경량 복합재 기술생태계 구축! … “미래 자동차 이끈다”

[전자신문 읽기] ‘추격에서 선도로’ 글로벌 연구협력 허브 UNIST <2> 프라운호퍼 화학기술연구소 한국분원

차량 경량화는 자동차 업계의 큰 화두다. 자동차 연비와 배기가스 규제 등이 강화되면서 ‘부품을 가볍게’ 만드는 기술에 대한 수요가 계속 증가하고 있다. 또한 배터리 탑재로 차량 무게가 늘어날 수 있는 전기차 생산이 확대되면서 경량화 소재에 대한 중요성이 더욱 강조되고 있다.

이런 상황에서 ‘탄소섬유를 기반으로 한 복합소재’가 획기적인 대안으로 주목받는다. 기존 금속소재 대비 무게와 강도 측면에서 장점을 가지기 때문이다. 탄소섬유는 철보다 75% 가벼우면서도 탄성은 7~10배 우수하다. 또 합성수지와 결합할 경우 철을 대체할 수 있는 가장 우수한 소재로도 꼽힌다.

(왼쪽부터)프랭크 헤닝 프라운호퍼 부소장, 정무영 UNIST 총장, 김기현 울산시장,김용래 산업통상자원부 부품소재정책관이 프라운호퍼 분원 설립 협약을 체결했다

UNIST에서도 ‘프라운호퍼 화학기술연구소 한국분원(Fraunhofer Project Center for Composites Research @UNIST)’를 중심으로 경량 복합소재 연구가 한창이다. 이 센터는 독일 프라운호퍼 본부의 승인을 얻어 개소한 국내 최초의 프라운호퍼 한국분원이다. 연구센터에는 박영빈 기계항공 및 원자력공학부 교수와 20여 명의 인력이 참여한다.

박영빈 교수는 “현재 경량 복합소재를 빠르게 만들어낼(고속성형) 공정 기반 구축에 집중하고 있다”며 “세계 최고 수준의 기술력을 자랑하는 프라운호퍼 화학기술연구소와 협력해 선진기술 추격은 물론, 한국만의 독자 기술을 개발할 계획”이라고 밝혔다.

“UNIST여야 한다”… 2년의 노력 끝에 잡은 손!

UNIST는 일찍부터 경량화 소재와 부품 기술의 필요성을 절감하고, 관련 연구를 진행하기 위해 노력해왔다. 2014년 프라운호퍼 연구소의 문을 두드린 게 그 첫걸음이다. 그리곤 2년이 넘게 프라운호퍼 연구소와 협력을 위해 적극적으로 소통했다. 여기에 정부와 울산시에도 힘을 보탰고, 마침내 2016년 5월 UNIST에서 프라운호퍼 ICT 한국분원이 문을 열었다.

박영빈 교수는 “전문 인력을 상주시키는 연구소 분원은 다른 연구협력 사례보다 수준 높은 협력을 만들어낼 수 있기 때문에 까다로운 심사과정을 거친다”며 “UNIST는 자동차 산업의 메카인 울산에 위치해 있다는 입지조건과 연구에 대한 강한 의지와 역량, 정부 및 지자체의 적극적인 지원 노력 등을 우수하게 평가 받아 아시아 분원 설립지로 결정됐다”고 설명했다.

전기차와 탄소 배출규제의 확대는 모두 차량 경량화라는 숙제를 안고 있다. 탄소섬유 기반의 경량화 소재는 이를 해결할 방안으로 주목 받는다. | 사진: 김경채

프라운호퍼 화학기술연구소는 ‘자동차용 복합재 기술 허브 트라이앵글’ 구축을 위해 북미와 아시아 지역 분원 설립을 추진해왔다. 그 결과 세워진 두 곳이 UNIST에 있는 한국분원과 온타리오에 자리 잡은 캐나다 분원이다. 이들 분원은 본부가 직접 기술공유와 공동연구를 진행하는데, 관리와 지원의 수준도 남다르다. 프라운호퍼 한국분원으로 UNIST가 선정됐을 때 국내외에서 주목한 이유가 바로 여기에 있다.

프라운호퍼 분원 개소 후, UNIST는 산업통상자원부의 ‘창의산업거점기관지원사업’의 지원을 받아 캠퍼스 내에 별도의 건물(123동, 복합재료기술연구센터)을 준공하고 각종 설비를 확충했다. 2020년까지 추진되는 이 사업엔 울산시와 프라운호퍼 연구소도 함께 지원했다. 2017년 완공된 건물에는 연구에 적합한 장비가 도입 중이다.

가볍고 탄탄한 차량 부품 산업의 든든한 지원군!

UNIST가 집중하는 분야는 자동차용 경량 복합재를 생산하는데 직접 관련된 하방 산업이다. 대량생산 환경에 적합한 복합재 설계와 고속성형 기술 개발을 지원하는 전체적인 환경을 조성하려는 것이다. 현재 연구센터는 단‧장섬유 복합재 고속성형, 연속섬유 복합재 고속성형, 하이브리드 복합재 연속성형, 메탈 인서트 및 이종소재 접합, 고속 예비성형(preforming) 기술 개발에 나서고 있다.

박영빈 교수는 “기업 맞춤형 연구개발과 기업 애로기술을 지원하는 것은 물론 혁신인력 양성에 힘쓰고 있다”며 “복합재 설계와 고속성형에 대한 첨단기술과 장비 지원 등 실질적이고 전문적인 부분에 도움이 되도록 연구센터를 운영해 지역산업에도 도움이 되고자 한다”고 밝혔다.

실제 연구센터 설립 후 수요기업에 기술 정보를 활발하게 제공하고 있다. 프라운호퍼에서 초청한 기술 전문가와의 기술 상담도 다수 진행했고, 현장 밀착형 애로기술 지원도 실적을 내고 있다. 또 자동차 경량화 기술 고도화 국제 심포지엄, 복합재 전문가 양성을 위한 세미나, 교육 프로그램 등을 운영하며 본원과 인력 교류를 통한 선진기술 습득도 진행하고 있다.

박영빈 교수 연구팀의 모습. 연구진은 자체 역량 확보를 위해 경량화 소재 연구에 박차를 가하고 있다. | 사진: 김경채

연구센터는 이를 추진하기 위한 방법으로 기업 맞춤형 연구개발 지원, 기업 애로기술 지원 및 혁신 인력을 양성에 힘쓴다. 복합재 설계 및 고속성형에 대한 첨단기술 지원, 장비 운영 및 기술 지원을 통해 실질적이고 전문적인 기술지원을 펼쳐나가는 것이다.

실제 연구센터 설립 후 수요기업에 기술정보 제공을 활발히 진행하고 있다. 프라운호퍼에서 초청한 기술전문가와의 기술상담을 다수 진행했고, 현장 밀착형 애로기술 지원도 실적을 내고 있다. 또한 자동차 경량화 기술 고도화 국제심포지엄, 복합재 전문가 양성을 위한 세미나, 교육 프로그램 운영을 진행하고 있으며 본원과의 인력 교류를 통한 선진 기술 습득도 진행하고 있다.

자체 플랫폼 기술 개발에 도전… 울산을 세계 5위 복합재 기술 메카로!

“선진국을 추격하는 연구로 시작하지만, 궁극적으로 경량 복합재 분야 연구를 선도하는 연구센터로 도약할 겁니다.”

프라운호퍼 ICT 한국분원은 ‘2025년 세계 5위권 경량 복합재 설계 및 고속성형 공정기술 공급거점’을 목표로 삼았다. 이를 위해 단기적으로는 인프라 구축 및 운영 효율화를 도모하고, 독일의 선진기술을 추격할 계획이다. 중장기 목표는 국내 기업의 기술자립화를 촉진할 수 있는 기술생태계 기반 구축이다.

박영빈 교수는 독자기술 개발을 통해 관련 분야를 선도하는 연구센터로 도약해나가겠다고 밝혔다 | 사진: 김경채

이를 위해 세계적 기술을 보유한 프라운호퍼 화학기술연구소와 협력 네트워크 체계를 더욱 공고히 할 계획이다. 특히 독일의 전문 연구 인력이 파견돼 상주한다는 점은 연구의 질을 크게 높이는 효과로 이어질 전망이다. 프라운호퍼 연구소가 보유한 연구사업화의 경험을 습득해 우리만의 기술 개발에 참고할 수 있기 때문이다.

박영빈 교수는 “독일의 응용과학기술 연구가 얼마나 우수한지는 풍부한 경험에서 나오는 창의적인 결과를 통해 확인할 수 있다”며 “최적화된 설계 역량을 보유한 프라운호퍼 연구소와의 협력은 원천기술을 기반으로 한 연구사업화 모델 구축에 큰 도움이 될 것”이라고 내다봤다.

ABOUT Fraunhofer

1949년에 설립된 프라운호퍼는 막스플랑크, 헬름홀츠와 함께 독일 3대 연구기관 중 하나다. 응용과학기술 연구에 특화돼있으며, 독일 내 72개 연구기관에 25,000여명의 직원을 보유한 유럽 내 최대 연구기관으로 이름이 높다. 특히 화학기술연구소(Fraunhofer ICT)는 고분자, 복합재료 부분에서 세계 최고의 경쟁력을 자랑한다. 화학기술연구소는 2010년부터 탄소섬유 복합재 기술의 연구개발을 시작했으며, 2013년에는 자체 기술을 기반으로 BMW i3 모델의 차체 및 부품을 제공하며 주목받았다.

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