켄터키대, 석탄 타르 피치로 고성능 탄소섬유 제조... DOE 180만 달러 지원

켄터키대 응용에너지연구센터(CAER, 미국 켄터키 렉싱턴)가 미 에너지부(DOE) 보조금을 받아 석탄 타르 피치(coal tar pitch)를 항공기, 자동차, 스포츠 용품 등 고성능 소재용 탄소섬유로 전환하는 연구를 지원받습니다. 180만 달러 프로젝트에는 DOE 자금과 산업계·대학 분담금 포함.

석탄 부산물 → 메조페이즈 피치 → 탄소섬유

CAER 연구진과 파트너들은 코크스 생산(제철용) 부산물인 석탄 타르를 메조페이즈 피치(mesophase pitch, 액정)로 전환하고, 이를 방사·열처리해 탄소섬유로 만듭니다. 성공 시 이 신규 탄소섬유 제품이 석탄 타르 피치 가치를 현재 대비 5~55배 높일 수 있고, 승용차·경트럭 등 고강성·저중량 복합 응용에 활용 가능하다고 켄터키대는 주장합니다.

보조금은 생산된 메조페이즈 피치의 단순화된 다중 필라멘트 용융 방사로 '그린'(미탄화) 섬유 제조, 이어 그린 섬유의 연속 열처리(산화) 지원. CAER 팀은 섬유로 직조 프리폼을 만들어 복합소재 제조용으로, 다진 탄소섬유로 사출 성형용 충전 열가소성 수지용으로 활용합니다.

프로젝트 일환으로 CAER 연구진은 산업 파트너 코퍼스(Koppers Inc., 펜실베이니아 피츠버그), 머티리얼즈 사이언스(Materials Sciences LLC, 펜실베이니아 호샴)와 협업합니다.

"석탄 부산물을 고부가가치 탄소섬유로 효율적으로 업그레이드해 복합소재에 쓰면 켄터키와 미국 제조업에 엄청난 혜택이 될 것입니다."라고 CAER 소재 기술 부소장이자 수석연구원 맷 와이젠버거(Matt Weisenberger)는 말했습니다. "석탄 가치 사슬에 큰 기여를 하며, 켄터키를 탄소섬유 R&D 글로벌 리더로 더욱 굳건히 할 것입니다."

"석탄을 가치 있는 전구체 소재로 개발하는 최전선에 서게 되어 기쁩니다."라고 CAER 소장 로드니 앤드류스(Rodney Andrews)는 말했습니다.

켄터키대는 CAER이 북미 학계 최대 탄소섬유 스핀라인(spinline) 시설을 보유하며, 차량 경량화 프로젝트(차내 수소 저장용 압력 용기용 중공 탄소섬유 개발 등) 포함 탄소섬유 연구·개발·혁신을 수행한다고 밝혔습니다.

석탄 기반 탄소섬유 개발 다른 프로젝트도 참조.