日, 나무에서 얻는 철보다 5배 강한 신소재 ‘CNF’ 주목

[youngjhon]

日, 나무에서 얻는 철보다 5배 강한 신소재 ‘CNF’ 주목

- 정부, 2030년까지 시장규모 1조 엔 창조 목표 -

- 자동차부품, 화장품, 기저귀 등 활용 가능성 무궁무진 -

- 3D 프린터용 강도 높고 조형하기 쉬운 소재로도 주목 -

□ CNF란?

 ○ CNF(Cellulose Nano Fiber)란 목재 등에서 얻은 식물섬유를 나노(10억분의 1)m 단위까지 가늘게 만든 극세 섬유

  - 무게는 강철의 5분의 1에 불과하나, 강도는 5배 이상이어서 탄소섬유를 이을 차세대 신소재로 알려짐.

  - 탄소섬유도 가볍고 강하지만 석유에서 추출하기 때문에 자원 고갈의 우려가 있는 반면, CNF는 목재 펄프뿐 아니라 잡초나 과일 찌꺼기에서도 추출할 수 있어서 고갈의 우려가 적으며 친환경적임.

  - 또한, 탄소섬유에 없는 특징도 보유해서 주목받고 있는데, 점성 및 기밀성이 높고 플라스틱과 섞어도 투명성을 유지하며 열에도 강함.

CNF란?

자료원: NCF(나노 셀룰로스 포럼)

 ○ 최근 일본에서는 나무 등에서 나노 섬유를 보다 쉽게 추출하는 방법에 대한 연구와 함께 양산을 위한 노력도 활발히 진행되고 있음.

  - 이소가이 아키라 도쿄대학 교수는 TEMPO라는 약품을 사용해 목재에서 나노 섬유를 쉽게 추출하는 방법을 발견, 2015년 노벨상 수상

  - 일본제지는 일본에서 최초로 CNF 양산을 위한 공장 건설을 발표(8.18), 시마네현에 연간 100만 톤까지 증산이 가능한 공장을 건설해 2017년 9월부터 가동 예정

  - 일본제지는 식품, 화장품 회사에 CNF를 납품할 계획이며, 향후 자동차부품 기업 납품도 노리고 있음.

□ 정부, 2030년까지 1조 엔 시장 확대 목표

 ○ 일본 정부는 친환경적 포스트 탄소섬유의 실용화를 가속화하기 위해 적극 지원 중

  - 2016년 일본재흥전략에서는 공격적 농림수산업 전개 및 수출역량 강화를 위해 바이오매스 이용 촉진, CNF 국제 표준화 및 제품화를 위한 연구개발 진행을 명기

  - 또한, 2016년 경제재정 운영 및 개혁 기본방침에서도 풍부한 삼림자원을 이용하면서 지방경제 창출로 이어질 CNF 등 새로운 목재 수요 창출, 국산재의 안정적∙효율적 공급체계 구축 등을 추진한다고 기재

  - 이에 따라, 2016년 정부예산으로 CNF 국제표준화를 위한 연구개발 지원을 위해 CNF 등 차세대 소재 활용 추진 사업(33억 엔) 등 환경성, 경제산업성 등 관련 부처에 약 119억 엔 배정

 ○ 또한, 경제산업성은 2014년 ‘제지산업 장래 전망 및 과제 관련 조사’에서 2030년 CNF 시장 목표 규모를 1조 엔으로 명기

  - 1조 엔까지 시장이 확대되기 위해서는 자동차부품, 전자부품, 포장재, 건축재, 고기능 필터 등의 재료로 CNF 활용이 확대돼야 함.

  - 특히 자동차부품에 활용될 경우, 차량 경량화 및 연비 성능 향상에 기여할 수 있을 뿐 아니라, CNF 시장의 본격적 확대도 가능할 것으로 기대돼 CNF의 자동차부품 소재화를 위한 노력이 본격화될 전망

□ 꿈의 신소재 CNF의 가능성 및 활용 사례

 ○ 고강도∙경량, 투명성, 금속이온 흡착성, 점성 등의 특징을 지닌 CNF는 다양한 제품에 활용돼 부가가치를 높일 수 있을 것으로 기대됨.

CNF의 특징 및 활용 가능한 용도

특징	용도
점성	잉크, 화장품, 식품
고강도∙경량	자동차부품, 강화 고무 소재, 건자재
기밀성	포장재료
투명성	디스플레이 소재
금속이온 흡착성	탈취기능을 강화한 일용품

자료원: 일본경제신문

 ○ 실제 탈취력을 높인 기저귀, 잉크 등에 CNF가 사용되고 있으며, 특히 펄프와 관련이 깊은 제지기업이 시장개척 주도

CNF 활용 사례 

	ㅇ일본제지, CNF로 탈취 효과를 높인 성인용 기저귀 출시(2015.10.)   - 이 제품은 기저귀에 세계 최초로 CNF를 사용한 것   - CNF의 흡착성을 활용해 금속이온을 고밀도로 부착시켜 탈취 효과를 기존 제품 대비 3배 높임.
	ㅇ미츠비시 연필, CNF를 활용한 볼펜 판매 개시(2015.3.)   - 미츠비시 연필은 제일공업제약과 공동개발한 CNF를 잉크의 증점제로 사용한 볼펜을 세계 최초로 발매   - 적절한 점성 덕분에 빨리 써도 매끄럽고 안정된 필기감을 느낄 수 있다는 것이 장점   - 2015년 3월 북미 판매를 시작으로 9월부터 유럽 판매도 개시
	ㅇ대왕제지(大王製紙), CNF 사용한 식품 포장재 양산기술 개발(2016.5.)   - 대왕제지는 에히메 대학과 공동으로 CNF를 활용한 포장재 양산 기술 개발에 성공   - 원료인 펄프, 광물의 일종인 운모와 고급 용지를 사용해 산소는 거의 통하지 않고, 수증기도 기존 제품 대비 20배 통과하기 어렵기 때문에 신선도를 오래 유지할 수 있음.
	ㅇ신영화공, CNF 활용 경량화한 경기용 신발 바닥 제조   - 효고현 소재 직원 40명의 신발 바닥 제조기업 신영화공은 나노섬유와 고무를 섞은 소재로 경기용 신발 바닥 제조   - NHK와의 인터뷰에서 이 회사 사장은 "CNF를 사용해 가볍고 강도도 높으며 기능이 매우 좋아졌다"고 밝힘.
	ㅇ스타라이트 공업, CNF 활용한 3D 프린터용 수지 개발   - 3D 프린터용 강도가 높은 수지가 없는 단점 극복 가능성을 제시해 주목   - 오사카 소재 중소기업인 이 회사는 폴리유산에 CNF를 혼합함으로써 강도와 조형의 용이성을 양립할 수 있는 3D 프린터용 수지 개발에 성공   - 올해 9월부터는 교토 대학과 연계해 이 수지의 샘플 출하를 개시할 계획

자료원: 일본경제신문, NHK, Japan Times, 각 사 홈페이지     

 ○ 이 밖에도 CNF를 활용, 얇고 투명한 태블릿 부품으로의 활용에 대한 연구도 진행 중

  - 열에 강하기 때문에 고온에서 가공이 가능하며 가볍고 유연하다는 장점 활용해 전자제품 내부 부품, 태양전지, 터치 패널 등에 활용 가능. 오사카 대학 관계자에 따르면, 제품화 일보 직전임.

나노 섬유 시트에 금속 배선을 새긴 태블릿 부품(좌) 및 다양한 활용 사례(우)

        

자료원: NHK

□ 시사점

 ○ 일본, 신소재 개발 및 실용화 통해 고부가가치화 추구

  - 최근 자동차 경량화를 위해 가장 주목받는 소재 중 하나로 꼽히는 탄소섬유에 이어, 포스트 탄소섬유로 불리는 CNF 개발 및 실용화 노력이 활발하게 진행되고 있음.

  - 일본경제신문은 중국 등 신흥국의 추격으로 경쟁력을 상실하지 않기 위해서는 부가가치가 높은 신소재 개발이 필요하다고 지적

 ○ 꿈의 소재인 CNF, 높은 가격은 확산의 장애물

  - 가볍고 강하다는 장점을 보유하고 있으나, 5000~1만 엔에 달하는 ㎏당 제조비용은 확산의 장애물

  - 참고로 철강은 ㎏당 제조비용이 50~150엔에 불과

  - 일본 정부 및 업계는 비용 인하를 위해서는 자동차부품, 항공 부품, 전자 부품 등으로의 용도 확대가 불가피하다고 보고 있음.

  - 정부의 목표가 2020년까지 제조비용을 천 엔대로 낮추는 것인 만큼, 제조비용 인하를 위한 노력과 함께 신소재 실용화 노력이 가시화될 것으로 기대됨.

자료원: 일본 경제신문, NHK, NCF 및 KOTRA 오사카 무역관 자료 종합