16km 두께의 다이아몬드 층이 존재할 수 있다는 가능성을 제기했다. 수성은 다른 태양계 행성에서는 보기 어려운 다양한 특성을 갖고 있어 천문학자들의 탐구의 대상이었다. 매우 어두운 표면, 눈에 띄게 밀도가 높은 핵, 조기에 끝난 화산 시대 등이 대표적인 특징이었다. 또한 수성은 표면에 탄소의 일종인 흑연 조각도 포함하고 있다. 천문학자들은 이에 근거해 수성의 형성 초기에 탄소가 풍부한 마그마 바다가 있었다는 이론을 제기했다. 마그마 바다가 표면으로 부상해 흑연 조각과 함께 수성 표면의 어두운 색조를 만들었을 것이라는 추정이었다. 동일한 과정으로 인해 수성 표면 아래에 탄소가 풍부한 층이 형성됐다는 것이 뢰번 연구팀의 주장이다. 팀은 이 탄소 층이 과거에 제기됐던 그래핀이 아니라 다이아몬드로 구성되어 있다고 추정하고 있다. 그래핀은 탄소의 동소체 중 하나로 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 구조다. 다이아몬드 결정과는 근본적으로 다르다. 연구팀의 올리버 나머 교수는 "우리 팀은 수성이 탄소가 풍부한 행성이라는 것과 수성의 맨틀-핵 경계의 압력에 대한 새로운 추정치를 감안, 맨틀과 핵 사이의 경계면에서 형성되는 탄소 함유 광물이 흑연이 아니라 다이아몬드라고 추정한다"라고 말했다. 메신저 우주선의 영자 표기 MESSENGER는 'Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging'의 머리글에서 따 온 것으로 '수성 표면, 우주 환경, 지구화학 및 거리 측정'을 의미한다. 메신저 우주선은 지난 2004년 8월 발사돼 수성 궤도를 돌며 탐사하는 최초의 우주선이었다. 2015년에 임무를 종료했으며, 수성 극지방의 음영 속에 풍부한 얼음을 발견하고 수성의 지질학과 자기장에 대한 중요한 데이터를 수집하면서 수성 전체 지도를 작성하는 성과를 거두었다.
- IT/바이오
2024-07-26 13:55:00
[신소재 신기술(81)] 핀란드, 목재 부산물 리그닌 활용 차세대 배터리 개발 성공

나무에서 발견되는 천연물질인 리그닌을 활용한 차세대 배터리가 개발됐다. 핀란드에 본사를 둔 임업 및 재생 가능 제품 회사인 스토라 앤소(Stora Enso)는 목재의 주요 성분인 리그닌을 기반으로 한 배터리 대체품 리그노드(Lignode)를 개발했다고 더쿨다운이 보도했다. 스토라 앤소는 이 친환경 배터리 생산을 위해 스웨덴의 나트륨 이온베터리 개발사인 알트리스(Altris)와 상용화를 위해 협력했다. 리그노드는 펄프 제조에서 나오는 제품인 리그닌에서 추출한 지속 가능한 경질 탄소로 리튬 이온과 나트륨 이온의 양극(충전 및 방전 중에 이온을 받거나 방출하는 베터리 부품) 재료로 사용된다. 인터레스팅엔지니어링이 따르면, 리튬 배터리는 가장 에너지 밀도가 높은 솔루션이다. 업계는 현재 리튬 배터리를 사용해 휴대전화, 테블릿, 노트북에 전원을 공급하고 있다. 그러나 리튬 배터리는 리튬, 코발트 등 희귀 금속을 활용해 가격이 높으며, 과충전, 과방전 시 화재 위험이나 열폭주현상 등의 안전 문제가 있다. 특히 열폭주 현상은 배터리셀 하나에서 발생한 열이 다른 셀로 전달되어 연쇄적으로 폭발하는 현상으로 대형 화재의 원인이 될 수 있다. 친환경 배터리는 전기 자동차(EV), 태양광 발전, 풍력발전소를 포함한 대체 에너지 운동에도 중요하다. 에너지연구소(IER)는 리튬 배터리 생산 과정에서 상당한 양의 탄소 오염이 대기 중으로 방출된다고 밝혔다. 배터리 핵심 구성 요소 중 하나인 흑연은 대부분 중국에서 공급하기 때문에, 다른 국가들의 중국 의존도가 높은 점도 문제라고 인터레스팅엔지니어링은 지적했다. IER은 "중국이 전기의 약 60%를 석탄에서 얻는다"고 밝혔다. 석탄을 태워서 전력을 생산하면 독성 오염이 발생해 지구 온난화가 더욱 심화될 수 있다. 게다가 "리튬 배터리는 종종 매립지에 버려져 토양과 지하수로 누출될 수 있는 중금속을 포함한 독소를 방출할 수 있다"고 IER은 지적했다. 그로 인해 업게에서는 친환경적인 에너지 저장 대체품 개발에 노력을 기울이고 있다. 리그닌은 침엽수나 활엽수 등 목본식물의 목질부를 구성하는 주요 성분 중 하나로 나무의 20~30%를 차지한다. 셀룰로오스와 함께 식물 세포벽의 주성분이며. 식물의 강도와 견고함을 제공하는 역할을 한다. 리그닌은 복잡한 3차원 구조를 가진 고분자 화합물로, 다양한 페놀 단위들이 연결되어 있다. 이러한 복잡한 구조 때문에 분해가 어려워 제지산업에서는 펄프 생산 과정에 제거해야 하는 골칫거리로 여겨지기도 했다. 하지만 최근에는 리그닌의 활용 가치가 재조명되면서 바이오 연료, 바이오 플라스틱, 접착제 등 다양한 분야에서 활용될 수 있는 가능성이 높아지고 있다. 스토라 엔소는 "펄프 제조에서 나오는 리그닌은 양극 재료 제조를 위한 안정적이고 일관된 원자재 공급을 보장한다"고 설명했다. '생물 기반' 소재는 구성에 탄소를 포함하므로, 리튬 및 나트륨 배터리에서 양극 재료를 만드는 데 사용되는 흑연을 대체할 수 있는 적격 소재다. 이번 친환경 배터리 개발자인 알트리스에 따르면 나트륨 이온 배터리는 지속가능하고 재활용하기 쉽다. 스토라 앤소의 수석 부사장 겸 생체재료 성장 책임자인 유쏘 콘띠넨(Jusso Konttinen)은 "리그노드는 세계에서 가장 지속 가능한 양극 소재가 될 잠재력이 있기 때문에, 알트리스와의 이번 파트너십은 보다 지속 가능한 전기화를 지원하려는 우리의 공동 의지와 완벽하게 부합한다"고 말했다. 스토라 앤소는 자사 웹사이트에서 "리그닌은 펄프를 생산할 때 발생하는 부산물이기 때문에 양극은 순환 공정의 일부로 만들어진다"면서 "실제로 우리는 (목재) 부산물을 귀중한 자원으로 바꾸고 있다"고 밝혔다. 이 창의적인 에너지 저장 방법이 성공적이라면 현재 널리 사용되고 있는 리튬 배터리의 지속 가능한 대체품이 될 수 있다. 리그닌 활용 배터리 개발로 생산 과정에서 대기 오염을 줄이고, 매립지의 독성 폐기물 또한 동시에 줄일 수 있으며, 저렴한 친환경 소재를 활용한 지속 가능한 배터리 생산이 앞당겨질 전망이다.
- 포커스온
2024-07-22 10:39:00
영국 스타트업, 5분 만에 충전 가능한 EV 배터리 기술 개발

영국의 스타트업이 5분 만에 충전이 거의 완료되는 전기자동차(EV) 배터리 신기술을 개발했다고 발표했다. 1일(현지시간) 미국 CNN 방송에 따르면 영국 케임브리지에 본사를 둔 배터리 업체 니오볼트(Nybolt)는 지난주 공개한 첫 번째 라이브 시연에서 4분30초만에 배터리 충전율을 10%에서 80%로 올리는 새 리튬 이온 배터리를 공개했다. 이 배터리 용량은 35kWh로, 일반 전기차에 들어가는 85kWh에 비해 작다. 그러나 앞으로 더 큰 용량 배터리에도 이 기술이 적용될 것으로 보인다. 충전 시간은 테슬라 급속충전기인 슈퍼차저를 이용해 전기차를 충전하는 데 걸리는 시간인 20분보다 훨씬 빠르다. 이는 내연기관 차량이 연료를 채우는데 평균적으로 소요되는 2분에 더 가깝다. 니오볼트의 사이 시바레이 공동 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 성명에서 "영국과 미국에서 진행한 광범위한 연구를 통해 확장 가능한 새로운 배터리 기술을 개발했다"면서 "우리는 현재 불가능하거나 불가능한 것으로 여겨지는 새로운 제품과 서비스의 전기화를 가능하게 하고 있다"고 말했다 니오볼트의 기술은 케임브리지 대학교 배터리 과학자인 클레어 그레이(Clare Gray)물리학자와 케임브리지 출신의 시바레디 CEO가 주도한 10년 간의 연구를 바탕으로 구축되었다고 회사측은 설명했다. 클레어 그레이는 기존 액체 전해질 대신 고체 전해질을 사용하는 고체 전지 개발의 선구자로 리튬 이온 배터리의 성능을 향상사키기 위한 연구를 진행하고 있다. 배터리 수명에 크게 영향을 미치지 않고 초고속 충전이 가능하도록 한 신기술의 핵심은 배터리가 열을 덜 발생시키도록 한 설계다. 신기술은 또 과열로 인한 화재나 폭발 위험도 줄여준다. 니오볼트는 현재 전기차 제조업체 8개 사와 배터리 납품을 협의 중이라고 밝혔다. 충전 시간이 오래 걸리는 것은 시중의 전기차 보급 확산에 주요 걸림돌이기 때문에 이 기술이 산업 현장에 적용되면 전기차 시장에 큰 영향을 미칠 것으로 보인다. 시바레디 CEO는 "우리는 배터리 충전 시간을 내연기관 차의 주유 시간과 같게 만드는 것을 목표로 테슬라나 다른 주요 제조업체와 협력하고자 한다"고 말했다. 그럼에도 불구하고 이 배터리의 대량생산은 아직 불확실하는 게 업계의 지적이다. 컨설팅 회사 P3의 전기차 전문가 윌리엄 케프하트 엔지니어는 "니오볼트가 개발한 종류의 전기차 배터리는 회사가 밝힌 것처럼 '이론상으로는' 빠르게 충전될 수 있지만 문제는 대량생산"이라고 밝혔다. 니오볼트의 배터리에서 중요한 화학 원료가 희토류인 니오븀이다. 니오븀은 지난해 전 세계에서 채굴량이 9만4500t에 불과했다. 리튬 이온 배터리의 음극재로 많이 쓰이는 흑연이 2023년에 180만t 생산된 것과 비교하면 극히 적은 양이다. 케프하트는 "니오븀 배터리 기술에 대해 현재 알 수 없는 것들이 많이 있다"면서 "산업이 발전하면 문제가 해결되겠지만 아직은 업계에 적용할 수 있는 기술로 평가되지 않고 있다"고 말했다. 게다가 미국과 유럽 등 세계 여러 나라에서 EV 판매를 가로 막는 요인중 하나로 소위 '주행 불안'이 있다. 주행 불안이란 차량 배터리가 목적지에 도달하기 전에 충분한 충전량이 없을 수 있다는 우려로 특히 장거리 주행 시 더욱 심각하다. 전기차 배터리 용량을 증대하거나, 고속도로 휴게소 혹은 도심 주요 거점 등에 급속 충전소를 늘려 충전 시간을 단축하는 방안 등이 주행 불안을 낮추는 방법이 될 수 있다.
- 산업
2024-07-02 17:14:00
[우주의 속삭임(21)] 중국, 달 샘플서 '그래핀' 발견…달 기원에 도전장

중국 달 탐사선이 달에서 채취한 샘플에서 자체 토착 탄소인 그래핀이 발견돼 달의 기원에 도전장을 내밀고 있다. 달의 기원에 대해서는 여러 가지 가설이 존재하지만, 현재 가장 유력한 가설은 '거대 충돌설'이다. 약 45억년 전 원시 지구와 화성 크기의 천체 테이아(Theia)가 충돌해 두 천체가 합쳐지고, 그, 충격으로 떨어져 나간 파편들이 지구 주위를 돌며 뭉쳐져 달이 형성됐다는 이론이다. 이 가설은 달 샘플의 화학적 구성, 달 공전 궤도, 지구와 달의 자전축 기울기 등 여러 증거를 통해 뒷받침되고 있다. 중국 지린 대학교 과학자들은 2020년 12월 창어 5호가 달 표면에서 채취한 샘플을 분석하는 과정에서 특이하게 그래핀을 발견했다. 연구팀은 자연 상태에서 생성된 '소수층 그래핀(few-layer graphene)'을 달 샘플에서 처음으로 발견했다고 국영 통신사 글로벌 타임스가 보도했다. 이는 향후 인류가 달 현지 자원을 활용하는 계획에 중요한 영향을 미칠 수 있다. 그래핀은 탄소 원자들이 욱각형 벌집 모양으로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 소재다. 그래핀은 원자 한 층으로 이루어져 세상에서 가장 얇은 물질이다. 쉽게 말하면 연필심에 사용되는 흑연을 아주 얇게 한 겹만 떼어낸 것으로 볼 수 있다. 이번 발견은 달의 초기 지질학적 진화 과정에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있으며, 달이 지구와 소행성의 충돌로 형성되었고 탄소 대부분이 이 충돌에서 유래했다는 기존 이론에 의문을 제기할 수 있다고 퓨처리즘은 전했다. 연구팀은 "널리 받아들여지는 '거대 충돌 이론'은 (미국 우주선) 아폴로 샘플의 초기 분석에서 파생된 '탄소 결핍 달'이라는 개념에 의해 강력하게 뒷받침되어 왔다"고 논문에서 밝혔다. 그러나 이번 연구 결과는 달에서 '탄소 포집 과정'이 존재하며, '토착 탄소의 점진적 축적'이 일어났음을 시사한다. 이는 '달의 화학 성분 및 역사에 대한 이해를 재정립할 수 있는 발견'이라는 점에서 중요하다. 연구팀은 비파괴 화학 분석 방법인 '라만 분광법'을 사용하여 소수층 그래핀의 존재를 확인했다. 소수층 그래핀은 2~10개 층으로 이루어진 그래핀으로, 실험실에서도 제조될 수 있다. 연구팀은 이 물질이 태양풍이 달 표면을 강타하고 초기 화산 폭발이 일어나는 과정에서 형성되었을 가능성을 제시했다. 순수한 '토착 탄소'의 존재는 약 44억 5000만 년 전 화성 크기의 소행성이 지구와 충돌하여 달이 형성되었다는 기존 가설에 배치되는 점이다. 그러나 연구팀은 이전 연구 결과와 마찬가지로 운석 충돌이 달에서 흑연 탄소 형성에 기여했을 가능성도 인정했다. 연구팀은 "자연 그래핀의 특성에 대한 심층적인 연구는 달의 지질학적 진화에 대한 더 많은 정보를 제공할 것"이라고 말했다. 한편, 중국은 무인 달 탐사선 창어-6호가 세계 최초로 달 뒷면의 샘플을 채취해 지난 6월 25일 내몽골에 성공적으로 착륙했다. 창어-6호는 달 뒷면에 있는 거대한 분화구인 남극 에이컨 분지(South Pole-Aitken Basin) 분지에서 달 토양을 수집해 지구로 53일만에 귀환한 것. 최대 2kg(4.4 파운드)에 달하는 이 샘플은 지난 26일 새벽 베이징으로 공수돼 중국 우주 기술 아카데미(CAST)로 이송됐다. 스페이스닷컴에 따르면 중국이 달 뒷면에처 채취한 샘플은 2020년 창어-5호가 수집한 샘플과 마찬가지로 재료를 분류한 다음 중국 전역의 과학자 및 기관의 연구에 사용할 수 있도록 제공될 예정이다. 이 자료는 2년 후 국제 그룹과 연구자들의 응용 프로그램에 제공될 가능성이 높다고 한다. 미 항공우주국(나사·NASA)의 자금 지원을 받은 연구원들은 지난해 말 달 샘플에 대한 접근을 신청할 수 있는 특별 허가를 받았다. 과학자들은 이 샘플이 달, 지구, 태양계의 형성에 중요한 단서를 제공할 것으로 기대하고 있다. 중국은 우주 강국으로 자리매김하기 위해 2026년 창어-7호를 달 남극에 발사하고, 2028년에는 창어-8호를 발사해 자원 활용에 집중할 계획이다. 아울러 중국은 2030년까지 우주비행사를 달 남극에 보낼 계획이다. 달 남극은 인간의 생존에 필수적인 물과 각종 희토류 등이 있는 것으로 알려져 인도와 미국 등 세계 각국의 탐사 목표지로 급부상했다.
- IT/바이오
2024-07-01 09:52:00
SK온, 엑손모빌과 손잡고 북미 리튬 공급망 강화…최대 10만 톤 확보

SK온이 미국 최대 석유 기업인 엑손모빌과 전략적 파트너십을 체결하여 북미 지역 리튬 공급망 확장에 박차를 가한다. SK온은 지난 24일(현지시간) 세계 최대 규모의 리튬·배터리 원소재 콘퍼런스 '패스트마켓 콘퍼런스'에서 엑손모빌과 리튬 공급 양해각서(MOU)를 체결했다고 26일 발표했다. 이번 협약에 따라 SK온은 엑손모빌이 아칸소주 염호에서 친환경적인 직접리튬추출(DLE) 기술을 활용하여 생산한 리튬을 최대 10만톤까지 공급받을 수 있게 됐다. 구체적인 공급 시기 및 물량은 본계약 쳬결후 확정될 예정이다. 엑손모빌은 배터리 핵심 소재 사업 진출을 위해 지난해 초 아칸소 염호를 인수하고, 같은 해 11월 리튬 채굴을 개시했다. 해당 염호에는 전기차 5000만대 분의 배터리를 생산할 수 있는 탄산리튬환산 기준(LCE) 400만톤의 리튬이 매장된 것으로 추정된다. 엑손모빌은 2030년부터 연간 전기차 100만대 분량의 리튬을 공급한다는 목표다. LDE 기술은 염수에서 리튬을 직접 추출하는 혁신적인 공법으로, 기존의 경암 채굴 방식보다 탄소 배출량이 적어 친환경적이다. 초기 설비 투자 비용은 높지만, 염호에서 소금물을 증발시켜 리튬을 얻는 전통적인 방식에 비해 생산 기간이 단축되어 생산성이 높고 물 사용량이 적다는 장점이 있다. SK온은 미국 인플레이션감축법(IRA), 유럽연합(EU), 핵심원자재법(CRMA) 등 급변하는 글로벌 산업 정책에 선제적으로 대응하기 위해 핵심 광물 확보를 통해 부ㅠㄱ미 시장에서의 경쟁 우위를 확보하고 소비자 이익을 극대화할 계호기이다. 이를 위해 SK온은 올해 2월 미국 웨스트워터와 천연 흑연 공급 구매 계약을 체결했으며, 지난해 11월에는 칠레 SQM과 리튬 공급 구매 계약을 맺었다. 또한 2019년 12월에는 스위스 글렌코어와 코발트 구매 계약을 쳬결하는 등 다양한 글로벌 기업들과의 협력을 통해 안정적인 공급망 구축에 힘쓰고 있다. 박종진 SK온 전략구매당담 부사장은 "핵심 시장인 북미 지역 소비자 이익을 보장하기 위해 IRA 요건을 충족하는 핵심 광물 확보에 지속적으로 노력하겠다"고 밝혔다.
- 산업
2024-06-26 09:38:00
[신소재 신기술(54)] 무산소 공정으로 고품질 그래핀 대량 생산 가능

북미 과학자들이 무산소 공정을 활용해 '꿈의 소재'로 불리는 그래핀의 대량 생산 길을 열었다. 미국 콜럼비아 대학교 대학원 엔지니어링의 혼(Hone) 연구소가 국립표준기술연구소(NIST), 캐나다 몬트리올 대학교 연구원들과 함께 '무산소 화학 지상 증착(OF-CVD)' 기술을 개발해 고품질 그래핀의 대량 생산을 가능하게 했다고 아조나노와 인디펜던스 등 다수 외신이 보도했다. 이 기술은 고품질 그래핀 샘플을 대규모로 생산할 수 있으며, 산소와 그래핀 품질 간의 직접적인 상관관계를 밝히고 미량 산소가 그래핀의 성장 속도에 어떤 영향을 미치는지 보여준다고 그래핀은 탄소 원자 단일층으로 이루어진 물질로 2004년 처음 발견됐다. '21세기 경이로운 소재'로 꼽히는 그래핀은 전기 전도성과 강도가 매우 뛰어나 에너지 저장부터 의료 기기, 전자 제품에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 혁신을 가져올 수 있는 물질로 알려져 있다. 하지만 현재까지 그래핀은 제조 과정에서 불순물이 발생하고 대량생산이 어려워 산업 활용에 한계가 있었다. 특히 산소 존재는 그래핀 성장 속도에 영향을 미치고 불순물을 발생시켜 산업적 활용을 저해하는 주요 원인이었다. 연구팀은 산소를 거의 완전히 제가한 상태에서 그래핀을 화학 기상 증착(CVD)방식으로 합성하는 새로운 방법을 개발했다. 연구팀은 "산소 제거를 통한 고품질 그래핀 합성 재현 기능성 확보는 대량 생산으로 나아가는 중요한 이정표"라고 말했다. 기존 그래핀 제조 방법은 두 가지였다. 첫번째는 박리 그래핀 방식이다. 연필 심과 동일한 재료인 흑연 샘플에서 가정용 테이프를 사용해 흑연 막을 벗겨내는 '스카치 테이프(박리 그래핀)' 방법은 매우 순수한 그래핀을 얻을 수 있지만 대량 생산에는 적합하지 않다. 두 번째는 CVD 성장 방식으로 알려져 있다. 15년 전 개발된 CVD 방식은 대량 생산이 가능하지만 산소 존재로 인해 품질이 균일하지 않았고, 성장 속도 저하 문제 등이 있었다. CVD 방식은 메탄과 같은 탄소 함유 가스가 구리 표면위로 통과한다. 가스의 온도가 메탄 조직과 탄소 원자가 재구성되어 벌집 모양의 단일 그래핀 층을 형성하는 지점까지 올라가면 그래핀이 합성된다. CVD 성장을 확장하면 cm(센티미터) 혹은 m(미터) 크기의 그래핀 샘플을 생산하는 것이 가능하다. 그러나 문제는 산소였다. 연구팀은 산소로 인해 공정이 훼손되는 문제를 해결하기 위해 산소 제어를 통한 그래핀 합성 프로세스를 개선했다. 공동 저자인 몬트리올의 리차드 마텔(Richard Martel)과 피에르 레베스크(Pierre Levesque)는 이전에 미세한 농도의 산소가 성장을 방해하고 심지어 그래핀을 제거할 수 있다는 사실을 입증했다. 약 6년 전, GSAS'19의 크리스토퍼 디마르코는 증착 과정에서 첨가되는 산소의 양을 정밀하게 제어할 수 있는 CVD 성장 시스템을 설계하고 구축했다. 디마르코의 연구는 현재 박사 과정 중인 싱저우 얀(Xingzhou Yan)과 제이콥 아몬트리(Jacob Amontree)가 수행해 성장 시스템을 개선했다. 이들은 미량의 산소가 제거되었을 때 CVD 성장이 일관되게 더 빨라진다는 사실을 발견했다. 또한 산소가 없는 CVD 그래핀 성장의 동역학을 조사하고 간단한 모델을 사용하여 온도와 가스 압력 등 다양한 매개변수에 따라 성장 속도를 예측할 수 있음을 발견했다. OF-CVD로 성장한 샘플의 품질은 박리 그래핀의 품질과 거의 동일한 것으로 나타났다. 컬럼비아 대학교 물리학과 교수들과 협력으로 생산된 그래핀은 자기장이 존재할 때 분수 양자 홀 효과에 대한 강력한 증거를 제공했다. 개선된 공정을 통해 빠르고 안정적으로 성장하는 고품질 그래핀을 얻을 수 있었으며, 이는 향후 그래핀 대량 활용 가능성을 열어준다. 이번 연구 결과는 학술지 '네이처(Nature)'에 '산소 없는 화학 기상 증착을 통한 재현 가능한 그래핀 합성'이라는 제목으로 게재됐다.
- 포커스온
2024-06-05 16:49:00
한국, 2029년까지 항공·우주용 국산 탄소복합재 기술 확보

한국 정부가 2029년까지 항공·우주용 국산 탄소복합재 기술 확보하기 위해 나선다. 탄소복합재는 가벼우면서 강도가 높은 특성을 지닌 혁신 소재로서 항공우주, 자동차, 에너지 등 다양한 분야에서 활용 가능성이 높다. 하지만 국내 탄소복합재 산업은 아직 초기 단계에 머물러 있으며, 기술력 부족과 해외 경쟁으로 인해 해외 시장 진출에 어려움을 겪고 있었다. 산업통상자원부는 22일 서울 강남구 한국과학기술회관에서 제2차 탄소복합재 점프업 파트너십 회의를 열고 이 같은 내용을 포함한 '항공·우주용 국산 탄소복합재 기술개발·인증 로드맵'을 발표했다. 정부는 이를 통해 도심항공교통(UAM), 우주발사체 등 미래산업 기반을 확보하고 수출 시장 확대를 도모한다는 전략이다. 이번 로드맵은 첨단 소재 분야의 핵심 기술 확보, 해외 시장 공략, 산업 생태계 구축 등 3가지 주요 목표를 중심으로 구성됐다. 이 로드맵은 오는 2029년까지 탄소복합재 기술 개발과 관련 인증을 획득하기 위한 기업별·제품별 개발 일정과 전략을 담고 있다. 구체적으로는 차세대 무기체계, 차세대 항공기 구조물, 소형발사체 미래항공모빌리티(AAV), 수송기 등 분야에 사용될 탄소복합재 기술 개발 계획이 포함됐다. 다만, 산업부는 보안 등의 이유로 로드맵의 세부 일정과 내용은 공개하지 않았다. 그러나 수요기업의 제품 개발 계획에 맞춰 국산 탄소복합재가 공급될 수 있도록 탄소복합재 기업의 기술개발 및 인증획득을 지원하고 부품의 실증 지원을 추진할 예정이다. 또한 이 로드맵이 차질 없이 진행될 수 있도록 점프업 파트너십 내 운영 중인 '우주항공·방산 분과'에서 이행 상황을 점검하기로 했다. 산업부는 지금까지 국내 탄소복합재는 항공·우주 분야에 사용된 실적이 부족해 해외시장 진출에 어려움을 겪어왔으나, 이번 로드맵을 통해 해외 진출 기회가 확대될 것으로 기대했다. 위에서 밝혔듯이, 탄소복합재는 탄소섬유, 활성탄소, 인조흑연, 탄소나노튜브(CNT) 등 가볍고 강도가 높은 물리적 특성을 갖는 소재다. 이 중 탄소섬유는 UAM, 우주발사체 등에 쓰이고, 탄소나노튜브는 이차전지 등 첨단산업의 핵심 소재로 활용된다. 앞서 정부는 지난해 7월 한국항공우주산업(KAI), 대한항공 등 탄소복합재 수요 기업과 효성첨단소재, 국도화학, 한국카본 등 공급 기업이 참가하는 '탄소복합재 점프업 파트너십'을 발족해 이번 로드맵을 준비해왔다. 이승렬 산업부 산업정책실장은 "업계가 수립한 로드맵을 통해 국산 소재가 항공·우주용 첨단분야로 활발히 진출할 수 있길 기대한다"며 "정부도 로드맵 이행에 차질이 없도록 적극 지원하겠다"고 강조했다. 탄소복합재 산업의 성장은 국내 제조업의 경쟁력 강화에도 기여할 것으로 기대된다. 탄소복합재는 항공우주, 자동차, 에너지 등 첨단 산업의 핵심 소재로 활용되기 때문에, 탄소복합재 산업의 성장은 이러한 산업들의 경쟁력을 높일 수 있다.
- IT/바이오
2024-05-22 12:58:00
바이든發 관세폭탄, 美 기업에 부메랑…흑연·배터리 조달 '빨간불'

미국 바이든 행정부가 중국산 제품에 대한 고율 관세 부과를 결정하면서 미국 기업들도 적잖은 타격을 입을 것으로 예상된다. 특히 전기차 배터리의 핵심 소재인 흑연과 반도체 등의 조달에 차질이 생길 가능성이 커졌다. 바이든 행정부는 지난 5월 중국산 제품 180억 달러(약 24조3990억 원) 규모에 대한 추가 관세 부과 계획을 발표했다. 트럼프 전 정권 시절보다는 규모가 작지만, 전기차 배터리와 반도체 등 핵심 산업 분야를 타겟으로 삼았다는 점에서 미국 기업들의 우려가 커지고 있다. 중국 의존도 높은 흑연, 배터리 생산 차질 우려 이번 관세 부과 대상에는 전기차, 배터리, 핵심 광물, 철강, 반도체, 태양광 패널 등이 포함됐다. 특히 전기차 배터리의 핵심 소재인 흑연은 미국 내 공급량의 70%를 중국에 의존하고 있어, 관세 부과로 인한 가격 상승은 배터리 생산 비용 증가로 이어질 수 있다. 이는 곧 전기차 가격 상승으로 이어져 소비자 부담을 가중시킬 가능성이 높다. 반도체 역시 영향을 받을 가능성이 있는 분야 중 하나다. 미국 기업들은 중국에서 생산된 반도체를 재수입하는 경우가 많아, 관세 부과는 공급망 재편과 비용 증가를 초래할 수 있다. 특히 중국이 가전제품 및 IoT 기기에 사용되는 범용 반도체 생산에 집중하고 있어, 향후 미국 기업들의 조달 전략 수정이 불가피할 것으로 보인다. 전기차 가격 경쟁력 약화, 중국 업체 약진 전기차 시장에서는 중국 업체들의 저가 공세가 더욱 거세질 전망이다. 미국 자동차 업체들이 아직 저가 전기차 모델을 내놓지 못하고 있는 상황에서, 중국 업체들은 2만5000달러(약 3388만 원) 수준의 저렴한 전기차를 앞세워 시장 점유율을 확대해 나갈 것으로 예상된다. 미국의 이번 조치는 중국산 저가 제품의 유입을 막기 위한 보호무역주의적 성격이 강하다는 비판도 제기된다. 이로 인해 미국 시장에 진입하지 못한 중국산 제품들이 주변국으로 흘러 들어가 글로벌 공급망 불안정을 야기할 수 있다는 우려도 나온다. 미국 정부는 관세 부과를 통해 자국 산업 보호와 일자리 창출을 기대하고 있지만, 기업들의 비용 부담 증가와 소비자 가격 상승 등 부작용도 만만치 않을 것으로 보인다. 특히 핵심 산업 분야의 공급망 재편이 불가피해지면서 미국 기업들의 경쟁력 약화 가능성도 배제할 수 없다.
- 경제
2024-05-19 10:54:00
미국, 중국 태양광 겨냥해 양면형 패널에 관세·동남아 우회수출 차단

미국 바이든 정부가 중국산 태양 전지에 대한 관세를 50%로 두 배 인상키로 한 데 이어 중국의 태양광 업체를 겨냥해 양면형 태양광 패널에 관세를 다시 부과하기로 했다. 또 중국 업체들이 태국, 베트남 등 동남아시아 국가를 통해 우회 수출하는 것을 차단하기 위해 이들 동남아 국가의 태양광 패널에 대한 관세 부과 유예 조치도 종료키로 했다. 로이터통신 등 외신들에 따르면 백악관은 16일(현지시간) 보도자료를 통해 이같이 밝혔다. 미국은 우선 양면형 태양광 패널에 대한 관세부과 유예조치를 끝내기로 했다. 미국은 통상법 201조에 따라 태양광 패널에 대해서는 14.25%의 관세를 부과하고 있으나 대형 전력 사업 등에 사용되는 양면형 태양광 패널에 대해서는 관세 부과 대상에서 예외로 해왔다. 이 조치는 트럼프 정부 때 내려졌으며 바이든 정부에서도 연장됐다. 그러나 이런 조치에 따라 값싼 중국산 제품이 미국으로 유입되면서 관세 부과 예외 조치를 중단해야 한다는 요구가 미국 내에서 나왔다. 미국에 대규모 투자를 하고 있는 한화큐셀도 지난 1월 미국 무역대표부(USTR)에 이런 요청을 했다. 백악관은 보도자료에서 "전임 정부에서 예외 조치가 시행된 이후 양면형 패널 수입이 급증하면서 현재 (양면형 패널이) 수입되는 태양광 패널의 대부분을 차지하고 있다"면서 "이에 따라 통상법 201조에 따른 세이프가드(긴급수입제한) 효과가 약화하고 있다"고 밝혔다. 미국은 또 태국, 베트남, 캄보디아, 말레이시아 등 동남아 4개국에서 생산된 태양광 패널에 대한 한시적 관세 면세 조치도 종료키로 했다. 중국 업체들이 태양광 모듈을 동남아 국가에서 조립해 미국 관세를 우회하기 위한 루트로 사용한다는 것이 그 이유다. 이에 따라 동남아 4개국에 대한 관세 면제는 내달 6일 종료된다. 미국 에너지부와 상무부는 최근 급증한 동남아 태양광 패널의 수입 패턴도 면밀히 모니터링하고 불공정 관행에 대응하기 위해 가능한 모든 조치를 탐색하기로 했다고 백악관을 밝혔다. 이런 조치를 통해 미국 시장이 과포화되는 것을 막겠다는 것이 목표다. 이밖에 재무부는 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 미국산 부품(전체의 40%)을 사용하는 태양광 및 풍력발전소 등에 10%의 추가 세액 공제 혜택을 주는 규정도 일부 변경했다. 업체들은 미국산 부품 사용 비율 계산시 에너지부의 기본 비용 비율을 사용할 수 있게 돼 이전보다 기준 충족이 이전보다 용이해질 것으로 관측된다. 앞서 미국 정부는 지난 14일 태양전지를 비롯해 중국산 수입 제품에 무역법 301조를 활용한 고율 관세 부과 방침을 발표한 바 있다. 한편 미국 정부는 이달 말 중국산 합성 흑연에 대한 25% 관세를 발표할 예정이라고 로이터 통신 등이 보도했다.
- 포커스온
2024-05-17 07:02:00
미국, 중국 전기차 관세 100%로 대폭 인상…中 "즉각 취소" 촉구

미국 바이든 정부가 오는 11월 대선을 앞두고 중국산 전기차에 대한 관세를 현재 25%에서 100%로 대폭 인상한다. 또 철강·알루미늄 및 전기차용 리튬이온 배터리의 관세도 25%로, 반도체와 태양 전지의 관세는 50%로 인상하는 등 전략 산업과 관련된 제품에 대한 미국의 대(對)중국 관세가 기존의 대략 2~4배 정도로 크게 상향된다. 중국은 바이든 정부가 대중국 첨단기술 수출통제 조치 등에 이어 반도체 및 청정에너지를 비롯한 전략 부문에 고율 관세를 부과하자 크게 반발하고 있다. 게다가 조 바이든 대통령과 도널드 트럼프 전 대통령 간 '중국 때리기 경쟁'이 대선과 맞물려 가열될 것으로 전망되면서 미·중간 통상 갈등이 격화될 수 있다는 전망도 나오고 있다. 백악관은 바이든 대통령이 14일(현지시간) 중국의 불공정 무역 관행 및 그에 따른 피해에 대응하기 위해 무역법 301조에 따라 무역대표부(USTR)에 이런 관세 인상을 지시했다고 밝혔다. 바이든 정부가 발표한 관세 인상 대상은 중국산 수입품 180억 달러(약 24조6510억원) 규모다. 바이든 대통령이 무역법 301조에 따라 대중(對中) 고율 관세를 부과한 것은 이번이 처음이다. 이번 조치는 도널드 트럼프 전 대통령이 재임 중인 2018~2019년 301조에 따라 부과한 대중 고율 관세에 대한 USTR의 심층 검토에 따라 내려진 것이다. 연합뉴스는 트럼프 정부 당시 부과된 고율 관세 적용을 받는 중국산 제품은 지난해 기준으로 2260억달러(약 309조원) 규모로 추정된다고 블룸버그통신을 인용해 보도했다. 현재 부과되는 트럼프 정부 당시의 고율 관세는 이번에 하나도 인하되지 않았다고 이 매체는 전했다. 월스트리트저널(WSJ)은 무역법 301조에 따라 트럼프 전 대통령이 시행하고 바이든 대통령이 강화한 고율 관세정책은 미국의 영구적인 대중국 정책이 됐다고 평가했다. 이번 조치에 따르면 미국 정부는 먼저 올해 중국산 전기차에 대한 관세를 100%로 인상하기로 했다. 중국산 전기차에 부과되는 최종 관세는 기존 27.5%(최혜국 관세 2.5%에 25% 추가)에서 102.5%(최혜국 관세 2.5%에 100% 추가)로 상향됐다. 백악관은 보도 자료에서 "상당한 과잉 생산 리스크로 이어지는 광범위한 보조금과 비(非)시장적 관행 속에서 중국의 전기차 수출은 2022년부터 2023년까지 70% 증가해 다른 곳에서의 생산적 투자를 위협하고 있다"고 밝혔다. 이어 "(중국산 전기차에 대한) 100%의 관세율은 중국의 불공정 무역 관행으로부터 미국 제조업체를 보호할 것"이라고 설명했다. 백악관은 또 △ 리튬이온 전기차 배터리 7.5%→25%(연내) △ 리튬이온 비(非)전기차 배터리 7.5%→25%(2026년) △ 배터리 부품 7.5% → 25%(연내) 등으로 각각 관세를 올린다고 말했다. 또 핵심 광물 가운데 천연 흑연과 영구 자석의 관세는 현재 0%에서 2026년에 25%로 인상된다. 그밖에 다른 핵심 광물은 관세율이 올해 0%에서 25%로 크게 올랐다. 미국 정부는 또 연내 특정한 철강과 알루미늄 제품에 대한 관세를 현재 0~7.5%에서 25%로 올리기로 했다. 또한 2025년까지 중국산 반도체에 대한 관세를 현재 25%에서 50%로 인상한다. 백악관은 "레거시(범용) 반도체 부문에 대한 중국의 정책이 (중국의) 시장점유율 확대 및 생산 능력의 빠른 확장으로 이어지면서 시장이 주도하는 기업의 투자가 위축될 위험이 있다"고 말했다. 미국 상무부는 연초부터 미국 기업의 중국산 범용 반도체 사용 현황 등에 조사에 착수했으며 최근 이를 완료했다고 블룸버그 통신이 이날 보도했다. 백악관은 태양 전지에 대한 관세는 태양 전지 모듈의 조립 여부와 무관하게 25%에서 50%로 올해 일괄적으로 인상한다고 밝혔다. 이를 통해 중국의 정책 주도형 과잉생산으로부터 해당 산업을 보호하겠다는 목표다. 이밖에 △ 항구 크레인(Ship-to-Shore Cranes) 0% → 25%(연내) △ 주사기 및 바늘 0% → 50%(연내) △ 마스크를 비롯한 개인 보호 장비(PPE) 0~7.5% → 25%(연내) △ 의료 및 수술용 고무장갑 7.5% → 25%(2026년) 등으로 관세가 크게 상향된다. 미국의 무역법 301조는 대통령에게 미국의 무역과 투자에 부정적인 영향을 주는 불공정 무역행위에 대응해 필요한 조치를 취할 수 있는 권한을 부여하고 있다. 이 법은 4년마다 정책 효과 등을 검토할 것을 요구하고 있으며 USTR은 최근까지 트럼프 정부 당시의 고율 관세 부과 조치에 대한 검토를 진행해왔다. 바이든 정부는 출범 초반에는 인플레이션 등을 고려해 고율 관세를 조정한다는 입장이었으나 올해 대선이 다가오면서 기존 고율관세를 유지하거나 강화하는 측면을 보이고 있다. 이에 트럼프 전 대통령의 대중국 강경 통상 정책 공약, 이른바 '중국 때리기'에 대한 일반 유권자들의 선호 등이 고려된 것 아니냐는 진단이 나오고 있다. 트럼프 전 대통령은 재임 중 무역법 301조를 활용해 광범위한 중국 제품에 고율 관세를 부과한 데 이어 이번 대선에서 재선에 성공할 경우 중국에 추가로 막대한 관세를 부과하겠다는 공약을 내걸었다. 이른바 '보편 관세 10%' 부과를 공약한 트럼프 전 대통령은 중국에 대해서는 60% 이상 고율의 관세 적용을 시사하고 있다. 그는 또 중국 기업이 멕시코에서 만든 자동차에 대해서도 100% 관세를 부과하겠다고 말했으나 지난 11일 유세에서는 이를 200%로 언급하기도 했다. 이와 관련, 백악관은 바이든 대통령의 이번 조치에 대해 "전략적인 부문에서 신중하게 타깃을 맞춘 것"이라면서 "우리는 동맹을 훼손하거나 모든 국가에서 수입되는 제품에 무차별적으로 10%의 관세를 부과하기보다는 중국의 불공정 관행에 대한 우려를 해결하기 위해 전 세계 파트너와 협력을 강화할 것"이라고 말했다. 한편, 중국 정부는 바이든 정부의 이런 관세 폭탄 조치에 대해 강력히 반발했다. 중국은 미국이 세계무역기구(WTO) 규칙을 위반하고 있다며 즉각적인 취소를 촉구했다. 왕원빈 중국 외교부 대변인은 14일 미국 발표가 전해지기 직전 열린 정례 브리핑에서 "중국은 일관되게 WTO 규칙을 위반한 일방적 부가 관세에 반대해왔다는 점을 여러분께 알리고 싶다"고 밝혔다. 그는 또한 "(중국은) 모든 필요한 조처를 해 자신의 정당한 권익을 수호할 것"이라고 말했다. 중국 상무부도 이날 홈페이지에 올린 대변인 명의 입장문을 통해 "중국은 단호히 반대하며 엄정한 교섭(외교 경로를 통한 항의)을 제기한다"고 밝혔다. 또 미국의 관세 인상에 대해 "국내 정치적인 이유로 경제·무역 문제를 정치화 도구화하는 것"이라며 "미국은 잘못을 바로잡기는커녕 제멋대로 고집하며 실수를 반복하고 있다"고 비난했다. 그러면서 "미국의 관세 인상은 '중국과 디커플링(decoupling·공급망 등 분리)을 추구하지 않는다'는 바이든 대통령의 약속에 위배되는 것으로, 양국 협력 분위기에도 심각한 영향을 미칠 것"이라고 경고하면서 "즉각 잘못을 시정하고 중국에 부과한 추가관세를 취소하라"고 요구했다. 주미중국대사관 류펑위 대변인은 기자들과 만나 "미국은 신재생 에너지 분야 중국 정부의 보조금이 과잉 생산으로 이어지고 있으며 국제 가격을 왜곡하고 있다고 비난하는데, 이는 잘못된 이야기"라며 "그들은 중국의 발전을 방해하고 자국 문제에 중국을 희생앙으로 삼고 있다"고 반발했다. 그로 인해 중국 정부가 상응하는 조치로 미국에 맞대응할 가능성도 있으며 이 경우 양국간 통상 갈등이 격화될 수 있다는 전망이 나온다. 반면, 일각에서는 현재 미국으로 수입되는 중국산 전기차가 거의 없고, 미국이 중국의 태양광 산업에서 차지하는 비중이 미미하다는 이유 등으로 바이든 정부의 이번 조치가 상징적인 조치라는 평가도 나온다. AP통신은 "새 관세는 180억달러 규모의 수입품에만 적용되기 때문에 상당히 상징적"이라고 전했다.
- 경제
2024-05-15 08:11:00
[신소재 신기술(38)] 한국 과학자팀, 상온 상압에서 다이아몬드 최초 합성

한국 기초과학연구원 연구원들이 새로운 액체 금속 합금 시스템을 사용해 상온 상압에서 다이아몬드 합성에 성공했다. 기초과학연구원(IBS)은 다차원탄소재료연구단 로드니 루오프 연구단장 팀이 갈륨, 철, 니켈, 실리콘으로 구성된 액체 금속 합금을 이용해 1기압과 1025°C의 상온 상압 조건에서 다이아몬드를 합성하는 데 세계 최초로 성공했다고 25일 밝혔다. 이 연구는 기존의 다이아몬드 합성 방법을 획기적으로 발전시킬 수 있는 성과라고 사이언스얼럿과 과학기술 웹사이트 Phsy 등에서도 비중있게 다뤘다. 기존의 다이아몬드 합성은 고온 고압(HPHT) 방법을 사용하며, 고온고압 조건을 유지하기 위한 압력 셀 제한 크기 때문에 다이아몬드 크기도 작아서 약 1㎠로 제한된다. 일반적으로 다이아몬드는 액체 금속 촉매를 사용해 '기가파스칼 압력 범위'(일반적으로 5~6GPa, 1GPa는 약 1만 기압)와 1300~1600°C의 고온에서만 다이아몬드를 생산할 수 있다. 천연 다이아몬드는 지하 깊은 곳의 극식한 압력과 온도에서 형성되는 데 수십억년이 걸린다. 합성 다이아몬드는 최대 몃 주 동안 강력한 압착이 필요하다. IBS 연구팀이 이번에 개발한 액체 금속 혼합을 기반으로 한 새로운 방법은 기존 다이아몬드 합성 패러다임을 깨고,1025도 온도 및 1기압 압력 조건에서 처음으로 다이아몬드를 합성했다. 이는 우리가 해수면에서 느끼는 압력과 동일하며 일반적으로 요구되는 압력보다 수만 배 더 낮다. 연구팀은 빠르게 가열과 냉각이 가능한 'RSR-S'라는 냉벽 진공 장치를 자체 제작해 통상 3시간 걸리는 기존 장치들과 달리, 15분이면 끝날 수 있게 했다. RSR-S는 온도와 압력을 빠르게 조절해 액체 금속 합금을 만드는 장치다. 연구팀은 메탄과 수소에서 갈륨 77.75%, 니켈 11.00%, 철 11.00%, 실리콘 0.25%로 구성된 액체 금속 합금을 만들어 하부 표면에서 다이아몬드 구성 물질인 탄소가 성장하는 것을 확인했다. 이 연구는 '네이처(Nature)' 저널 온라인에 게재됐다. 현재 다양한 산업 공정, 전자 제품, 심지어 양자 컴퓨터에 사용되는 대부분의 합성 다이아몬드를 만드는 데 사용되는 공정은 며칠이 걸리며 훨씬 더 많은 압력이 필요하다. 이 새로운 기술이 그 잠재력을 발휘한다면 다이아몬드 제작은 훨씬 더 빠르고 쉬워질 것이다. UNIST 석좌교수이기도 한 루오프 소장은 "이 선구적인 돌파구는 인간의 독창성과 끊임없는 노력, 그리고 많은 공동 연구자들의 협력이 만들어낸 결과"라고 말했다. 연구팀은 "액체 금속을 사용하는 일반적인 접근 방식은 다양한 표면에서 다이아몬드의 성장을 가속화하고 발전시킬 수 있으며 아마도 작은 다이아몬드(씨앗) 입자에서 다이아몬드의 성장을 촉진할 수 있다"라고 썼다. 루오프 소장은 "우리는 대형 챔버(내부 용적이 100리터인 RSR-A 챔버)에서 파라미터 연구를 진행했는데, 공기를 펌핑(약 3분)하고 불활성 가스로 퍼지(90분)한 다음 다시 진공 수준으로 펌프 다운(3분)하여 챔버를 1기압의 매우 순수한 수소/메탄 혼합물로 채우고(다시 90분) 실험을 시작하는 데 3시간 이상 소요되는 시간 때문에 다이아몬드 성장을 위한 파라미터 탐색이 더뎠다!"고 밝혔다. 이어 성원경 박사는 "메탄과 수소의 혼합물에 노출된 액체 금속으로 실험을 시작하고 완료하는 데 필요한 시간을 크게 줄이기 위해 훨씬 더 작은 챔버를 설계하고 제작하도록 요청했다"고 말했다. 성 박사는 "우리가 새로 제작한 시스템 즉, 내부 용적이 9리터에 불과한 RSR-S은 총 15분 만에 메탄/수소 혼합물을 펌핑, 퍼지, 배출, 채우기까지 완료할 수 있다. 매개변수 연구가 크게 가속화되었고, 이를 통해 액체 금속에서 다이아몬드가 성장하는 매개변수를 발견할 수 있었다"라고 설명했다. 제1저자인 얀 공 UNIST 대학원생은 "어느 날 RSR-S 시스템으로 실험을 진행한 후 흑연 도가니를 식혀 액체 금속을 고형화한 후 고형화된 액체 금속 조각을 제거했을 때, 이 조각의 바닥면에 수 밀리미터에 걸쳐 '무지개 무늬'가 퍼진 것을 발견했다. 그 무지개 색이 다이아몬드 때문이라는 사실을 알게 되었다! 이를 통해 다이아몬드의 재현 가능한 성장에 유리한 매개변수를 파악할 수 있었다"라고 말했다. 연구팀은 또 '광 발광 분광법' 실험으로 물질에 빛을 쏘아 방출되는 파장 빛을 준석해 다이아몬드 내 '실리콘 공극 컬러 센터' 구조도 발견했다. 이 구조는 액체 금속 합성 구성요소 중 하나인 실리콘이 탄소로만 이루어진 다이아몬드 결정 사이에 끼어들어 있는 것이다. 실리콘 공극 컬러 센터 구조는 양자 크기의 자성을 가져 자기 민감도가 높고, 양자 현상(양자적인 특성)을 보인다. 그로 인해 향후 나노 크기의 자기 센서 개발과 양자 컴퓨팅 분야의 응용이 기대된다. 논문 공동 저자인 메이후이 왕 박사는 "실리콘 공극 컬러 중심을 가진 이 합성 다이아몬드는 자기 감지 및 양자 컴퓨팅에 응용될 수 있을 것"이라고 말했다. 연구팀은 이러한 새로운 조건에서 다이아몬드가 핵을 형성하고 성장할 수 있는 메커니즘에 대해 심도 있게 연구했다. 시료의 단면을 고해상도 투과전자현미경(TEM)으로 촬영한 결과 다이아몬드와 직접 접촉한 고체 액체 금속에 약 30~40nm 두께의 비정질 표면 영역이 존재하는 것으로 나타났다. 공동 저자인 최명기 박사는 "이 비정질 영역의 상부 표면에 존재하는 원자의 약 27%가 탄소 원자였으며, 탄소 농도는 깊이에 따라 감소하는 것으로 나타났다"고 말했다. 연구팀은 또한 실리콘이 다이아몬드의 새로운 성장에 중요한 역할을 한다는 사실도 발견했다. 합금의 실리콘 농도가 최적 값보다 증가함에 따라 성장한 다이아몬드의 크기는 작아지고 밀도는 높아진다. 실리콘을 첨가하지 않으면 다이아몬드를 전혀 성장시킬 수 없었으며, 이는 실리콘이 다이아몬드의 초기 핵 형성에 관여할 수 있음을 시사한다. 루오프 소장은 "이 액체 금속에서 다이아몬드의 핵 형성과 성장에 대한 우리의 발견은 매우 흥미롭고 기초 과학을 위한 많은 흥미로운 기회를 제공한다. 이제 우리는 핵 형성과 그에 따른 다이아몬드의 빠른 성장이 언제 일어나는지 탐구하고 있다. 또한 탄소와 기타 필요한 원소의 과포화를 먼저 달성한 다음 온도를 빠르게 낮춰 핵 생성을 촉발하는 '온도 강하' 실험도 유망한 연구"라고 말했다.
- 포커스온
2024-04-25 17:05:00
포스코그룹, 포항에 실리콘음극재 공장 준공…연산 550t 규모

포스코그룹은 산하 포스코실리콘솔루션이 지난 19일 경상북도 포항 영일만 산업단지에서 연간 생산량 550t(톤) 규모의 실리콘 음극재 공장 준공식을 가졌다고 23일 발표했다. 실리콘 음극재는 기존 리튬이온배터리에 적용되는 흑연 음극재에 비해 에너지 밀도를 4배 높일 수 있어, 이를 통해 전기차의 주행거리를 향상시키고 충전 시간을 단축시킬 수 있는 차세대 음극재로 각광받고 있다. 실리콘 음극재는 나노 구조로 제작되어 사이클 안정성이 높고 수명이 길다. 또한 지구상에 풍부하게 존재하는 실리콘은 흑연보다 생산 비용이 저렴하다. 그러나 실리콘 음극재는 부피 변화와 낮은 전기 전도도 등의 도전과제를 안고 있다. 충전/방전 과정에서 부피 변화가 크게 발생하여 전극 파손 위험이 있다. 아울러 전기 전도도가 낮아 전지 성능 저하 가능성이 있다. 또한 전극 표면과의 접착력이 약해 분리 발생 가능성이 있다. 이에 업계에서는 다양한 나노 구조 및 코팅 기술 개발해 부피 변화 및 전기 전도도 문제 해결을 위해 노력하고 있다. 실리콘의 장점과 흑연의 장점을 동시에 활용하는 흑연과의 복합화 연구 등도 진행 중이다. 포스코실리콘솔루션이 달성한 연간 550톤의 생산능력은 약 27만5000대의 전기차를 생산할 수 있는 규모에 해당한다. 포스코실리콘솔루션은 지난해 4월에 착공해 최근에 하(下)공정 설비를 준공했으며, 오는 9월에는 상(上)공정을 포함한 전체 생산라인의 종합 준공을 목표로 하고 있다. 이 회사는 2030년까지 연간 2만5000톤의 실리콘 음극재 생산 체제를 완비할 계획이다. 음극제 시장 전망에 따르면, 현재 약 1만톤 규모인 글로벌 실리콘 음극재 시장은 2035년까지 28만5000톤으로 성장할 것으로 예상된다. 포스코그룹은 음극재 제품군을 강화하고 증가하는 시장 수요에 선제적으로 대응하기 위하여 2022년 7월에 실리콘 음극재 기술을 보유한 스타트업 테라테크노스를 인수하고, 이를 포스코실리콘솔루션으로 사명을 변경했다. 또한, 포스코그룹은 실리콘과 탄소를 혼합한 복합체 음극재의 생산도 계획 중에 있다. 이와 관련해, 그룹사 포스코퓨처엠은 이달 말 경상북도 포항 영일만 산업단지에서 실리콘 탄소 복합체 음극재 데모플랜트의 운영을 시작할 예정이며, 고객사별로 최적화된 실리콘 음극재 솔루션을 제공할 계획이다.
- 산업
2024-04-23 10:13:00
[퓨처 Eyes(32)] 무중력 흑연 플랫폼, 자기부상 열차 기술의 미래를 열다?

일본 오키나와 과학 기술 연구소(OIST) 양자 기계 연구팀은 흑연과 자석을 활용해 공중에 떠있는 '무중력' 흑연 플랫폼을 선보였다. 과학 전문 웹사이트 피지스(Phys. org)와 뉴아틀라스, 퓨처리즘 등 다수 외신은 "OIST 연구팀은 물리적 접촉이나 기계적 지지대 없이도 안정적으로 매달릴 수 있는 공중 부양 소재 개발에 힘쓰고 있다"며 이번 연구에 대해 집중 조명했다. 공중 부양 소재는 물리적 접촉이나 기계적 지지 없이도 자유롭게 공중에 떠 있는 특성을 지닌 물질을 일컫는다. 가장 흔히 접하는 공중 부양 현상은 자기력에 의해 발생한다. 초전도체나 반자성 물질(자기장에 밀리는 성질)과 같은 물체를 자석 위에 부유시켜 첨단 과학 센서와 일상 용품을 개발할 수 있다는 것이다. 본 연구실 책임자인 제이슨 트왐리(Jason Twamley) 교수는 국제 협력 기관과 함께 흑연과 자석을 활용한 진공 부상 플랫폼을 설계했다. 특기할 만한 점은 이 '부상 플랫폼(플로팅 플랫폼)'이 외부 전원 공급 없이 작동하며, 초고감도 센서 개발을 위한 매우 정밀하고 효율적인 측정 환경을 제공한다는 것이다. 본 연구 결과는 권위있는 학술지 '응용물리학 레터(Applied Physics Letters)'에 게재되었다. '반자성' 물질에 외부 자기장을 가하면 이 물질은 반대 방향의 자기장을 생성하여 반발력을 일으켜 자기장을 밀어낸다. 따라서 반자성 재료로 만든 물체는 강한 자기장 위에 떠 있을 수 있다. 예를 들어 자기부상열차에서는 강력한 초전도 자석이 반자성 물질로 강한 자기장을 만들어 중력을 거스르는 것처럼 보이는 공중부양을 실현한다. 연필심에서 추출되는 흑연(결정질 탄소)은 강력한 자기 반발력(높은 반자성)을 지닌다. 연구팀은 미세한 흑연 구슬 분말을 전기 절연성이 있는 실리카로 화학 코팅한 후 왁스와 혼합하여 그리드(격자) 패턴으로 배열된 자석 위에 부상시키는 1㎠ 크기의 얇은 정사각형 플랫폼을 제작했다. 이 과정에서 흑연은 반자성을 유지하지만 절연은 부양에 필요한 에너지 손실을 방지한다. 테스트 결과 실리카 코팅 흑연 플랫폼은 북극과 남극이 번갈아가며 자석으로 구성된 표면 위에서 장시간 공중에 떠 있을 수 있었다. 연구팀은 이 공중 부양 플랫폼 시스템은 힘, 가속도 및 중력을 측정하는 새로운 유형의 센서로 이어질 수 있다고 밝혔다. 더 정밀한 양자 센서를 위해 또 다른 버전은 피드백 자력을 사용해 플랫폼의 수직 움직임을 지속적으로 수정하고 플랫폼의 운동 에너지를 줄이기 위해 냉각시킨다. 그러나 여기서 단점은 외부 전원이 필요하다는 것이다. 외부 전력 공급 없이 작동하는 자력 부상 플랫폼 구현에는 몇 가지 기술적인 과제가 있다. 가장 큰 어려움은 '와류 감쇠(eddy damping)'로, 이는 진동 시스템이 시간 경과에 따라 외부 힘으로 인해 에너지를 손실하는 현상을 의미한다. 흑연과 같은 전도성 물질이 강력한 자기장을 통과할 때 발생하는 전류 흐름은 에너지 손실을 초래하며, 이는 첨단 센서 개발에 자력 부상 기술을 활용하는 데 있어 주요한 걸림돌이 된다. 이에 OIST 연구원들은 에너지 손실 없이 부유하고 진동할 수 있는 플랫폼, 즉 한 번 가동되면 추가적인 에너지 투입 없이도 장시간 지속적으로 진동을 유지할 수 있는 플랫폼을 설계하기 시작했다. 앞서 지적한 것처럼 이러한 '마찰 없는' 플랫폼은 힘, 가속도, 중력 측정을 위한 새로운 유형의 센서 개발뿐 아니라 다양한 분야에 활용될 수 있는 잠재력을 지닌다. 와류 감쇠 문제를 해결한다고 해도 진동 플랫폼의 운동 에너지 최소화라는 또 다른 과제가 남아 있다. 이 에너지 수준을 낮추는 것은 다음과 같은 두 가지 이유로 중요하다. 먼저, 플랫폼을 센서로 활용할 때 더욱 민감한 측정을 가능하게 한다. 다음으로, 양자 효과가 지배적인 양자 영역으로 진입하여 운동 에너지를 냉각시키면 정밀 측정의 새로운 가능성을 열 수 있다. 따라서 진정한 마찰 없는 자립형 플로팅 플랫폼을 구현하기 위해서는 와류 감쇠와 운동 에너지 문제를 모두 해결해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 연구팀은 흑연 기반의 새로운 물질 개발에 힘썼다. 화학적 변형을 통해 흑연을 전기 절연체로 변환함으로써 에너지 손실을 최소화하면서도 진공 상태에서 물질의 부상을 가능하게 했다. 과학자들은 실험 환경에서 플랫폼의 움직임을 지속적으로 추적하고 분석했다. 이러한 실시간 데이터를 활용하여 피드백 자기장을 적용하여 플랫폼의 진동을 감쇠시킴으로써 플랫폼의 운동을 냉각하고 속도를 크게 감소시켰다. 트왐리 교수는 "열은 진동을 야기하지만, 지속적인 모니터링과 시스템에 실시간 피드백을 제공함으로써 이러한 진동을 줄일 수 있다고 설명했다. 피드백은 시스템의 감쇠 속도, 즉 에너지 손실 속도를 조절하기 때문에 적극적인 감쇠 제어를 통해 시스템의 운동 에너지를 감소시켜 효과적으로 냉각할 수 있다"고 밝혔다. 트왐리 교수는 또한 "충분히 냉각된다면 이 공중 부상 플랫폼은 지금까지 개발된 가장 민감한 원자 중력계보다 더 뛰어난 성능을 발휘할 수 있다"고 강조했다. 이어 "원자 중력계는 원자의 움직임을 이용하여 중력을 정밀하게 측정하는 최첨단 장치이다. 이러한 수준의 정밀도를 달성하기 위해서는 진동, 자기장, 전기 노이즈와 같은 외부 간섭으로부터 플랫폼을 격리하는 엄격한 엔지니어링이 필요하다. 현재 진행 중인 연구는 이러한 시스템을 개선하여 이 기술의 잠재력을 최대한 발휘하는 데 초점을 맞추고 있다"고 덧붙였다.
- 포커스온
2024-04-18 11:28:00
[신소재 신기술(15)] 배터리 스타트업 코어셸, 주행거리 희생 없는 저렴한 LFP배터리 선봬

배터리 소재 스타트업인 코어쉘(Coreshell)은 저렴한 리튬 이온 배터리 제조 기술을 개발했다고 발표했다. 미국 기술전문매체 티크크런치는 15일(현지시간) 코어쉘이 야금용 실리콘을 활용한 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극으로 만든 전기차 배터리를 내년부터 양산에 들어간다 보도했다. 회사에 따르면 kWh당 최대 30% 저렴한 비용으로 비교할 수 없는 충전 성능과 안전성을 갖춘 배터리를 만들 수 있다. 야금 등급 실리콘은 고순도 실리콘보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다는 설명이다. 현재 전기자동차(EV) 보급의 가장 큰 장애물 중 하나는 비용이다. 소비자들은 현재 대부분의 전기자동차는 휘발유 차량보다 가격이 높아 구매를 망설이고 있다. 실리콘은 리튬이온배터리의 음극 단자인 양극에서 흑연을 대체할 수 있는 잠재력이 있다. 실리콘과 흑연 모두 배터리가 충전 중일 때 리튬 이온을 받아들이고 저장한다. 실리콘은 훨씬 더 많은 양의 전기를 저장할 수 있지만 단점이 있다. 충전할 때 양극이 부풀어 오르는 경향이 있다. 흑연 음극은 약간 부풀뿐 크게 팽창하지는 않는다. 하지만 실리콘 양극은 충전할 때 풍선처럼 부풀어 원래 크기의 몇 배까지 팽창할 수 있다. 이를 보완할 수 있는 소재가 없으면 충전과 방전을 반복하면 양극이 무너질 수 있다. 실리콘 음극 기술 개발 경쟁 이에 실리콘의 배터리 성능 향상 잠재력을 인식한 여러 스타트업은 실리콘의 팽창 문제를 해결하기 위해 노력하고 있다. 대부분의 접근 방식은 실리콘의 팽창 특성을 수용하기 위해 특수한 미세 구조를 사용한다. 이들 기업은 자체 개발 배터리를 제조하기 위해 더욱 정제되고 비용이 높은 실리콘을 사용한다. 결과적으로 실리콘 음극은 현재까지 가격 프리미엄을 보다 쉽게 흡수할 수 있는 소비자 전자 제품 및 고급 전기자동차 시장을 타겟으로 했다. 코어쉘은 이전에는 다양한 배터리 재료의 성능 저하를 늦추는 코팅 기술에 주력했지만, 현재는 실리콘 전문 기업으로 전환했다. 조나단 탄 코어쉘 공동 설립자 겸 최고경영자(CEO)는 테크크런치와의 인터뷰에서 "우리는 2년 전 야금용 실리콘 분야에서 획기적인 발전을 이루었다"라고 말했다. 그는 야금용 실리콘 코팅은 충전 및 방전 사이클을 통해 재료를 유지하는 데 도움이 되는 탄력적인 특성을 가지고 있으며 표면 저하도 방지한다고 강조했다. 탄 CEO는 "시장에 출시한 이 기술은 내년부터 상용화에 집중할 것"이라고 밝혔다. 야금 등급 실리콘, 흑연 비용의 절반 탄 CEO는 지난 14일(현지시간) 국제 배터리 세미나의 프레젠테이션에서 야금 등급 실리콘은 고순도 옵션보다 저렴할 뿐만 아니라 일반적으로 리튬 이온 배터리에 사용되는 흑연 비용의 약 절반에 불과하다고 말했다. 코어쉘은 이번 주 금속 생산업체인 페로글로브와 야금용 실리콘 공급 계약을 체결했다. 야금용 실리콘은 전 세계 흑연 공급망을 쥐고 있는 중국을 벗어날 수 있는 지정학적 파급 효과도 있다. 벤치마크 미네랄 인텔리전스에 따르면 전 세계 흑연 음극 공급망의 4분의 3이 중국을 통과한다. 이로 인해 배터리 제조업체와 자동차 제조업체는 곤경에 처해 있다. 미국에서 전기차에 대한 세금 공제 혜택을 받으려면 인플레이션 감축법(IRA)에 따라 배터리 소재의 최소 비율을 미국산 또는 미국과 자유무역협정을 맺은 국가에서 조달해야 한다. 이 비율은 2028년에 90%까지 늘어날 예정이다. 실리콘은 훨씬 더 많은 에너지를 저장할 수 있기 때문에 동일한 용량의 배터리는 흑연에 비해 재료가 더 적게 들어간다. 코어쉘은 이를 감안해 미국이 수요를 충족하기에 충분한 금속 실리콘을 보유해야 한다고 추정했다. 또한 금속 실리콘은 흑연보다 가격이 저렴하기 때문에 중국산 흑연을 완전히 대체할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극 코어쉘이 생산하는 첫 번째 제품은 리튬-철-인산염(LFP) 음극과 결합된 실리콘 양극이 될 예정이다. LFP 음극은 니켈-망간-코발트(NMC) 등 전기차에 사용되는 다른 화학 물질보다 저렴하고 안전하며, 중국 외 지역에서 쉽게 구할 수 있다. 이러한 이점에도 불구하고, 자동차 제조업체들은 NMC에 비해 에너지 밀도가 낮다는 점 때문에 LFP의 광범위한 적용을 망설여 왔다. 그러나 실리콘 음극과의 결합은 이러한 에너지 밀도의 차이를 해결할 것으로 보인다. 코어쉘은 실리콘 음극을 사용함으로써, 흑연 음극을 사용하는 기존의 NMC 배터리에 비해 LFP 배터리가 경쟁 우위를 가질 수 있다고 전망했다. 한편, 코어쉘은 기술을 확장하고 상용화해야 하는 과제가 있다. 이 과정은 쉽지 않으며, 초기 시장은 전기 자전거, 전기 스쿠터, 전기 듄 버기 같은 e-모빌리티 분야가 될 것으로 보인다. 이와 관련해, 코어쉘은 1960년대 상징적인 듄 버기를 제작한 마이어스 맨스(Meyers Manx)와 파트너십을 체결했다. 현재는 자체적으로 재료를 생산하고 있으나, 기술을 라이선스하고 공급업체와 더 긴밀히 협력하는 방안에도 열려 있다. 이 회사는 2025년까지 파트너사에 첫 번째 샘플(A-샘플)을 제공할 계획이다. 또한 10년 내에 자사의 기술이 전기차에 탑재되기를 기대하고 있다. 경쟁 업체인 실라(Sila)와 그룹 14(Group14)도 2025년까지 상업 생산을 목표로 하고 있다. 실리콘 음극 재료는 현재 비용이 더 높지만, 대량 생산과 축적된 경험을 통해 비용을 절감할 수 있는 잠재력을 가지고 있다. 자동차 제조업체들에게 이는 매력적인 옵션이 될 수 있다. 모든 배터리 혁신이 시장의 요구를 충족시키는 것은 아니지만, 리튬 이온 배터리 기술이 비용 효율적으로 계속 발전하려면, 다양한 접근 방식이 필요하다. 코어쉘의 기술이 성공적으로 입증된다면, 중국에 대한 의존도를 줄이면서도 비용 효율적인 배터리 개발로 나아가는 새로운 방향을 제시할 수 있다.
- 포커스온
2024-03-16 09:52:00
정부·배터리 3사, 차세대배터리 개발 '박차'…업계, 올해 9조원 투자

한국 정부와 배터리 업계가 차세대 배터리 개발을 위해 총력을 기울이기로 했다. 치열한 글로벌 경쟁 속에서 혁신을 가속화하고 미래 산업 경쟁력을 확보하기 위한 전략이다. 산업통상자원부는 11일, 정부와 배터리 3사(LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온)가 '민관 합동 차세대 배터리 기술개발 사업'을 추진한다고 발표했다. 업계는 올해 총 9조원 이상의 설비·연구개발(R&D) 투자를 계획하고 있으며, 정부는 앞으로 5년간 유망 배터리 개발에 총 1172억원을 지원할 예정이다. 산업통상자원부는 이날 서울 강남구 기술센터에서 안덕근 산업부 장관 주재로 열린 '민관 합동 배터리 얼라이언스' 회의에서 이 같은 방안이 논의됐다고 밝혔다. 이날 회의에는 LG에너지솔루션, 삼성SDI, SK온 등 배터리 3사와 에코프로, 엘앤에프, 포스코퓨처엠, 엔켐 등 소개 기업, 현대차, 고려아연 등 총 11개 기업 관계자가 참석했다. 배터리산업협회와 광해광업공단 등의 관계자도 자리했다. 이 자리에서 배터리 3사는 정부가 추진하는 '민관 합동 차세대 배터리 기술개발 사업'의 필요성에 공감하고 참여 의사를 밝혔다. 차세대 배터리는 기존 소재와 다른 물질을 사용해 배터리의 성능과 안전성을 획기적으로 높인 이차전지를 말한다. 이차전지는 반복적으로 충전과 방전이 가능한 전지를 말한다. 한 번 사용한 후 버리는 1차전지와 달리, 전기를 공급하여 재사용할 수 있다는 장점이 있다. 최근 기술적 한계에 도달하고 있는 리튬이온배터리를 대체할 게임 체인저로 주목받고 있다. '꿈의 배터리' 전고체 배터리 이번 사업의 주요 대상은 '꿈의 배터리'로 불리는 전고체 배터리다. 기존 리튬이온 배터리 대비 에너지 밀도와 안전성을 획기적으로 향상시킨 차세대 배터리로, 화재 위험성 감소와 주행거리 증가 효과가 기대된다. 삼성SDI는 최근 열린 '인터배터리 2024'에서 업계 최고 수준의 부피당 에너지 밀도를 자랑하는 900Wh/L 전고체 배터리 개발 현황과 구체적인 양산 준비 로드맵을 공개하기도 했다. 일본의 도요타, 중국의 CATL, 미국의 퀀텀스케이프, 독일의 폭스바겐 등 글로벌 기업들이 차세대 배터리 기술 개발 경쟁에 이미 뛰어들었다. LG엔솔 등 국내 배터리 3사도 기술 개발에 박차를 가하고 있다. 산업부는 "개별 기업이 모든 필요 기술을 개발하고 적정한 기술 포트폴리오를 확보하기는 어려워 소부장(소재·부품·장비) 기업이 모두 참여하는 정부 과제를 통해 관련 생태계를 폭넓게 육성하려 지원 사업을 추진하기로 했다"고 말했다. 정부는 2028년 개발을 목표로 전고체 배터리, 리튬메탈 배터리, 리튬황 배터리 등 3개 분야의 유망 기술 개발을 추진하고, 이를 위해 2028년까지 총 1172억3000만원을 지원한다. 이외에도 리튬메탈 배터리와 리튬황 배터리 개발도 지원한다. 리튬메탈 배터리는 에너지 밀도와 수명 개선이 기대된다. 리튬황 배터리는 양극소재에 리튬이 아닌 황을 사용해 기존 배터리보다 가벼운 것이 장점이다. 이 때문에 도심항공교통(UAM) 등 기체 무게가 중요한 모빌리티용으로 적합할 것으로 전망된다. 정부는 이들 과제에 대해서는 다음 달 과제 공고를 내고, 상반기 중 평가를 거쳐 하반기부터 개발 사업에 착수하기로 했다. 보급형 배터리 기술개발 사업도 논의 이날 회의에서는 전고체 배터리뿐 아니라 보급형 배터리 기술개발 사업 등 다양한 주제들이 논의됐다. 특히 가격이 저렴한 리튬인산철(LFP) 배터리는 전기차 시장 부진에 따라 완성차 업체들이 속속 채택 방침을 발표하며 관심을 받고 있다. 국내 배터리 3사 역시 지난해부터 LFP 개발에 착수했으며, 에코프로, 엘앤에프 등 소재 기업들도 LFP용 양극재를 개발하고 있다. 지난해부터 LFP 배터리 개발을 위한 R&D 과제를 추진 중인 정부는 올해부터는 나트륨 배터리 개발을 위한 R&D 과제도 함께 진행한다. 나트륨 배터리는 에너지밀도가 낮고 수명도 보통 수준이지만, 안전성이 높고, 가격이 저렴한 것이 장점이다. 정부는 LFP 배터리 기술개발을 위해 2026년까지 총 233억원을, 나트륨 배터리 기술개발에 2027년까지 총 282억원을 투입하기로 했다. 주요 기업들도 올해 설비투자 7조1000억원을 포함해 총 9조원 이상을 국내에 투자할 계획이라고 밝혔다. 차세대 배터리 부문에서 LG에너지솔루션은 차세대 4680(지름 46mm·길이 80mm) 원통형 배터리를 이르면 오는 8월부터 오창 에너지플랜트에서 양산할 예정이라고 밝혔다. 광물제련·소재 부문에서 포스코퓨처엠은 올해 하반기를 목표로 인조흑연 생산 공장 착공을 추진하고, 하이니켈 양극재 생산 공장을 내년 상반기 준공 목표로 추진할 예정이다. 안 장관은 올해 민관이 함께 풀어야 할 과제로 △ 차세대 배터리 기술개발 △ 보급형 제품 개발 △ 미국 인플레이션 감축법(IRA) 등 통상현안 대응 △ 국내 투자를 통한 공급망 자립화 △ 배터리 전주기 순환 체계 구축 등 5대 과제를 제안했다. 또한 이런 과제들을 해결하기 위해 민관 얼라이언스를 시작으로 민관 소통과 협력을 더욱 강화해나가겠다고 말했다. 차세대 배터리 개발은 미래 산업 경쟁력 확보의 핵심이다. 정부와 배터리 업계의 협력 강화를 통해 기술 혁신을 가속화하고 글로벌 시장 선점에 성공한다면, 에너지 효율 향상, 친환경 자동차 산업 발전 등 다양한 파급 효과를 기대할 수 있다.
- 산업
2024-03-11 14:38:00