한국에너지기술연구원 vol. 2009-32
슈퍼단열 에어로겔, 국내 첫 상용화 기술도 슈퍼!
'에어로겔 초단열 분말’ 저비용 상용화 생산설비 국내 첫 구축 공정 개선과 신기술 적용으로 획기적인 생산 시간 단축 외국 제품 절반 이하의 가격 경쟁력과 에너지 절감 30% 이상
1997년 화성탐사 로봇 소저너의 단열재 등 우주소재로 쓰이면서‘꿈의 단열재’, ‘슈퍼단열 성능’, ‘인류가 개발한 가장 가벼운 고체 물질’등의 수식어로 설명되는 에어로겔(Aerogel)은 가장 가볍고 뛰어난 슈퍼단열 등의 매력적인 물성을 갖고 있지만 제조 공정의 복잡함과 비싼 가격이 상용화의 걸림돌이 되고 있으며 국내에서도 수년 동안 연구개발을 하고 있으나 선진국이 보유한 원천기술을 극복할 수 없어 시장 진입에 어려움을 겪고 있다.
국내에서는 처음으로 생산 설비가 구축됐으며 실리카 에어로겔 분말 시제품을 연간 5톤(50,000L/년) 규모로 생산하기 시작, 에어로겔 제조 기술뿐만 아니라 파일럿급 생산설비의 설계·운전기술을 갖추게 되었다. 또한 이산화탄소를 사용하여 초임계 건조하는 기존 공정에 비해 저탄소 녹색 제조 공정이란 점이 주목 받고 있다.
선진국에 적용된 기존 상용화 기술은 고가의 원료(알콕사이드 : 96,800원/㎏)와 고압 장치가 필요한 초임계 CO2 건조공정을 사용하는데 반해 연구원이 개발한 공정은 일반 공업용 원료인 저렴한 물유리를 바로 투입하고 표면개질과 겔화반응을 동시에 처리하는 새로운 기술을 적용했으며 연속적으로 건조할 수 있는 유동층 건조공정을 적용함으로써 제조공정과 시간을 획기적으로 개선했다.
국내에서는 처음으로 생산 설비가 구축됐으며 실리카 에어로겔 분말 시제품을 연간 5톤(50,000L/년) 규모로 생산하기 시작, 에어로겔 제조 기술뿐만 아니라 파일럿급 생산설비의 설계·운전기술을 갖추게 되었다. 또한 이산화탄소를 사용하여 초임계 건조하는 기존 공정에 비해 저탄소 녹색 제조 공정이란 점이 주목 받고 있다.
기존 초임계 CO2 건조공정에 비해 상압건조공정 기술은 에너지공정에서 25.9천toe/년, 폐수처리에서 0.2천toe/년 등 연간 총 26.1천toe(78억원)를 절감할 수 있어 에너지 및 환경처리 비용을 획기적으로 줄일 것으로 전망
로운 상용화 기술로 생산된 실리카 에어로겔 분말은 현재 생산 판매되는 외국 제품(미국 C사)의 기본 물성과 비교해도 동등한 성능을 나타내고 있으며, kg당 13만원에 판매되는 외국 제품에 비해 가격도 절반 이하로 예상돼 가격 경쟁력을 확보했다. 무엇보다 미국 C사가 보유한 기술을 극복하는 차별화된 원천기술을 개발했다는데 큰 의의가 있으며 6건의 특허가 출원됐다.
연구책임자인 안영수 박사는 '수입에만 의존하던 고가의 실리카 에어로겔 분말을 절반 이하의 가격으로 대량 공급할 수 있기 때문에 관련 소재 산업의 활성화가 기대되며 건물 및 산업 분야 등에서의 에너지 절감효과는 30% 이상에 이를 것이다.'라고 밝혔으며 '에어로겔이 갖는 초단열성 외에 무해 및 불연 특성까지 더해져 화재 시 유독가스 발생 등이 거의 없기 때문에 에어로겔 단열재 응용분야가 더욱 커질 것으로 예상된다.' 고 언급했다.
지경부가 주관하고 에너지관리공단이 지원하는‘에너지·자원기술개발사업’으로 수행된 이 연구 사업은 엠파워㈜와 부경대학교 김용하 교수 등이 참여했으며 앞으로 창호, 벽체, 천정 등의 건물용 단열재 및 흡차음재, LNG선 및 파이프를 포함한 산업용 단열재 등 광범위한 부문에 적용 가능하며 다양한 산업적 응용제품 개발이 추진될 예정이다.
에어로겔 내부에 존재하는 많은 기공(전자현미경 사진)파일롯 생산설비로 제조한 실리카 에어로겔 분말 시제품
실리카 에어로겔 및 크세로겔의 제조공정 모식도

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