폐기될 탄소섬유가 태양광 설비로 환골탈태

생산기술연구원, 해상태양광 부력체로 제조
20% 저렴하면서 해상환경서 20년 사용가능
현재 새만금방조제 안쪽 해상에서 현장 실증

전북 서해안 새만금 수상태양광 지구. 태양광전지를 바다에 띄워 운영하면 환경훼손이 적고 수온의 냉각 효과 덕분에 육상시설보다 발전효율도 뛰어나다. 뉴시스 제공

[파이낸셜뉴스] 한국생산기술연구원 김광석 박사팀과 한양대 최준명 교수팀이 폐처리할 저품질의 탄소섬유를 재활용해 태양광전지를 바다에 띄우는 값싸고 튼튼한 부력체로 탈바꿈시켰다.

13일 생산기술연구원에 따르면, 이 부력체는 해수 수조에서 간이 실증을 완료하고 현재 전라북도 새만금방조제 내해에서 현장 실증을 진행중이다. A급 탄소섬유로 만든 부력체보다 가격이 20% 더 저렴하면서도 거친 파도가 치는 환경에서도 20년 이상 견딜 수 있는 내구성을 가졌다.

이 해상부력체 시제품은 해수 유입을 원천 차단하는 데 최적화된 상하부 구조로 이뤄져 있다. 부력체 내부는 발포플라스틱으로 채우고 겉을 탄소섬유복합재로 완전히 둘러싸 미세플라스틱 배출을 억제하고 외부 충격에도 잘 견딜 수 있게 설계·제작했다.

현재 진행중인 실증 단계에서는 9개의 해상부력체가 1세트로 구성돼 450W급 이상의 태양광패널 27개를 받치고 있다. 연구진은 이 구조물이 2m에 달하는 파도를 견디고 실제 해상환경에서 20년간 쓸 수 있을 만큼 안정성을 갖췄다고 설명했다.

생산기술연구원 김광석 박사팀이 폐처리할 탄소섬유로 만든 실제 크기의 해상부력체 시제품을 해수 수조에서 간이 실증을 하고 있다. 생산기술연구원 제공

김광석 박사는 "저품질 탄소섬유로 만든 해상부력체는 사용기간 이후에도 똑같은 기술로 품질을 높여 재사용 할 수 있다"며, "향후 탄소섬유 표면처리를 대용량으로 진행할 수 있는 장비 개발 및 실용화에 주력할 것"이라고 말했다.

해상태양광 발전은 환경훼손이 적고 수온의 냉각 효과 덕분에 육상시설보다 발전효율도 뛰어나다. 반면 거센 파도와 바람, 부식을 일으키는 염수 등의 해상 환경으로 부력체 유지보수에 비용이 많이 들고, 스티로폼 부력체에서 미세플라스틱이 배출되는 단점이 있다.

연구진은 이같은 문제점을 극복하고 저품질 탄소섬유를 재활용할 수 있는 업사이클링 기술 개발에 집중했다. 실험도중 탄소섬유 표면에 순간적으로 높은 빛에너지를 쪼일 경우 탄소섬유와 플라스틱 수지가 최대치로 결합한다는 사실을 발견했다.

인쇄전자 기술에서 주로 사용하는 펄스 형태의 빛에너지를 적용하면 빠르고 간단한 공정만으로도 가능했다. 이 방식으로 표면처리 된 저품질 탄소섬유는 기계적 특성과 내구성이 크게 향상돼 상용 A급 탄소섬유 대비 약 95%의 성능을 띄었다.
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