생기원, 내구성 높은 '해상태양광 부력체' 제조 기술 탄소섬유와 플라스틱 수지 간 결합력 에너지로 향상
한국생산기술연구원은 버려지는 저품질 탄소섬유를 재활용해 해상태양광 부력체로 제조할 수 있는 기술을 개발했다. 사진은 연구팀이 제작한 해상부력체 시제품과 수조 내 실증 모습 생기원 제공
국내 연구진이 버려지는 탄소섬유를 활용해 태양광 설비로 재활용할 수 있는 기술을 내놨다.
한국생산기술연구원은 김광석 박사 연구팀이 최준명 한양대 교수 연구팀과 함께 상품성이 떨어지거나 폐처리 예정인 저품질 탄소섬유를 재활용해 내구성이 높은 해상태양광 부력체를 제조할 수 있는 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
해상태양광 발전은 우리나라 지형상 제약이 있는 육상 태양광 발전의 대안으로 물 위에 뜨는 스티로폼 등의 부력체를 활용해 발전 시설을 해수면 위에 설치한다. 환경 훼손이 적고 수온의 냉각 효과 덕분에 육상시설보다 발전 효율이 뛰어나고, 삼면이 바다인 우리나라 특성상 유휴 수면이 많아 공간 확보에 유리하기 때문에 최근 들어 각광받고 있다.
반면, 거센 파도와 바람, 부식 등을 일으키는 염수와 같은 가혹한 해상 환경으로 부력체 유지보수에 비용이 많이 들고, 부력체에서 미세플라스틱이 배출되는 단점도 있다.
탄소섬유 표면은 탄소원자가 육각 형태로 배열돼 안정적이지만, 복합소재로 제조할 때 탄소섬유와 플라스틱 수지 간 접착강도를 높이기 위해 별도의 탄소섬유 표면처리 공정을 거쳐야 한다. 이 과정에서 염산, 황산 등을 약액으로 사용해 독성 부산물이 발생하고, 탄소섬유에 잔존하는 약액이 접착 취약층을 만들어 기계적 물성을 떨어 뜨린다.
연구팀은 탄소섬유 표면을 카메라 플래시처럼 짧지만 순간적으로 높은 빛에너지에 노출시키면 탄소섬유와 플라스틱 수지 간 표면 결합력이 높아지는 것을 우연히 발견했다. 이 빛에너지를 탄소섬유에 적용하면 빠르고 간단한 공정만으로 효과적인 기능화가 가능해 표면 결합력을 높여준다. 이를 통해 표면처리된 저품질 탄소섬유는 기계적 특성과 내구성이 상용 A급 탄소섬유 대비 95%의 성능을 보여줬다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 해상부력체 시제품 제작에 착수해 전북 새만금 방조제에서 실증을 추진하고 있다. 이 시제품은 해수 유입을 차단하는데 최적화된 상하부 구조로 구성돼 있으며, 탄소섬유복합재 외피로 내부채움재(발포플라스틱)을 완전히 둘러싸 미세플라스틱 배출 억제와 외부 충격에 안전하게 설계됐다.
아울러 A급 탄소섬유를 활용한 해상부력체 대비 20% 이상 저렴하게 제조할 수 있으며, 내후성과 내염수성 등의 특성도 모두 만족했다. 2m 높이의 파도를 견디고 실제 해상 환경에서 20년 간 쓸 수 있는 안정성도 갖췄다고 연구팀은 설명했다.
김광석 생기원 박사는 "저품질 탄소섬유를 활용한 해상 부력체는 사용기간이 끝난 후에도 동일한 기술로 품질을 높여 재사용이 가능하다"며 "앞으로 탄소섬유 표면처리를 대용량으로 진행할 수 있는 장비 개발과 실용화에 주력할 계획"이라고 말했다.
