탄소나노튜브(CNT, Carbon Nanotube) 시장이 크게 성장할 것이란 전망에 따라 LG화학과 금호석유화학이 탄소나노튜브 사업을 미래 먹거리로 삼고 글로벌 시장 공략에 속도를 내고 있다. CNT는 전기와 열전도율이 구리, 다이아몬드와 동일하고 강도는 철강의 100배에 달하는 차세대소재로 전기차 배터리, 반도체공정용 트레이, 자동차 정전도장 외장재 등 활용범위가 넓다.

예를 들어 반도체 공정에 사용되는 트레이에 CNT를 적용하면 우수한 전기 전도성을 기반으로 고온을 견디고 분진, 전자파, 정전기 등을 차단할 수 있다. 또 전기차 배터리 양극 도전재에 적용하면 전기, 전자의 흐름을 돕고 특히 니켈 코발트 망간 등의 활물질로 구성된 양극재 내에서 리튬이온의 전도도를 높여 충방전 효율을 증가시키는 역할을 한다.

글로벌 시장조사 전문기관 마켓앤마켓(MarketandMarket)에 따르면 2021년 세계 탄소나노튜브 시장규모는 8억7630만달러로, 향후 연평균 24.4%로 성장해 2026년 17억1380만달러 규모에 이를 것으로 전망된다. 이에 기업들은 CNT가 반도체, 전기차 배터리, 전자, 에너지‧저장, 의료 산업 등에서 널리 사용될 것으로 전망하고 기술개발과 상용화에 속도를 내고 있다.

CNT 분야에서 가장 앞서가고 있는 기업은 LG화학이다. LG화학은 충남 대산에 CNT 4공장을 건설하고 있는 중으로 2025년에 본격 가동할 계획이다. 현재 LG화학의 CNT 생산능력은 2900t으로 4공장이 가동되면 생산능력은 6,100t으로 확대된다. LG화학 관계자는 “2017년 500t 규모의 CNT1공장을 처음 가동하고 2020년 이후 시장이 확대됨에 따라 매년 공장을 증설하고 있다”며 “전지소재 중심으로 급성장중인 CNT 시장에서 경쟁 우위를 선점하기 위한 포석”이라고 설명했다.

LG화학은 생산한 CNT를 LG에너지솔루션 등 배터리 업체에 양극 도전재(Conductive Additive) 용도로 공급할 예정이다. CNT를 양극 도전재로 사용하면 기존 카본블랙 대비 약 10% 이상 전도도를 높여 도전재 사용량을 30% 줄일 수 있다. 줄인 공간을 양극재로 더 채울 수 있어 배터리의 용량과 수명도 크게 늘릴 수 있다.

업계에 따르면 배터리 도전재용 CNT는 2030년 3조원 규모의 시장으로 성장할 것으로 전망된다. 이에 따라 글로벌 CNT 수요는 지난해 5000t 규모에서 2030년 7만 톤 규모로 연평균 30% 이상의 성장이 예상되고 있다. LG화학 관계자는 “현재 신규 전지 고객들을 대상으로 CNT 매출을 확대해 나가고 있다”며 “LG화학의 세계 최고 수준의 CNT 품질을 기반으로 완성차 업체들로부터 소재 신뢰성을 확보하는 데 노력하고 있다”고 말했다.

LG화학의 CNT 공장은 자체 개발한 유동층 반응기로 생산라인당 연간 최대 600톤까지 양산할 수 있다. 단일라인 기준으로는 세계 최대 규모다. 독자기술 기반의 코발트(Co)계 촉매를 사용해 배터리 품질에 영향을 줄 수 있는 자성이물 함량을 낮춰 세계 최고 수준의 품질을 구현했다. LG화학은 CNT 시장의 지속적인 성장세와 향후 시장 상황 등을 고려해 추가적인 증설도 검토할 계획이다.

금호석유화학도 미래 먹거리로 CNT를 낙점하고 기술개발에 힘쓰고 있다. 금호석유화학의 CNT 사업은 기존 복합 소재용 제품에서 리튬이차전지용 도전재로 활용 범위를 넓히고 있는 중이다. 금호석유화학은 2009년 CNT 사업 진출을 선언하고 2013년 충남 아산에 연산 50t 규모의 생산공장을 완공하고 CNT 생산을 시작했다. 주력사업인 합성고무제품에 적용해 마모성, 제동력, 연비향상 등 성능 개선을 위한 소재로 활용하고 있다.

2020년 이후부터는 리튬이차전지용 도전재로 활용 범위를 넓혔다. 금호석유화학은 2020년 리튬이차전지용 CNT 품질테스트와 고객사 품질승인을 완료하고 이차전지용 CNT 상업화에 성공했다. 현재 금호석유화학은 아산공장에 연산 120t 규모의 CNT 생산 시설을 갖추고 있다. 향후에는 율촌공장을 준공해 CNT 생산량을 연산 360t으로 확대할 방침이다.

금호석유화학 관계자는 “금호석유화학의 CNT는 다양한 분야에 활용될 수 있는 범용성을 가졌다”며 “원가가 낮고 상대적으로 합성이 용이해 복합소재와 같이 많은 양이 필요한곳에 활용할 수 있다”고 설명했다. 이어 “특히 CNT는 전기차 배터리에 적용할 경우 기존 소재 대비 10% 이상 전도도가 증가해 배터리 용량과 수명이 증가한다”며 “현재 2차전지 업체와 평가를 진행하고 있으며 향후 시장 성장에 맞춰 추가 생산 설비 증설도 검토하고 있다”고 덧붙였다.

씨스켐닷컴(2024-02-22)