나노구조 이리듐 촉매 & 글라스 버블 기술
쓰리엠 제품 나사우주센터, 국내외 영향력
차세대 에너지원 급부상 수소개발 초읽기
기술핵심 '10그램당 연 10톤 수소 생산
유리구슬 불리는 극저온 단열 기술 주목
운송, 자동차, 선박 등 5만5천제품 구축
한국3M의 글로벌 경제산업에 크게 기여하고 있다. 이중 차세대 에너지원으로 급부상하고 있는 수소개발을 초읽기에 들어갔다.
27일 한국쓰리엠(3M)이 경기도 화성시 동탄에 위치한 기술 연구소 초청으로 '친환경 테크브리핑'에서 친환경 솔루션이 어디까지 진화했는지 살펴봤다.
가장 놀라운 점은 글로벌 톱수준의 반석에 올려놓은 포스트 잇 노트가 경이적인 판매기록을 더 뛰어넘어 이제는 3M 나노구조 이리듐 촉매까지 도전하고 있다.
기술핵심은 '10그램당 연 10톤 수소를 생산할 수 있는데 상용화까지 얼마남지 않았다고 밝혔다. 이번 녹색기술이 실행되면 CO₂ 100톤까지 저감할 수 있을 것이라고 밝혔다.
또 하나는 3M 글라스버블 속칭 유리구슬로 불리는 뛰어난 극저온 단열 성능과 낮은 밀도 탱크 단열까지 충족할 수 있는 기술도 선보였다.
이번 기술테크 브리핑에는 한국쓰리엠 기술연구소 소속 신소재사업팀 최경락 팀장과 이용우 수석연구원, 윤인섭 수석연구원이 자리했다.
한국쓰리엠 5만5000제품 중에는 모든 기업들이 다 쓸 수 있는 만큼 다양성과 산업, 경제, 생활 속에 깊숙하게 자리매김하고 있다.
친환경교통 및 운송, 에너지, 자동차, 선박 등 산업 분야에서 혁신적인 녹색제품과 솔루션을 제공하는 글로벌 기술 기업 3M코리아(한국쓰리엠)이다.
한국쓰리엠 기술 연구소 신소재사업팀 최경락 팀장과 이용우 수석연구원, 윤인섭 수석연구원은 "3M은 과학의 힘을 통해 모두에게 더 나은 세상을 선사할 수 있다."며 49가지의 고유한 기술 플랫폼을 기반으로 하는 연구와 개발을 통해 과학의 진정한 잠재력을 깨우며 가능성의 지평을 넓혀가고 있다."고 밝혔다.
3명의 연구진들은 한국쓰리엠은 해외파트너들과 협력해 수소 경제 및 경량화 기술 발전에 기여하면서 글라스 버블(Glass Bubbles)과 수소 관련 사업에서도 중요한 역할을 하고 있다고 강조했다.
이자리에서 최경락 팀장과 이용우 수석연구원, 윤인섭 수석연구원 등의 설명을 발췌 정리했다.
■한국3M 고객기술센터 "고객과의 동반성장 추구 혁신 기업"
한국3M은 1977년 9월 한국에 진출한 이후 45년간 한국 고객의 성공을 통한 성장을 목표로 고객의 잠재적 용구까지 만족시키는 독창적 혁신적인 해결안을 제시해왔다는 평가다.
최경락 신소재사업팀장은 "고객을 위한 3M의 비즈니스는 다양한 작업 공정의 혁신을 통한 안전 및 산업, 보다 연결된 세상으로의 발전을 위해 고객 문제 해결하는 교통/운송 및 전자, 고객의 마음을 사로잡는 3M제품 및 서비스 제공하는 소비자 시장 등 3가지 부문으로 구성된다."고 피력했다.
최 팀장은 "3M의 운영모델은 광범위한 기술 포트폴리오에서 다양한 요소를 공유 및 결합해 차별화된 제품을 생산한 후 높은 수익으로 전환할 수 있는 역량을 갖췄다."며 "기밀공정을 포함한 3M의 제조 범위 및 기술 활용한 단가 절감함과 동시에 고성능 제품을 제조하는 것"이라고 했다.
특히 글로벌 역량을 갖춘 제품의 효과적인 개발과 적용, 사용화를 가능하게 해주는 자회사 사업 부서 및 지원부서의 폭넓은 활동, 비즈니스 전반에 걸쳐 공유되는 3M브랜드 및 전략 브랜드의 브랜드 자산도 강점으로 꼽히고 있다."는 밝혔다.
최경락 팀장은 "3M은 전세계 전기, 자동차, 조선 분야를 선도하는 한국의 우수 기업들과 긴밀한 관계속에서 혁신적인 제품과 기술솔루션을 공급하며 성장해오는 등 한국경제 및 산업 발전과 그 맥을 함께한다."며 "한국3M은 광학필름, 안전, 전자・전기, 자동차, 제조, 건설, 전력, 통신, 소비자 및 오피스용품에 이르는 제품을 공급하고 있다."고 밝혔다.
한국3M은 설립당시부터 장기비전을 갖고 국내 설비 구축에 많은 노력을 기울여 왔다. 그 결과 현재 전남 나주, 경기도 화성 2곳에 대규모 제조시설을 갖추고, 부산과 경기도 평택 2곳에 물류센터, 동탄에 기술연구소를 설립하고 기술개발 및 제조. 마케팅. 영업을 통합적으로 운영하고 있다.
한국3M 고객기술센터(CTS)는 고객의 비즈니스 니즈 및 기술적 문제 해결을 돕고자 설립된 솔루션 센터다. 핵심기술이 전시돼 있는 CTC는 테크롤로지 영역과 제품 적용사례를 확인할 수 있는 솔루션 영역에 대해 3M연구개발진과 검토 할 수 있는 공간이다.
3M의 핵심기술들을 확인할 Technology Area와 자동차 성능 향상 및 유연한 디자인을 위해 개발된 제품들의 적용 사례와 기술을 확인할 수 있는 Automotive Solution, 산업현장의 위험 요소로부터 작업자를 보호하기 위한 개인 안전 보호구의 종류 및 사용방법을 확인하고 체험까지 가능한 Personal Safety Solution 등 다양한 부스로 구성돼 있다.
■3M™ 나노구조 이리듐 촉매
한국쓰리엠은 한발 더 나아가 2050년 기후 목표를 달성하기 위해 전 세계 산업은 지속가능한 대체 에너지 솔루션을 찾는데 전사적으로 집중하고 있다. 3M은 오랜 기간 동안 수소 기술 분야를 선도하고 3M의 수소기술은 고객이 기후 목표를 달성할 지원하는 하나의 방법이다.
이용우 수석연구원에 따르면 3M의 수소가치 사슬에 대한 단계별 수소기술응용분야를 보면 생산 분야는 '양이온 교환막' 수전해, 운송 및 저장분야는 '액체수소저장탱크'를 위한 극저온 단열, 사용분야는 고체 산화물 연료전지를 위한 고온 세라믹 섬유 등이다.
생산 분야에서 3M코리아는 현재 3M 나노구조 이리듐 촉매를 개발 중이다. 나노구조 이리듐 촉매를 사용하면 PEM 전해조에서 비용을 절감할 수 있다는 평가다.
이용우 수석연구원은 "현재 개발 중인 3M™ 나노구조 이리듐 촉매를 사용하면 PEM 전해조에서 비용을 절감할 수 있다."며 "10그램당 연간 10톤의 수소를 생산하고, 증기 개질 방식을 통해서 배출되는 연간 100톤의 CO₂ 를 감소시키는 도움이 될 수 있다."고 했다.
촉매 사용량 4~5배 저감으로 이리듐 사용량을 줄이고 시스템 비용을 절감해 전해조 효율 및 수명 요건을 충족시키는데도 도움이 된다.
이 수석은 "일반적으로 산업계에서 사용되는 운전 조건에서 10그램의 3M나노구조 이리듐 촉매를 사용하면 PEM수전해를 통해 연간 최대 10톤의 수소를 생산할 수 있다."고 피력했다.
이는 다른 촉매의 20~25g/㎡보다 훨씬 적은 5g의 이리듐 또는 그 이하의 단위 면적당 촉매 사용으로 인해 가능하다는 설명이다. 또한 높은 내구성으로 산업계 요구 내구성 조건도 충족시킨다.
이 수석은 "미국 에너지부(DOE)의 지원을 받아 3M이 개발하는 이리듐 촉매는 고객분이 PEM 수전해 개발의 어려움을 극복하고 그린 수소 생산의 확대를 선도하는데 도움을 줄 수 있을 것"이라고 강조했다.
■ 극저온 단열 위한 3M™ Glass Bubbles
운송 및 저장 분야에서 3M의 글라스 버블(Glass Bubbles)도 뛰어난 장기 내구성과 열순환에 대한 견고한 강도, 우수한 경량 및 단열 성능 등으로 주목받고 있다.
글라스버블은 소다라임보로실리케이트로 제작된 고강도, 저밀도GlassMicrospheres다.
특히 얇고 견고한 유리로 만들어 무게를 줄이면서도 높은 강도를 유지하고, 내구성에서도 압력과 화학물질에 강하며, 극한 환경에서도 성능을 유지할 수 있고, 높은 단열성과 전기 절연성을 제공한다.
3M글라스버블의 형상은 속이 비어 있는 얇은 벽으로 이뤄진 유리재지의 구형 입자로 소다라임보로실리케이트 유리로 조성돼 있다. 내압강도는 17bar/1.7Mpa, 연화점은 600도C, 평균 입자 크기는 65마이크론이다.
제품 강점은 경량화, 치수안전성, 단열, 레진 사용량 감소, 공정시간 단축, 태양광 반사, 낮은 유전상수, 경도와 사이즈에 따른 다양한 종류가 있다.
3M글라스버블의 낮은 열 전도율은 극저온 단열에 이상적이다. 극저온 저장 응용분야에서는 자연 기화율이 매우 중요한데 글라스버블은 고강도 경량 소재로, 대용량 구형 액화수소 탱크에 사용할 경우 기존 솔루션 대비 최대 44%까지 자연기화율을 줄일수 있다는 설명이다.
3M 글라스버블의 뛰어난 극저온 단열성능과 액화수소 탱크의 단열 요구 사항을 줄여준다. 따라서 비슷한 저양 용량을 유지하면서도 탱크 용량을 늘리거나 탱크의 설계공간을 줄일 수 있다. 구형 소재인 3M글라스버블은 강조와 내구성이 더 뛰어나며 흐름성이 좋아서 더 용이한 작업 진행 등 다양한 응용분야까지 적용될 수 있다.
이 같은 3M의 글라스버블 시공 고객사례를 보면 나사 우주센터의 탱크에 사용되고 있는 등 나사 케네디우주센터 4500m3 LH2탱크에는 3M Glass Bubbles K1이 시공돼 있다.
현재 HD한국조선해양의 액체 수소저장탱크에 대한 고급 열 단열시스템에 적용하기 위한 단열 및 시공성 평가, 시연 및 분류 승인 등에 협약을 체결했다.
글라스버블은 비다공성이고 화학적으로 안정적이며, 내수성과 내유성이 탁월하다. 가공에도 충분히 견뎌내는 이 글라스 버블은 밀도를 낮추기 위해 다양한 폴리머에서 사용될 수 있다.
■ 3M Nextel 고온 세라믹 섬유
사용분야에서 고체산화물 연료전지를 위한 고온 세라믹 섬유(3M Nextel)도 관심을 모으고 있다. 3M Nextel 세라믹 섬유 및 패브릭의 특징은 1300도C까지 사용이 가능하고 우수한 동적 열적 특성과 기계적 절연 특성을 갖추고 있다.
또한 높은 굽힘 탄성율과 낮은 크립, 화염과 부식, 마모 및 열충격에도 강하며 고온 환경에서도 긴 수명과 유연성을 유지한다. 잔류 산 또는 염화물도 없고, 기존 섬유가공 기술 활용도 가능하다.
윤인섭 수석연구원에 따르면 고체산화물 연료전지는 내구성이 뛰어나고 에너지 효율이 높으며 폐열을 회수할 수 있는 응용분야에 이상적이다.
3M Nextel의 연료전지 응용분야를 보면 Nextel 브레이드 슬리빙은 전기 절연성을 갖춰 연료전지의 초고온으로부터 주요한 연결와이어 무품 및 온도센서로부터 절연하고 보호한다.
또 하나의 기술력 중 고온 Nextel 패브릭과 슬리빙은 극한의 온도에서도 새지 않아야 하는 씰링 부품과 가스켓에 적용이 가능하다. 이외 고온에서도 전도성이 있고 크립이 발생하는 금속과 달리 Nextel 섬유로 강화된 세라믹 매트릭스 복합재(CMC)는 전기 절연성, 고강도 및 낮은 크립 요구 부품에 적용돼 셀의 무결성을 유지하는데 도움이 된다.
윤인섭 수석연구원은 "고체 산화물 연료전지는 작동 온도가 높기 때문에 내구성이 뛰어나야 한다."며 "3M의 Nextel세라믹 파이버 및 섬유로 만든 연료 전지 부품은 극한의 온도와 열 순환을 견딜 수 있어 스택 무결성을 유지하고 전지 수명을 연장하는데 도움이 될 것"이라고 밝혔다. [환경데일리 = 김영민 기자]
