[환경일보] 김인성 기자 = 1957년 세계 최초의 우주선이 발사되고, 1969년에는 인류가 달에 첫 발자국을 새겼다. 그리고 2022년 대한민국 땅에서 우주로 가는 길이 열렸다.

지난 6월21일 우리나라는 소행성 아포피스 탐사를 위해, 국내 항공우주 기술의 결정체인 ‘누리호’를 성공적으로 발사했다. 이로써 대한민국은 세계 10번째 로켓 보유국이자 자력으로 1톤급 이상 실용위성을 우주에 보낼 수 있는 7번째 나라가 됐다.

누리호는 37만여개의 부품으로 이뤄져 있다. 해당 부품들을 국내 300여개 기업과 기관이 자체 기술로 개발했기에 그 의미가 더 크다. 하지만 실상 핵심 소재인 탄소소재 및 복합재를 ‘수입’해 개발했기에 진정한 ‘국산화’라고 말하긴 한계가 있다는 지적이다.

그렇기에 소재 단계부터 국산화를 추진하고, 소재부품의 공급망 확보를 위한 종합적인 발전전략을 수립해야 한다는 목소리가 높다.

이창양 산업통사원부 장관은 “탄소소재산업 육성에 매진해 온 결과, 국내 탄소소재 기술력은 일본, 미국, 독일 등에 이어 세계 4위를 달리고 있다”며 “대표적 소재인 탄소섬유를 2013년 세계 3번째로 양산에 성공했다”고 그간의 성과를 소개했다.

반면 이 장관은 “하지만 우주‧항공, 방산 등 분야에 쓰이는 ‘고품질 탄소소재’는 기술 확보가 아직 더 필요한 상황”이라고 아쉬움을 나타내며 “고품질 탄소소재의 원천기술 확보를 위해 R&D 투자를 확대하고 국산 탄소소재의 신뢰성을 제고하고 실증 인프라 확충 및 인센티브를 강화해야 한다”고 전했다.

국내 탄소 산업 역량은 범용 탄소소재에선 선진국 수준이다. 그러나 우주항공용 고성능 탄소소재 산업은 소재별로 큰 차이를 보이며, 선진국 대비 50~70%의 기술력을 보유하고 있는 것으로 평가되고 있다.

우리나라 탄소소재 산업은 2010년대부터 생산을 시작하며 국내 기업에 진출했다. 발 빠른 기술력 개발을 통해 고성능 탄소섬유를 생산하면서 ▷수소차 구조재 적용 ▷고압용기 ▷산업‧건축용 활용을 증가시켰다.

하지만 여전히 우주‧항공용 초고강도 탄소섬유(강도 6.4Gpa 이상), 발사체 노즐용 인조흑연 등 대부분 수입에 의존하고 있다.

현재로서는 우주‧항공 에너지 등 선진국의 중고급 시장 진입이 어려운 상태기에, 스포츠‧레저용, 일반 산업용 분야 중심으로 중국과의 경쟁이 심화되고 있다는 어려움이 산존해 있다.

전문가들은 탄소소재 시장의 잠재력을 ‘무궁무진’하다고 전한다. 그 자체가 하나의 고성장 산업이자 연계산업의 경쟁력을 높일 수 있는 첨단소재며, ‘신재생에너지’의 변환 및 저장장치에서 핵심소재로 기능하기 때문이다.

또 우주항공방산 산업과 탄소산업은 성장의 궤를 같이하는 동반자적 관계에 있어서도 그렇다. 탄소소재 부품은 고탄성, 고강도, 고기능성, 극한환경에 대한 형상 안정성 등 우수한 특성을 바탕으로 항공기‧우주 발사체‧미사일 등에 중점적 소재로 사용된다.

그렇기에 향후 탄소제로 환경규제 및 UAM(도심항공모빌리티) 산업 활성화 등에 따라 항공기용 탄소섬유 수요는 지속적으로 증가할 것으로 전망된다. IATA(국제항공운송협회)는 이미 친환경 고효율 항공 등을 통해 2050년까지 넷제로를 하겠다고 결의한 상태다. 이에 전문가 모두 국내 탄소소재 공급기반 확대가 필요하고 입을 맞추고 있다.

윤군진 서울대 항공우주공학과 교수는 “미래 산업에 필수적인 탄소복합재료는 장점이 많다. 약 20%의 경량화로 연료효율을 증대시키기에, CO‧CO2의 배출을 절감시킨다. 강성도는 물론 우수한 열적 특성으로 초고온내열 소재이며, 혼합비율에 따라 물성제어도 가능하다”고 설명했다.

윤 교수는 “또한 유지검사주기가 상대적으로 길어 30% 이상의 비용이 감축된다. 관련 산업의 활성화가 반드시 필요한 상황”이라며 “이를 위해 진입장벽이 높은 해외 체제개발 업체 의존하기보다 국내 우주항공방위 산업의 자생적 국내시장 조성하는 것이 가장 중요하다”고 언급했다.

각국 정부의 우주 산업화 의지는 매우 크다. 우주관광, 우주자원 채굴, 우주 태양광 등 우주개발 영역 확대는 곧 경제발전과 국가안보에 직결된다. 이는 강대국들이 우주·탄소 기술패권 및 우주산업에 혈안이 된 이유기도 하다.

전문가들은 지난 10여년 전 세계 우주산업은 두 배 이상 성장했으며, 2030년 1600조원까지 성장할 것이라고 예측했다. 우주‧항송산업 탄소소재‧부품 시장 또한 2020년 기준 91.8조원에서 2030년에는 228조원으로 성장할 것으로 보인다.

글로벌 항공기용 섬유 섬유복합재 구조물의 수요의 연평균 성장률은 2030년(2020년 대비) CFRP(탄소섬유) 14.31%며, 위성체는 13.56%, 발사체는 12.33%, 탐사로봇은 11.29%로 전망했다.

즉 미래신산업에 대한 잠재성이 확실시 되면서, 시장주도권 경쟁이 점차 치열해질 것이란 사실을 엿볼 수 있다.

일본은 자국 회사들인 Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Rayon 등을 주축으로 세계 탄소섬유 시장점유율 70%(2016년 기준) 차지하고 있다. 다양한 물성을 가진 제품 생산으로 세계시장의 독점적 위치에 있으며, 항공 분야의 초괄적인 장기 공급계약 체결, 차세대 항공기용 탄소섬유를 개발했다.

이와 더불어 2025년부터는 저비용 성형 및 매트릭스 수지가 재활용이 가능한 CFRTP(탄소섬유 강화 열가소성 플라스틱) 개발을 확대할 예정이다.

독일은 자동차업체들과 컨소시엄을 통해 복합소재 대량생산체제 구축해, 경량자동차, 우주‧항공용 탄소소재 공급하고 있다. 미국은 우주‧항공, 자동차, 풍력발전 산업용 소재 생산에 주력 중이다.

중국은 정부지원하에 생산능력을 확대해 자급률 제고에 집중하고 있다. 일반 사용제품인 스포츠‧레저 시장 공략 중이며, ▷우주‧항공 ▷풍력블레이트 ▷토목‧건설 ▷압력용기 ▷복합케이블 등 다양한 제품 생산하고 있다.

우주탐사를 넘어 민간 대상의 우주 관광 서비스도 본격화됐다. 제프 베이조스가 설립한 민간 우주기업인 블루오리진과 리터드 브랜슨의 버진 갤럭틱은 실제 유인 비행에 성공했으며, 티켓 판매 등 우주 관광 산업을 진행하고 있다.

미국뿐 아니라 중국도 재빨리 우주 관광에 발을 들였다. 중국의 중국국가우주과학센터(CAS Space)은 외부 인터뷰를 통해 “빠르면 2023년 내 우주 관광을 목적으로 한 시범 우주선을 쏘아 올릴 것”이라고 포괄적 우주산업에 야심을 내보였다.

세계 6위의 방산 수출국으로 도약한 대한민국에게도, 이는 중요한 도전 산업 중 하나다.

우리나라도 2016년 ‘탄소소재 융복합기술 개발 및 기반 조성 지원에 관한 법률’을 제정해 국가적육성정책을 추진 중이다. 탄소밸리, 탄소 클러스터를 조성하고 혁신센터를 개설했으며, 또 탄소섬유 소재 및 상용화 기술개발 지원한고 있다.

이러한 노력의 일환으로 국내 우주산업 시장은 2020년 3조4000억원에서 2030년 7조원까지 성장할 것으로 분석된다.

하지만 미래 신산업을 위한 갈 길이 멀다. 정은미 산업연구원 본부장은 앞으로 해결해야 할 과제로 ▷탄소섬유 기술경쟁력 향상 ▷탄소생태계 강화 ▷방위산업-우주‧항송산업 연계하는 소재‧부품 공급기반 확대 ▷핵심‧성장분야에 대한 공급망 안정화 등을 제시했다.

정은미 본부장은 “지속적인 기술‧개발에 힘입어 범용소재 기술역량은 양호하나, 고성능 소재의 기술력 확보를 위한 투자 확대가 필요하다”며 “제조공정별 기술자립도의 격차를 축소하고, 탄소소재 개발 및 양산을 위한 소재-부품-완제품 전주기 역량을 키워야 한다”고 말했다.

정 본부장은 “소재개발에 대한 리스크를 분담하고 미래 산업의 경제원천을 확보가 주요하다”며 “선도국-선도기업과의 국제협력을 강화하고 항공, 방산, PAV(개인용 항공기) 등 수요증가 분야 진입 및 신흥시장 진출을 꾈 필요가 있다”고 덧붙였다.