클래드 파이프·연결용 부품 전문 생산 기업, 클래드코리아

▲ 왼쪽부터 클래드코리아의 포항, 경주, 원주 공장

클래드코리아는 포스코 기술나눔으로 총 6건의 특허기술을 이전 받았다. 이중, ‘관형소재 용접용 정렬장치’ 기술이 클래드코리아의 당면 과제 해결과 기술 경쟁력 향상에 가장 큰 도움이 되었다. 특허 나눔부터 기술 개발, 그리고 시장에서 결실을 맺기까지의 이야기를 전한다.

배관 제작 기술의 도전 과제! 어떻게 튼튼하게 이어 붙일 것인가?
기술을 소개하기 전, 먼저 클래드코리아의 주력 제품인 클래드 배관에 대해 설명하려 한다. 클래드(clad)라는 개념은 모두에게 다소 생소할 것이다. 클래드 기술은 서로 다른 금속 소재를 결합해 각 금속의 장점만을 취하는 방식이다. 클래드 소재의 우수한 성능에도 불구하고 시장에서 경쟁력을 갖추고 있는 기업은 많지 않다. 다른 성질을 지닌 이종 소재를 접합하는 기술이 다소 난이도가 높기 때문이다.

또한 배관은 한 번에 제작할 수 있는 길이가 제한되어 있어 부품을 계속 이어 붙여 건설해야 한다. 배관은 파이프와 방향, 유량 등을 바꿔주는 부품(피팅 : 엘보우, 티 등)의 연속 조합인데, 원유, 가스를 수송하는 관은 1000㎞ 넘게 이어지기도 한다. 게다가 배관을 타고 흐르는 물질도 도전 과제를 안겨준다. 원유는 부식성이 강하고, 가스는 기본적으로 높은 압력이 걸리기 때문이다. 보통 다른 부위에 비해 약할 수밖에 없는 접합 부위도 충분한 내부식, 내압 성능을 지녀야 한다.

배관 소재들은 용접으로 접합한다. 결국 위에서 언급한 문제는 튼튼하고 균일한 품질로 용접하면 해결할 수 있다. 현장에서 용접을 할 때는 자재를 같은 높이와 각도로 정확히 정렬해야 한다. 보통 숙련된 노동자가 수동으로 정렬을 하곤 하는데, 이를 저희는 ‘핏업(fit up) 정렬’이라고 부른다.

노동자의 숙련도에 따라 정렬 정도에 편차가 있고, 수작업으로 하다 보니 생산성이 많이 떨어질 뿐만 아니라 불량률도 무시할 수 없어 고민이 많았다. 클래드코리아 자체 개발한 자동용접기술이 있었지만, 용접 대상인 부재들을 수동으로 정렬하는 과정에서 병목 구간이 발생해 자동화의 효과가 많이 떨어졌다.

튼튼한 접합의 핵심은 정확한 정렬!
포스코 기술나눔 특허 ‘관형소재 용접용 정렬장치’에서 답을 찾다!

▲정렬이 어긋난 두 배관 소재의 단면. 배관 소재가 찌그러지거나(왼쪽) 두 배관의 중앙 정렬이 되지 않으면(오른쪽) 용접 품질이 떨어지고, 외부 충격에 취약해진다.

이 문제의 해결책은 2017년 기술나눔으로 획득한 포스코의 ‘관형소재 용접용 정렬장치’ 특허에서 찾을 수 있었다. 관형소재란 관처럼 보이는 소재, 즉 배관을 말한다. 2개의 관을 이어 붙일 때 보통 한 쪽 끝을 다른 쪽 끝 안쪽으로 일정 부분 들어가도록 해 겹친(over-lap) 뒤 용접을 하는 방식을 많이 쓴다. 이때 관의 직경에 비해 소재의 두께 자체가 충분히 두껍지 않으면 중력의 영향을 받아 형상이 찌그러질 수 있고, 겹친 두 개의 배관 단면이 정확히 동심원을 이루도록 중심을 맞추는 작업도 쉽지 않다. 모두 균일한 용접 품질을 얻는데 방해가 되는 요소이다.

포스코의 관형소재 용접용 정렬장치는 배관의 끝부분에 링 형태의 보조 기구를 덧대는 형태이다. 장치 안에는 자석이 여러 개 들어있다. 자석의 밀고 당기는 힘이 균형을 이루도록 해 두 관형 소재의 중심을 일치시키는 것이다.

기술나눔 특허가 일궈낸 가능성
개선을 뛰어넘어 신기술 개발까지
클래드코리아는 이 특허 기술을 바로 현장에 적용했고, 수작업에 의존하던 정렬 작업을 반자동으로 전환할 수 있었다. 이로써 생산성이 늘어나는 것은 물론, 작업자의 피로도가 크게 줄었고 납기 단축, 품질 증가 등 효과를 거둘 수 있었다.

결과적으로 공정은 40%를 단축했고, 단위작업 당 소요시간을 줄여 생산성을 약 30% 끌어올렸다. 수작업을 기계로 대체함에 따라 사고 발생 가능성도 크게 줄었다.

클래드코리아는 기존 작업을 개선하는데 그치지 않고 한 발 더 나아갔다. 반자동 정렬 방식을 자동으로 전환하고 기존 자동 용접 시스템과 연계한 것이다. 지속적인 제어 시스템 개선을 거쳐 이제는 국내 최초로 사물인터넷을 활용한 관형소재의 완전한 공장자동화 구현에 성공했다. 그 과정에서 클래드코리아가 신규 등록한 특허 수는 29건에 달한다.

▲ 종전 수동 배관제작 모습(왼쪽)과 클래드코리아가 개발한 스마트배관자동화샵 모습(오른쪽)

2017년 기술이전으로 받은 특허기술 6건이 4배가 넘는 또 다른 특허로 이어지며 꽃을 피울 수 있었던 배경에는 클래드코리아의 기술과 니즈, 그리고 포스코 기술이전 특허의 완벽한 ‘정렬’이 있었다. 대한민국 경제 성장에 있어 대기업과 중소기업의 다방면에 걸친 격차는 자주 걸림돌로 지적되곤 한다. 때로는 대기업이 중소기업의 혁신적인 기술을 직간접적으로 빼앗는 사례도 있다. 하지만 포스코는 상생의 정신으로 협력업체와 동반성장한다.

지역사회와 중소기업에 대한 투자, 지원 활동도 보여주기식이 아닌, 실질적인 효과를 내도록 프로그램하는 것을 봐왔다. 새로운 기술을 개발해 수익을 낼 때까지, 투자 비용과 인력 투입은 중소기업 입장에서는 부담스러울 수밖에 없다. 기술나눔 제도와 포스코의 특허 기술은 저희 클래드코리아를 비롯한 많은 중소기업들이 거침없이 가능성을 펼쳐 미래로 가 닿을 수 있도록 길을 내어주는 쭉 뻗은 파이프라인과도 같다.

▲ 클래드코리아 배관용접자동화·스마트배관샵 개발팀 모습

클래드코리아는 이처럼 특허기술 개발의 중요성과 그것을 산업 생태계와 함께 나눴을 때 가치가 더욱 커진다는 것을 알기에 향후 당사뿐만 아니라 한국 제조업 전체에 기여할 수 있는 기술을 개발하고 있다.

조선·해양플랜트·건설부문 스마트 생산협업 시스템(Smart Logistics & Production Automation System, 이하 SLAS®)은 클라우드, 사물인터넷 등 4차산업혁명 요소기술을 적극 활용해 생산과 물류를 자동화하는 체계이다. 이 시스템이 자리 잡게 되면 조선사, 중소중견협력회사 등과 공유해 국내 조선·해양플랜트·건설 업계에 활력을 불어넣어 줄 수 있을 것이다. 나아가 △로봇 자동 Fit Up장치 △레이저-하이브리드 협개선 용접 시스템 △로봇 레이저 비전 스캔 검사 등 신기술을 개발해 스마트 공정을 더욱 업그레이드할 계획이니 많은 관심과 기대 부탁드린다.

프리캐스트 구조물 제작, 연구회사 씨제이인스트루먼트

박창진 대표이사는 토목, 철도건설 공학 관련 경력을 쌓고 2017년 씨제이인스트루먼트를 설립했다. 지금은 프리캐스트 구조물과 IT기술을 활용해 제작과 설치, 안전한 유지관리 등 프리캐스트 전 영역에 걸친 사업을 운영 중이다.

프리캐스트 공법이란?
경제성과 안정성, 지속가능성을 모두 잡을 수 있는 건축 기술!

대다수에게 프리캐스트라는 개념은 생소할 것이다. 프리캐스트 콘크리트(PC:precast concrete) 공법은 철근 기둥, 보, 슬래브, 벽 등 콘크리트 구조물을 공장에서 미리 만들어 건설 현장으로 운송 후 조립설〮치하는 방식이다. 현장에서 거푸집을 만들고 콘크리트를 타설*한 뒤 양생*을 거치는 기존 방식보다 공기를 획기적으로 단축하고, 비용을 절감할 수 있다. 또한 주요 구조물을 공장에서 만들고 접합부에만 일부 타설을 하면 되기에 현장 건설 폐기물 발생과 환경 영향도 최소화할 수 있다.

더불어 공장에서는 제작 환경을 일정하게 제어할 수 있기 때문에 프리캐스트 콘크리트 구조물의 품질을 일정하게 유지할 수 있다. 반면, 현장에서 콘크리트를 타설하게 되면 날씨나 기온, 작업자 숙련도에 따라 품질의 편차가 발생하기 쉽다. 따라서 공장 작업을 통한 구조물의 균일한 품질은 시공 전후의 안전과도 직결되므로 매우 큰 강점이다.

프리캐스트 구조물과 다른 구조물을 잇는 접합 기술!

프리캐스트 구조물을 안전하게 시공하는 데 있어 가장 중요한 점 중 하나는 바로 접합 기술이다. 기존 현장 타설 공법에서도 구조 강성이 요구되는 경우에는 해당 부분을 중간에 끊지 않고 한번에 타설한다. 일전 씨제이인스트루먼트는 국내 한 초고층빌딩의 기초공사를 할 때 설계상 단 한번에 타설을 끝내야하는 작업이었기에 엄청난 인력과 장비를 총동원하여 ‘32시간 연속 타설 기록’을 세운 적이 있다.

상황 상 타설을 여러 번에 나누어 할 때도 타설을 멈춘 뒤 다시 이어서 할 때까지의 간격이 길어지면 해당 부분의 강도가 떨어져 균열이 발생할 수 있다. 여러 번에 나눠 타설을 할 수 있는 곳도 구조상 힘이 덜 실리는 곳으로 한정한다.

프리캐스트 구조물은 미리 공장에서 제작한 조각을 이어 붙이는 방식이므로 프리캐스트 구조물 간, 혹은 프리캐스트 구조물과 다른 소재로 제작된 구조물을 튼튼하게 이어 붙이는 것이 중요하다. 연결 부위가 적절한 강도를 가지도록 보강하지 않으면 하중이 많이 실리는 연결부의 취약 부위가 붕괴할 수 있기 때문이다.

이와 같은 상황이 발생하지 않도록 씨제이인스트루먼트는 더 안전한 기술을 고민하였으며, 포스코그룹 특허 기술나눔을 통해 돌파구를 찾을 수 있었다.

튼튼한 프리캐스트 구조물 아이디어,
포스코의 매립 구조물 특허에서 해답을 얻다!

씨제이인스트루먼트의 프리캐스트 구조물은 내부에 보강을 마친 연결부 구조를 만들어 안전한 시공을 보장한다. 프리캐스트 구조물을 제작할 때, 접합 부위에 미리 철강으로 만든 연결용 부품을 넣어 구조물 내에 단단히 뿌리내리도록 하는 것이다. 이렇게 하면 구조물의 접합 부위에 별도로 가공을 하거나 다른 소재를 덧대지 않아도 끼워 맞춘 후 고정만 하면 되므로 훨씬 튼튼한 구조물을 만들 수 있다.

씨제이인스트루먼트의 이 기술은 포스코의 매립 구조물 특허에서 착안했다. 2017년 3월, 회사를 창립한 직후 포스코와 기술나눔 특허 실시권 계약을 체결했다. 박창진 대표는 회사 설립 전부터 기술나눔 행사에 대해 익히 들어 관심을 갖고 있었다. 중소기업이 자체적으로 기술을 개발하기에는 비용, 시간, 인원 등 모든 면에서 쉽지 않기 때문에 이들에게 포스코의 기술나눔은 가뭄에 단비 같은 존재였다. 씨제이인스트루먼트는 설립과 동시에 가지고 있는 기술을 융합해 시너지를 낼 수 있는 새로운 기술을 찾았고, 포스코로부터 매립 구조물 기술을 이전 받을 수 있었다.

포스코는 초고층건축물을 건설하는 고객사에게 소재를 공급할 때, 콘크리트 벽체와 철골부재 간 접합을 용이하게 할 수 있도록 솔루션기술 지원을 하는 과정에서 이 매립 구조물 기술을 개발했다.

매립 구조물은 철근 콘트리트 구조로 이루어진 수직부재에 철골을 포함하는 수평부재를 연결하는데 있어, 수직부재 내부에 매립되는 연결용 구조물이다.

수직, 수평 철근 콘크리트 구조물을 연결할 때 보통 양생이 끝난 콘크리트 구조물에 보강용 철재 강판을 설치한 후 용접으로 접합하곤 한다. 이때 용접에 의한 열로 강판이 팽창해 접합부에 균열이 발생하면 내구성에 문제가 발생한다. 또한 수평 구조물의 하중이 늘어나면 그 하중을 견디기 위해 필요한 추가 구조물 간에 간섭이 발생할 수 있다.

포스코 매립 구조물 기술은 하중을 견디는 구조물의 형상을 개선해 상호 간섭을 없애고, 용접할 때 열팽창 영향을 최소화해 구조물의 내구성을 향상시킬 수 있다.

▲ 매립 구조물 형상(왼쪽)과 매립 시 위치를 보여주는 도면.

더욱 안전한 콘크리트 구조물의 탄생,
포스코 매립 구조물 특허와 씨제이인스트루먼트 프리캐스트 구조물 기술의 시너지

포스코 매립 구조물 기술을 적용해 개선한 대표적인 사례는 도로변의 방음 시설물이다. 앞선 내용과 같이 프리캐스트 구조물로 지면에 접한 시설의 토대를 다지면, 수직 기둥과 방음판을 경제적이고 안전하게 연결해야 하는 과제가 뒤따른다. 기존에는 접합 부위에 보강용 철재 강판을 시공하고 방음판을 볼트 체결하는 과정에서 시간이 많이 소요되었으며, 고소 작업 비중이 높아 위험 요소가 있었다. 하지만 현재는 제작 과정에서 구조물 내부에 시공을 마치고, 연결 부분만 시공하면 되기에 훨씬 안전하게 작업이 가능하다.

▲ 상단 서울 노들로(왼쪽)와 양재대로(오른쪽)에 설치한 방음벽. 아래 가장 오른쪽 직벽식 옹벽(프리캐스트 콘크리트) 속 매립 구조물이 기둥을 단단히 붙들어 주는 역할을 한다. (도면 중 빨간 동그라미) *사진 = 엄인옥 커뮤니케이션실 제공

이러한 장점은 씨제이인스트루먼트 구조물의 판매처를 확보할 때 큰 힘이 되며, 이 기술의 원천이 포스코라는 점도 기술의 신뢰성을 확보하는데 많은 도움이 된다.

▲ 씨제이인스트루먼트가 협약을 맺은 경남 사천 프리캐스트 구조물 공장 전경. 프리캐스트 구조물에 매립된 구조물의 모습을 볼 수 있다.

제작을 마친 프리캐스트 콘크리트 구조물을 안정적으로 운송하는데도 이 매립 구조물의 원리를 이용했다. 사진 속 구조물에 삐죽 솟아 나와있는 철근과, 중간에 검은 너트가 끼워져 있는 것이 바로 매립 구조물이자, 운송 시 흔들림을 막아주는 역할을 한다.

기술나눔으로 절약한 시간과 비용,
사업 확장의 밑거름이 되다!

기술나눔으로 맺은 포스코와의 인연은 씨제이인스트루먼트의 다양한 부가가치와 사업 영역의 확장으로 결실을 맺었다. 우선 프리캐스트 구조물을 옹벽뿐만 아니라 직벽식 형태의 구조물로 다양하게 변주할 수 있었다. 이에 힘입어 씨제이인스트루먼트의 제품은 철도, 산업단지, 발전소, 도로 등 각종 인프라 시설이나 주거용 시설에 널리 사용하고 있다. 실제로 매립 구조물이 적용된 직벽식 형태의 구조물은 꾸준히 매출이 있고, 종전 대비 약 10%의 매출 향상 효과도 얻었다. 또한 마케팅뿐 아니라 정부 연구과제와 지원사업에 참여할 때도 포스코 기술나눔이 튼튼한 발판이 되어 준다.

코로나로 인한 산업 침체를 점차 극복해나가고 있는 지금, 씨제이인스트루먼트는 이러한 사세 확장에 힘입어 올해 연간 예상 매출이 2021년7억 원에서 크게 늘어난 80억 원으로 예상하고 있다. 이들은 앞으로 동종업계 타 회사와의 인수합병을 거쳐 사업 범위를 더욱 넓혀 나갈 계획이다.

포스코 기술나눔에 이어, 씨제이인스트루먼트는 다른 대기업, 연구기관과도 활발하게 기술 협력을 한다. 그리고 협력을 통해 확보한 기술은 회사의 발전에 기여하고 있다. 앞으로도 경계를 뛰어넘는 프리캐스트 융합 기술의 선도주자로 자리매김할 수 있도록 최선을 다할 계획이니 많은 관심과 기대 부탁드린다.

기술나눔은 2013년부터 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 주관해 공공연구소, 대기업이 보유한 기술을 중소기업에 무료로 제공하는 대·중소 상생협력 지원사업이다.

포스코그룹(법무실 지적재산사무국)은 2017년부터 정부의 기술나눔 프로그램에 주도적으로 참여해 지난 5년간 241개사에 특허 564건을 무상으로 이전했다.

포스코그룹에서 탄생해 제 역할을 다한 기술들은 새로운 보금자리를 찾아가 자리를 잡았고, 포스코그룹은 기술의 씨앗이 새 환경에서 싹을 틔울 수 있도록 도왔다. 그 결과 기술이전을 받은 중소기업들은 눈에 띄는 성과를 냈다. 특히 포스코그룹의 필요에 따라 개발한 기술들이 완전히 다른 분야에서 새로운 가치를 창출하는 이종사업 간의 시너지는 끊임없이 미래 사업을 개척해나가는 포스코그룹에도 큰 의미가 있다.

폐플라스틱 재활용 기업 그린폴

▲ 그린폴의 재활용소재 대부분을 차지하는 폴리에틸렌(오른쪽)과 폴리프로필렌.

▲ 선별, 파쇄, 세척, 건조를 마친 재활용 소재는 열을 가해 녹인 후 가래떡처럼 뽑아내 냉각시키고, 소재를 일정 크기의 입자로 잘게 잘라 원재료로 투입한다.

▲ 일정 모양으로 가공하는 그린폴의 금형 설비(왼쪽). 재활용 플라스틱은 범퍼, 에어컨 필터 케이스 등 자동차용 소재로 쓰이며 그 비중은 점점 늘어나는 중이다.

그린폴의 공정은 재활용 플라스틱을 수거해오는 것에서부터 시작한다. 수거한 플라스틱은 외부 전문업체에 의뢰하고, 기본적인 선별을 거쳐 잘게 파쇄해 음식물 등의 이물질을 세척한 뒤 탈수와 건조를 거쳐 다시 그린폴로 가져온다. 세척을 마친 파쇄 플라스틱을 종류별로 선별하고 열을 가해 녹여 일정한 크기와 모양으로 뽑아낸 후 식히면 재활용 플라스틱 소재가 완성된다. 이 재활용 플라스틱 소재는 플라스틱 원재료(신재수지 virgin plastic resin)와 혼합해 재활용 플라스틱 용기(pcr : post consumer recycle)로 제조된다. 그런데, 이 과정에서 그린폴은 몇 가지 커다란 과제에 맞닥뜨리게 됐다.

그린폴의 당면 과제는 경제적이고 효율적인 플라스틱 선별

그린폴이 해결해야 하는 과제는 플라스틱의 경제성 있는 선별이었다. 2020년 12월부터 분리수거를 할 때 투명 페트병은 색이 있는 플라스틱과 구분해서 분리배출한다. 이 중 투명 플라스틱은 재활용을 하기에 가장 적합하다. 의류를 제작하기에 용이한 긴 원사를 뽑아낼 수 있어 부가가치가 가장 크기 때문이다. 여러 면에서 투명 플라스틱 분리배출 문화의 정착은 환영할 만한 일이다. 하지만 플라스틱 재활용 사업에서는 아직 갈 길이 멀다. 투명 페트병 외에도 선별해야 하는 플라스틱의 종류가 많고, 포장재나 음식 용기 등 다른 플라스틱 소재가 섞이면 재생 원료의 품질이 떨어지기 때문이다. 플라스틱의 소재와 용도를 조금 살펴보면 이해하기가 더 쉽다.

플라스틱 제품의 크기가 크면 손으로 충분히 선별 가능하다. 재활용품으로 배출하는 플라스틱의 대부분은 폴리에틸렌(PE)과 폴리프로필렌(PP)이다. 그 양 자체가 많기 때문에 손으로 선별을 해도 인건비를 뛰어넘는 경제성이 있다. 하지만 크기가 작거나, 오염된 소재, 여러 소재를 혼합한 복합소재는 재활용이 어렵다.

분리배출표시가 없는 작은 용기, 오염된 용기, 복합소재 용기···
플라스틱 재활용을 가로막는 3대 문제 해결에 나선 그린폴

하지만 모든 포장재에 분리배출표시가 되어있지는 않다. 분리배출표시에 관한 지침에 따르면 포장재 표면적이 50㎠ 미만(용기, 트레이류), 100㎠ 미만(필름 포장재류)이거나, 내용물의 용량이 30㎖ 또는 30g 이하인 경우 분리배출표시 예외에 해당하는데, 보통 용량이 작은 화장품이나 향수병 등이 속한다. 이 경우 재질을 판별하기 어렵고, 부피와 양도 작아 재활용 경제성이 낮다.

플라스틱 선별의 열쇠, 정전 선별 기술!
그러나 자체개발기술은 한계에 부딪히고···

이 상황을 해결하고자 떠올린 아이디어가 바로 ‘정전 선별 기술’이다. 지금은 손으로 재활용품을 재질 별로 구분한 뒤 따로 파쇄해 사용하므로 선별 비용과 시간이 많이 들고, 육안으로 선별이 어렵거나 여러 소재가 뒤섞여 있어 재활용이 어려운 경우도 생긴다.

정전 선별 기술로 이 문제를 해결할 수 있다. 기본적인 개념은 이렇다. 다른 종류의 두 물체를 마찰시키면 한 물체는 전기적으로 (+)극성을 띠고, 다른 한 물체는 (-)극성을 띠게 된다. 그리고 각 물체는 마치 자석처럼 다른 극성을 띤 물체에 이끌린다.

이 원리를 이용하면 다른 종류의 플라스틱을 손을 대지 않고도 선별해낼 수 있다. 플라스틱을 서로 마찰시켜 반대된 극성을 띠게 하고 고전압을 걸어 서로 다른 극성을 띠게 한 전극 2개 사이로 통과시키면 정전력에 의해 두 플라스틱이 분리가 된다는 것이 이 기술의 기본 개념이다. 이 방법을 활용하면 초기에 물체를 재질별로 선별할 필요 없이 한꺼번에 파쇄한 뒤 선별기에 통과시키기만 하면 분리가 완료되므로 시간과 비용을 크게 아낄 수 있다.

그린폴은 이 정전 선별기를 도입하기로 결정하고 방법을 물색했다. 처음에는 이미 만들어진 기계를 구입하거나 유사한 연구 실적을 보유한 연구진과 함께 기술개발을 하는 방법을 고려했다. 하지만 국내에서는 상용화된 정전 선별기가 없었고, 해외에서 장비를 도입하자니 설비 비용이 너무 컸다. 게다가 이 규모의 사업체에서 연구개발비용을 지속적으로 투자하기도 쉽지 않았다.

포스코의 기술나눔으로 확보한 정전 선별 특허··· 국책과제 선정까지

교착상태에 빠져있던 중, 2019년 돌파구를 찾을 수 있었다. 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원이 지원하는 기술나눔 프로그램에 대해 알게 된 것이다. 당시 공여 대상 특허기술들의 목록을 하나하나 뒤졌고, 찾던 정전 선별기술에 완벽히 들어맞는 특허기술을 찾을 수 있었다. 바로 포스코에서 개발한 ‘이중컨베이어형 정전 선별유닛 및 이를 이용한 정전 선별기’ 기술이었다. 이 기술은 포스코에서 제철용으로 사용하는 미분상태의 석탄에서 자력을 사용해 회분*을 제거하는 기술이다.

*회분 : 석탄에 함유된 무기질이 연소된 후 재로 남은 것. 석탄의 근원인 식물체에 처음부터 함유된 것과, 석탄 생성 과정에서 들어오는 것이 있다.

포스코의 ‘이중컨베이어형 정전 선별유닛 및 이를 이용한 정전 선별기’란? 제철용 석탄 중 저등급 석탄의 활용도와 공정 효율을 높이고, 환경을 고려한 공정을 실현하기 위해 포스코가 개발한 기술이다. 석탄 효율을 높이는데 가장 중요한 문제는 석탄의 수분과 회분을 제거하는 것이다. 특히 석탄에 함유된 회분은 고온에서 녹아 연소기나 열교환기 표면에 쌓여 열전달이나 물질 이송 효율을 떨어뜨린다. 또한, 외부로 배출되면 환경오염을 유발하기도 한다.

정전 선별기술은 석탄입자와 회분입자를 마찰시켜 서로 다른 전하를 갖도록 한 뒤 음극·양극판 사이로 통과시켜 양전하를 띤 입자는 음극판으로, 음전하를 띤 입자는 양극판 방향으로 이동시켜 분리하는 기술이다.

▲ 정전 선별기 기본 개념도.

두 개의 컨베이어벨트 사이로 다른 전하를 띤 두 물체를 이동시킬 때, 컨베이어벨트에 반대 극성을 띠게 만들어 컨베이어 자체가 전극의 역할을 하도록 하고, 두 물체는 두 컨베이어벨트 표면에 각각 달라붙어 분리되는 구조다.

그린폴은 이 기술의 정전 분리 원리에 착안해 직접 기술을 개발하기로 하고, 고려대학교 전자·기계융합공학과의 마찰 대전 전문가인 정재화 교수를 찾아갔다.

포스코에서 제공한 특허기술에 힘입어, 정재화 교수팀과 멋진 협업을 할 수 있었다. 한달 간의 짧은 준비기간에도 산업통상자원부에서 지원하는 국책연구과제에 지원, 최종 선정되는 놀라운 성과를 냈다. 과제명은 ‘생활계 폐용기의 재활용 기술개발’ 과제로 2020년 7월부터 시작한 연구가 이렇게 눈부신 결과를 낼 수 있었던 것은 포스코그룹의 기술나눔이 있었기 때문이다.

그린폴-고려대학교-포스코의 협업으로 탄생한 플라스틱 정전 선별기

▲ 고려대학교 가속기ICT융합관에 설치된 파일럿 선별기(왼쪽)와 파쇄된 뒤 분리돼 용기에 담긴 재활용 소재들.

▲ 고전압 발생장치(왼쪽)와 정전 선별기의 제어반.

▲ 정전 선별기를 거쳐 분리된 ABS(왼쪽)와 아크릴 소재.

고려대학교와 그린폴은 포스코의 정전 선별기 개념을 발전시켜 기술 개발을 시작했다. 컨베이어벨트 방식 대신 혼합된 재활용 소재를 양 전극 사이로 자유낙하 시켜 분리하는 방식을 채택했는데, 파쇄한 재활용 소재는 1m가 넘는 전기장 영향권 사이를 낙하하며 분리돼 하단의 용기에 나눠져서 담기게 된다.

경계를 뛰어넘는 나눔의 힘,
철강산업에서 태동한 기술의 씨앗이 플라스틱 재활용 산업에서 꽃피우다

현재 고려대학교 세종캠퍼스 내 실험동에서 파일럿 설비 검증 중이며 마무리 단계에 들어섰다. 2022년 8월에는 설비를 그린폴 공장으로 옮겨 설치를 완료하고 가동에 들어갈 예정이다. 그린폴은 신규 설비 도입을 앞두고 공장 건물도 새롭게 건설했다. 포스코 기술을 바탕으로 고려대와 함께 개발한 플라스틱 정전 선별기 체계와 지금 개발 중인 철·비철금속 선별기가 갖춰지면 대한민국의 재활용률을 크게 끌어올릴 수 있는 기술적 토대와 사업 기반이 마련될 것이라 예상한다. 특히 정전식 플라스틱 선별기술을 개발해 상용화하는 것은 국내 최초다.

중소기업을 운영하면서 영업이익을 할애해 기술개발에 투자하는 것이 얼마나 어려운지 몸소 깨달았다. 그린폴의 연구 과제가 국책 과제에 선정되고, 예산을 지원받아 기술을 개발하기까지 무상으로 기술나눔을 해준 포스코가 있었다.

▲ 그린폴 공장과 사무실을 배경으로 김명기 대표가 포즈를 취하고 있다. 김명기 대표 뒤, 사진 가운데가 정전 선별기를 신설할 신축 공장이다.

아직 설비를 완벽하게 갖추지 못한 지금도 플라스틱 용기 활용이 많은 기업에서 그린폴에 협업 제안을 자주 해온다. 그린폴의 노력과 목표에 공감하는 분들이 많기 때문이라고 생각한다. 그린폴은 의미 있는 과정을 거쳐 개발한 새로운 재활용 선별기술을 이른 시일 내에 안정화시키고, 자원 재활용 저변 확대에 앞장설 것이다.

뿐만 아니라, 포스코에서 철강원료 분류를 목적으로 개발한 이 기술이 그린폴의 플라스틱 재활용분야에서도 멋지게 꽃을 피울 수 있도록 최선을 다할 계획이니 많은 관심과 기대 부탁드린다.