* 2022. 3. 4일(금)자 전북도민일보 제8면에 게재된 이인석 전북농업기술원 연구사의 기고문 전문입니다.
케나프, ‘슈퍼커패시터’ 개발 “한 축이 될 수 있다”
이인석 전북농업기술원 연구사
연 23.3% 성장, 2027년 18조! 슈퍼커패시터(배터리 종류) 시장이 뜨겁다. 이와 관련된 기술 개발이 새로운 뉴스가 아닌 당면한 현실의 문제가 되었음을 의미한다.
이로 인해 우수한 슈퍼커패시터를 개발하는데 친환경 소재의 이용이 증가할 것으로 전문가들은 예상하고 있다.
‘슈퍼커패시터(supercapacitor)’는 전극과 전해질 계면으로의 단순한 이온 이동이나 표면화학반응에 의한 충전 현상을 이용하는 에너지 저장 장치이다.
리튬이온 전지는 화재 발생에 대한 우려가 높다. 그래서 긴 수명을 필요로 하는 에너지 저장 장치의 요구가 증가하면서 슈퍼커패시터가 각광 받고 있다. 과거에는 소형 제품을 중심으로 성장 해는데, 최근에 전기자동차 등의 첨단 산업이 성장하면서 중요성이 더욱 커지고 있다.
슈퍼커패시터의 에너지밀도를 높이기 위해서는 많은 전하를 저장할 수 있는 높은 비표면적을 필요로 한다.
현재 대표적인 전극 소재인 활성탄은 주로 야자각을 통해 생산되고 있으나 일본 등 특정 국가들이 입도선매하여 수입하기가 쉽지 않다.
목재 리그닌의 미세기공을 높여 저장밀도를 향상시키기 위해서는 여러 단계의 공정을 거쳐야 한다. 이 과정에서 탄소를 많이 배출하므로 친환경적이지 못하다.
이에 반해 케나프의 줄기는 근본적으로 다공성 구조인 내강(빈공간)으로 이루어져 있어 공정 과정이 단순하여 비표면적을 높일 수 있는 천연소재다.
또한, 효율이 높은 슈퍼커패시터는 특수한 고분자 물질을 사용하는데, 제조 과정에서 많은 오염 물질을 발생한다.
이로 인해 최근에는 셀롤로오스를 사용하여 물리적 특성이 우수한 고분자 물질이 각광받고 있다.
케나프는 셀롤로오스 함량이 약 50%로 목재와 유사하고, 리그닌 함량이 목재보다 적어 셀롤로오스를 추출하는 과정에서 오염 물질을 적게 배출하므로 슈퍼커패시터 시장을 구축하는데 우수한 자원이 될 수 있다.
또한, 케나프는 소나무보다 이산화탄소 흡수율이 3배 높아 탄소중립 시대에 가장 적합한 작물이다.
산업적 활용에서 탄소를 적게 배출하고 재배를 통해 탄소를 많이 흡수하므로 케나프는 이산화탄소를 줄일 수 있는 현실적인 대안이라 할 수 있다.
또한, 경제 시스템을 친환경·저탄소 기반으로 전환을 위해 정부는 ‘그린에너지’분야를 한국판 뉴딜 10대 과제에 포함시켰다. 이는 고효율 에너지 저장장치의 기술 개발을 더욱 촉진할 것으로 기대된다.
미국 UCLA 대학 칼 버카드 박사는 케나프를 기후위기·식량·주택 문제를 해결할 수 있는 기적의 식물로 평가하였고, 이로 인해 미국은 케나프 연구의 선두를 달리고 있다.
유럽에서는 프랑스 등 10개국이 연합하여 품종 개발에 집중하고 있고, 일본에서는 토양 및 수질정화 자원으로 활용하고 있으며, 말레이시아는 다양한 바이오에너지를 케나프에서 생산하고 있다.
이처럼 세계 각국은 케나프를 자국 산업의 패러다임을 전환하는 자원으로 활용하고 있다. 우리나라도 국제적인 수준에 도달하기 위해 케나프에 집중적인 투자를 해야 할 것이다.
이런 우수한 자원을 다양한 분야에 활용하기 위해 전라북도 농업기술원은 케나프의 육종 연구를 2018년부터 진행하고 있다.
국내 타 기관의 품종들은 주로 경관 작물 활용과 기능성 물질 활용에 초점을 맞추고 있어 줄기 수량과 산업 소재 특성이 부족한 면이 있다.
전북농기원에서는 케나프의 줄기 수량과 산업적으로 중요한 셀롤로오스 함량이 증가한 자원을 개발했다.
이런 계통들을 빠른 시기에 품종화하면 국제적으로 시장이 큰 2차전지와 같은 첨단 산업의 활성화에 기여할 것으로 생각한다.
차세대 커패시터 산업 기술 협의회에 따르면, 한국은 2020년에 세계 시장의 약 10% 점유율을 차지 했고, 2025년에는 약 30%의 시장 점유율을 확보할 것으로 예상하고 있다.
이는 슈퍼커패서터가 산업계에서 이슈가 되고 있음을 보여주는 대목이다. 케나프를 기반으로 한 산업계 간 친환경 공급망 구축은 탄소중립 달성, 부가가치가 높은 전방산업 활성화 및 후방산업인 농업의 경쟁력을 높이는데 필수가 될 것이다. 그래서 지금이 케나프 연구에 집중해야 할 골든타임이다.
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