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헌옷수거함에 넣은 옷, 결국 어디로 갈까?

우리가 헌 옷 수거함에 무심히 넣는 옷들은 대부분 좋은 곳에 쓰일 것이라 기대하지만, 현실은 이와 많이 다릅니다. 국내에서 발생하는 폐섬유는 매년 80만 톤에 달하며, 다양한 소재가 복합적으로 섞여 있어 플라스틱처럼 단순하게 재활용하기가 매우 까다롭기 때문입니다. 결국 대부분의 옷은 소각되거나 매립되는데, 최근에는 환경 문제로 매립조차 어려워지며 갈 곳을 잃어가고 있습니다. 이를 자원으로 바꾸려는 시도가 꾸준히 있었음에도 불구하고, 섬유 특유의 취약한 화재 안전성 문제로 인해 상용화의 벽을 넘지 못했습니다. 기존의 코팅 방식으로는 겹겹이 쌓인 섬유 내부까지 방염 원료를 전달하기 어렵다는 결정적인 한계가 존재했습니다. 한국생산기술연구원은 이러한 한계를 극복하기 위해 세 가지 혁신적인 원천 기술을 개발했습니다. 우선 친환경 방염 원료를 섬유 가닥 깊숙한 곳까지 균일하게 도포하는 침투 기술을 통해 소재 자체의 방염 성능을 대폭 강화했습니다. 다음으로 열에 강한 특수 분체 성분을 폐섬유와 함께 초고압으로 압착하여, 화재 시에도 자재가 쉽게 무너지지 않는 물리적 강도와 내열성을 확보했습니다. 마지막으로 완성된 폐섬유 업사이클링 블록 외부를 특수 나노필름으로 밀봉하여 외부 불길과 산소의 유입을 원천 차단하는 이중 보호막을 형성했습니다. 이 기술들은 소방청의 엄격한 방염 기준을 통과하며 높은 신뢰성을 입증받았습니다. 화재 안전성을 확보한 폐섬유 업사이클링 블록은 이제 다양한 산업 분야로의 진출을 앞두고 있습니다. 높은 물리적 강도 덕분에 탁자나 수납장 같은 가구는 물론, 방음과 단열 기능이 필요한 내벽재나 천장재 등 인테리어 내장재 전반에 폭넓게 활용될 수 있습니다. 특히 이번 기술은 사물인터넷(IoT) 기반 자동 수거 시스템과 결합되어 버려지는 폐섬유를 안정적으로 확보하고 다시 자원화하는 효율적인 선순환 구조를 완성했습니다. 버려지던 쓰레기를 고부가가치 자원으로 재탄생시키는 이 기술은 환경 보호와 산업 발전을 동시에 달성하며 우리 사회가 지향해야 할 지속 가능한 미래의 청사진을 보여줍니다.

한국생산기술연구원🔬What if Technology

지구환경과학
융합
공학·기술

불 타지 않는 전고체전지의 핵심 '고체전해질' 저렴하고 쉽게 대량 생산! #shorts

현대 사회에서 리튬 이온 배터리는 전기차부터 스마트폰에 이르기까지 우리 생활의 필수적인 에너지원으로 자리 잡았습니다. 하지만 액체 전해질을 사용하는 특성상 화재와 폭발 위험이라는 치명적인 한계를 안고 있으며, 기술적으로도 에너지 밀도의 한계점에 도달했다는 평가를 받습니다. 이러한 문제를 극복하기 위해 전 세계 과학자들은 전고체 배터리에 주목하고 있습니다. 전고체 배터리는 액체 전해질을 고체로 대체하여 화재 위험을 근본적으로 차단할 뿐만 아니라, 더 높은 에너지 효율을 구현할 수 있어 배터리 산업의 지형을 바꿀 차세대 핵심 기술로 꼽힙니다. 전고체 배터리의 가장 큰 특징은 액체가 아닌 고체 상태의 전해질이 분리막의 역할까지 대신한다는 점입니다. 실제 실험 결과에 따르면, 기존 리튬 이온 배터리의 액체 전해질은 열에 민감하여 쉽게 발화하고 한 번 불이 붙으면 전해질이 다 탈 때까지 진압이 매우 어렵습니다. 반면 고체 전해질은 외부에서 강한 열을 가해도 표면이 달궈질 뿐 직접적인 불꽃이 발생하지 않아 안전성이 탁월합니다. 이러한 특성 덕분에 전고체 배터리는 화재 사고로부터 자유로워질 수 있는 최적의 대안으로 평가받으며, 주행 거리와 안전성을 동시에 요구하는 전기차 시장에서 뜨거운 관심을 받고 있습니다. 차세대 배터리의 상용화를 가로막는 가장 큰 장벽은 복잡한 제조 공정과 높은 생산 비용이었습니다. 특히 고체 전해질의 핵심 원료인 황화 리튬은 가격이 매우 비싸고 다루기 까다로운 소재로 알려져 있습니다. 한국전기연구원의 하윤철 박사 팀은 기존의 학설과 통념을 깨는 과감한 시도를 통해 이를 해결했습니다. 관련 논문에서 합성이 불가능하다고 명시된 원료들을 사용하여 오히려 공정을 획기적으로 단축하고 비용을 절감하는 액상 합성법을 세계 최초로 발견한 것입니다. 이는 기존 연구의 한계를 뛰어넘어 전고체 배터리의 대량 생산 가능성을 열어준 중요한 성과입니다. 기술의 국산화와 인프라 구축 또한 상용화를 위한 필수 과제입니다. 초기 연구 단계에서는 고가의 해외 장비와 소재에 의존해야 하는 어려움이 있었으나, 국내 정밀 제조 업체와의 긴밀한 협력을 통해 측정 장비의 자동화와 국산화를 실현했습니다. 로봇을 이용해 시료를 자동으로 분석하고 인공지능을 학습시켜 최적의 합성 조건을 찾아내는 스마트 시스템은 연구 속도를 획기적으로 높였습니다. 이러한 산학연 협력은 단순히 연구실 안의 성과에 머물지 않고, 대한민국이 전 세계 소재 및 부품 시장에서 주도적인 경쟁력을 확보하는 튼튼한 밑거름이 되고 있습니다. 전고체 배터리로의 완전한 전환이 이루어지기 전까지는 현재 널리 쓰이는 리튬 이온 배터리의 안전성을 관리하는 기술도 매우 중요합니다. 연구팀은 가상 공간에 현실과 똑같은 환경을 구축하는 '디지털 트윈' 기술을 배터리 관리에 도입했습니다. 이를 통해 배터리 내부 구석구석의 온도 변화와 이상 징후를 실시간으로 예측하여 화재 사고를 사전에 방지할 수 있는 열화 해석 플랫폼을 개발했습니다. 미래의 전고체 배터리 개발과 현재의 안전 관리 시스템 고도화라는 두 마리 토끼를 잡으려는 끊임없는 노력은 우리 사회를 더욱 안전하고 풍요롭게 만드는 강력한 동력이 될 것입니다.

한국전기연구원KERI 연구·시험성과

화학
융합
공학·기술

[나는과수다] 전기차의 미래, 폭발 위험성 없는 전고체 이차전지

2021년 전 세계는 기후 위기에 대응하기 위해 탄소중립을 선언하며 친환경 자동차로의 대전환을 맞이했습니다. 사실 전기차는 내연기관차보다 무려 50년이나 앞선 역사를 지니고 있지만, 배터리 효율과 생산 공정의 한계로 인해 긴 시간 동안 주류에서 밀려나 있었습니다. 그러나 환경 오염의 심각성이 대두되면서 과거의 유물이었던 전기차가 다시금 주목받기 시작했고, 이제는 선택이 아닌 필수적인 미래 교통수단으로 자리 잡으며 산업 구조를 근본적으로 바꾸고 있습니다. 전기차의 대중화를 가로막는 가장 큰 장벽 중 하나는 배터리의 안전성 문제입니다. 현재 널리 사용되는 리튬 이온 배터리는 액체 전해질을 기반으로 하고 있는데, 이는 구조적으로 화재나 폭발 위험을 내포하고 있습니다. 충방전 과정에서 전해질이 양극과 음극 사이에서 리튬 이온을 전달하는 역할을 하지만, 과열되거나 외부 충격을 받으면 가스가 발생하며 심각한 발화로 이어질 수 있기 때문입니다. 이러한 태생적인 한계를 극복해야만 진정한 전기차 시대의 안전을 담보할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결할 구원투수로 등장한 것이 바로 전고체 전지입니다. 전고체 전지는 액체 전해질을 고체로 대체하여 폭발 위험을 원천적으로 차단한 차세대 배터리입니다. 전해질이 고체가 되면 배터리의 부피와 무게를 획기적으로 줄일 수 있으며, 기존 공정을 상당 부분 활용할 수 있어 상용화 가능성도 매우 높습니다. 전문가들이 이 기술에 주목하는 이유는 안전성과 효율성이라는 두 마리 토끼를 동시에 잡을 수 있는 잠재력 때문입니다. 전고체 전지의 놀라운 점은 단순한 성능 향상을 넘어 자유로운 변형이 가능하다는 점입니다. 최근 국내 연구진이 개발한 두께 0.7mm의 초박형 전고체 전지는 구부리거나 동그랗게 말아도 정상적으로 작동하며, 가위로 잘라 공기 중에 노출되어도 폭발하지 않고 전원을 안정적으로 공급합니다. 이러한 유연성은 웨어러블 기기나 아이들이 사용하는 안전한 장난감 등 기존 배터리로는 구현하기 힘들었던 다양한 분야에 적용될 수 있는 길을 열어주었으며 배터리 설계의 자유도를 극대화했습니다. 전고체 전지 기술은 단순히 자동차 산업에 국한되지 않고 우주선, 비행기, 선박 등 광범위한 영역에 막대한 경제적 파급 효과를 미칠 것으로 전망됩니다. 특히 자원 빈국인 우리나라에 있어 전고체 전지는 반도체의 뒤를 잇는 차세대 성장 동력, 즉 '포스트 반도체'로서의 가치가 충분합니다. 아직 상용화까지는 더 많은 연구와 시간이 필요하겠지만, 연구진의 혁신적인 노력이 뒷받침된다면 우리나라는 세계 배터리 시장을 선도하는 기술 강국으로서의 입지를 더욱 공고히 할 수 있을 것입니다.

한국기초과학지원연구원

지구환경과학
융합
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