화섬정보 10. 28

이탈리아 로마에 소재한 Leonardo SpA(이하 Leonard)는 항공기 및 항공기 구조, 헬리콥터, 항공우주 시스템, 육군·해군 전자 방위 시스템을 포함하여 항공우주, 방위, 보안 부문에 서비스를 제공하고 있음. 동사는 탄소복합재료 관련 첨단기술의 개발 및 저변확대의 일환으로 이탈리아 Piacenza에 소재한 MAE와 함께 Piacenza 지역에 1,700만 유로 규모의 파일럿 탄소섬유 공장을 건설하기 위해 탄소섬유 생산 프로젝트에 투자함.

폴리머 섬유 생산라인의 엔지니어링 및 건설에 특화되어 있는 MAE의 핵심 사업은 탄소섬유 PAN(폴리아크릴로니트릴)계 프리커서의 파일럿 생산을 비롯하여 양산 규모의 생산라인 건설임.

신규 탄소섬유 파일럿 공장은 이탈리아의 생산구조를 강화하기 위한 혁신 프로그램을 지원하는 국가 비즈니스 개발기관인 Invitalia로부터 자금을 지원받고 있음.

신규 파일럿 공장을 위해 Leonardo와의 계약에 주도적인 역할을 한 MAE의 최고재무책임자(CFO)인 Paola Rovellini에 따르면, 미래의 핵심소재는 탄소섬유이며, 탄소섬유의 호황을 통해 국제적으로 많은 산업 분야에서 탄소섬유가 전략제품이라는 보여주고 있음. 탄소섬유는 탄소배출량, 에너지소비량, 생산 비용을 줄이고 제품의 품질을 개선하여 전 세계적으로 직면하고 있는 생태학적 변화에 있어서 점점 더 중요한 소재가 될 것으로 봄. 특히, 항공우주 분야에 있어서 기존에 비해 훨씬 가벼워진 항공기는 연료절감이 가능해져 경제적인 관점에서뿐만 아니라 환경적 관점에서도 유익하다고 함.

Leonardo의 항공구조 사업부의 전무 이사인 Giancarlo Schisano에 따르면, 항공 분야에서 복합재료의 역사는 1980년대에 시작되었고, 최근 몇 년간 이러한 복합재료의 사용은 항공 부문뿐만 아니라 수송용 분야 전반에서 급속도로 성장하고 있다고 함. 금번 MAE와의 협력은 전략적이고 경쟁력 있는 분야에서 동사가 발전할 기회가 될 것이라고 봄.

<Lampo 프로젝트>

Leonard의 탄소섬유 파일럿 공장설립은 2019년에 구상된 "Lampo"라는 3년 R&D 프로젝트의 일환임. 이탈리아 언론 보도에 따르면, Leonard의 주요 목표는 새로운 형태의 탄소섬유가 Foggia에 있는 항공구조물 제조 공장의 항공기 성능과 비용을 개선하는 데 적극 활용되는 것임. 이러한 탄소섬유 개발을 위해 Grottaglie에 소재한 Leonard의 재료 연구소의 기술과 장비가 활용될 예정임.

한편, MAE는 전 세계적으로 탄소섬유 공급망에 대한 완전한 노하우를 가진 손꼽히는 회사 중 하나이기 때문에 Leonard가 파트너로 선택한 것으로 알려짐. Emilia-Romagna 지역의 지역경제개발 자문위원인 Vincenzo Colla는 MAE가 모노머, 폴리머 공장을 설계하고, 탄소섬유에 대한 연구와 혁신을 수행하는 기업이라고 언급함. 다른 프로젝트 파트너로는 복합재료 전문기업인 Aviorec과 이탈리아 최대 공공연구기관인 National Research Council가 있음.

한편, Lampo 프로젝트는 이탈리아 경제의 주요 부문에서 기술 경쟁력 수준을 보여줄 것으로 기대됨. 예를 들어, 탄소섬유는 항공우주 부문뿐만 아니라 자동차에서도 점점 더 많이 사용되고 있기 때문임. 예를 들어, Piacenza에서 100km 이내의 거리에 있는 Emilian Motor Valley는 Ferrari, Lamborghini, Maserati 및 Dallara가 소재하고 있으며, 이 곳은 모두 탄소섬유를 광범위하게 사용하고 있음. 따라서 Lampo 프로젝트는 자동차 제품의 성능을 향상시키기 위해 탄소섬유를 제조할 수 있을 것으로 보이는데, 이는 Emilia Romagna 지역의 전략과도 부합함. Vincenzo Colla는 소재의 진보가 동 지역에서 지원하는 분야이며, 이를 통해 재활용 및 재사용 역량을 확대하여 순환적이고 환경적으로 지속가능한 경제를 확대할 수 있을 것이라고 덧붙임.

<Leonardo의 미래를 위한 투자>

Leonardo의 항공구조 부문의 R&D 책임자이자 IP 매니저인 Stefano Corvaglia는 동사는 이탈리아에서 처음으로 탄소섬유 생산을 위해 이러한 파트너십을 시작했으며, Leonardo의 수석 R&D 엔지니어인 Nicola Gallo가 Lampo 프로젝트 착수, 자금조달 및 지역/국가 파트너십을 구축하기 위해 많은 노력을 했다고 함.

Gallo에 따르면, Leonardo의 목표는 동사의 Foggia 공장에서 생산되는 Boeing 787 수평 안정장치(Horizontal Stabilizer)와 같은 대형 탄소섬유강화 폴리머(CFRP) 부품에 대한 신기술을 개발하는 것이라고 언급함. 그는 전체 R&D 프로그램의 5가지 핵심 부분을 설명함.

1. 재구성을 높이고, 비용을 절감하는 모놀리식(monolithic) 부품을 위한 신규 툴

2. 새로운 자동 검사 기술

3. 자동화된 수리 기술

4. 대형 부품의 자동 조립

5. 미래를 위한 신규 소재

<MAE사의 탄소섬유 제조공정>

또한, 그는 MAE를 연구 프로젝트의 핵심 파트너로 설명했는데, MAE는 프리커서에서 시작하여 마지막의 탄소섬유 처리를 포함한 전 과정을 수행하는 대규모 공장을 건설하고 있으며, 지난 10년간 신규로 설립된 모든 탄소섬유 프리커서 방사 공장의 약 절반이 MAE를 통해 진행되었다고 함. 이처럼 MAE는 탄소섬유사업을 광범위하게 수행하며 상당한 경험을 축척함.

한편, 동사는 섬유산업에서 아크릴 생산 지식을 활용하고 있는데, 이러한 방식의 생산은 PAN과 비슷하지만 추구하는 최종 제품은 다름.

Gallo는 Leonardo는 MAE와 함께 다양한 종류의 탄소섬유뿐만 아니라 다른 PAN계 포뮬러를 비롯하여 신규 프리커서 포뮬러를 개발하고 시도할 것이라고 함.

또한, 그는 MAE가 건설한 가장 최근의 공장은 프리커서뿐만 아니라 탄소섬유 생산 공장이라는 것에 주목함. 특히 MAE사는 웹사이트에서 매출의 50%가 중국에서 발생한다고 했는데, 이는 중국이 전 세계 화학 섬유의 절반 이상을 생산하기 때문으로 봄. 또한, MAE 사업의 상당 부분은 유럽의 탄소섬유 제조 회사에서 비롯되고 있으며, 미국에 지사를 두고 있다고 함.

그는 MAE가 기존 섬유 어플리케이션 프로그램에서 테스트가 이루어졌지만 다양한 이유로 사용되지 않은 포뮬러를 활용하고자 한다고 함. Leonardo는 오늘날 구조 어플리케이션 제품에 사용되는 표준 복합재료에 필적하는 제품을 원하고 있으며, 이를 위해 생산방법을 개선하기 위해 노력할 것이라고 함. 

<Leonardo가 생산하는 Boeing 787의 one-piece barrel sections(왼쪽 위)과 horizontal stabilizers(왼쪽 아래)과 nacelles(오른쪽 상단). Clean Sky 2의 차세대 Civil TiltRotor 항공기(오른쪽 아래)> 

한편, Gallo는 현재 산화 및 탄화에 대한 마이크로파(Microwave) 또는 유도 가열을 테스트할 계획이 없다고 함. 오늘날 가동 중인 모든 탄소섬유 공장은 산화 및 탄화를 위해 전기저항이나 천연가스 가열만을 사용하고 있음. 따라서 Leonardo는 표준 장비를 사용하고 라인을 가동하는 것부터 시작할 것이라고 함. 동사의 초기 R&D 초점은 탄소섬유 특성과 비용에 영향을 미칠 수 있는 공정 매개 변수의 종류에 있음.

그는 탄소섬유 파일럿 공장이 2022년 1분기에 완료될 예정이며, 2분기까지 생산을 시작하고, 2022년 말까지 탄소섬유 샘플 테스트 및 기타 R&D 활동을 목표로 하고 있다고 함. PAN계 프리커서의 생산능력은 일일 120kg, 탄소섬유는 일일 50kg가 될 것으로 예상되는데, 이는 연간(250일 기준) 각각 30톤 및 12.5톤에 해당함.

그 후, Leonardo는 특정 속성에 대해 매개 변수를 개선 및 변경하는 방법을 연구하여 비용절감 및 생산성 향상을 목표로 하고 있음. 이탈리아에서는 현재 탄소섬유 제품이 생산되지 않고 있으며, 실험실에서 전체 탄소섬유 생산 공정을 시뮬레이션하기 어려운 상황이라 동사가 금번 파일럿 플랜트에 투자하는 이유라고 언급함.