세상에서 제일 가벼운 고체, 들어보셨나요? 바로 에어로젤입니다. 이번 ‘FOCUS ON’에서는 차세대 미래 소재로 주목받고 있는 에어로젤에 대해 자세히 알아보겠습니다.
에어로젤은 95% 이상이 기체로 구성되어 세상에서 가장 가벼운 고체라고 불립니다. 에어로젤은 머리카락 1/10,000 굵기의 이산화규소(SiO₂, 실리카)로 이루어졌는데요. 실이 얽힌 듯한 나노 구조 덕분에 자기 무게의 2,000배를 견딜 수 있고 1,000℃가 넘는 열에도 버틸 수 있어 방음과 단열에 뛰어납니다. 가볍고 강한 성질로 극한의 환경에서 견딜 수 있어 우주선과 우주복, 방한복에 쓰이며 요즘은 EV 배터리 열차단 소재로 수요가 점점 늘고 있습니다.
에어로젤(Aerogel)은 공기를 뜻하는 ‘에어로(Aero)’와 고체화된 액체를 의미하는 ‘젤(Gel)’의 합성어입니다. 에어로젤을 만들기 위해서는 산소와 규소가 결합한 이산화규소(SiO₂, 실리카) 젤을 만들어야 합니다.
이렇게 만들어진 젤은 우리가 쉽게 접할 수 있는 젤리와 비슷합니다. 젤은 젤리처럼 고체 형태를 띠고 있지만 속은 액체 성분으로 이루어졌습니다. 이 액체를 제거하기 위해서는 ‘초임계 건조(Supercritical Drying)’ 방법이 필요한데요. 초임계 건조는 계면장력*이 거의 제로(0)에 가까워서 증발이나 기타 건조 기술과 달리 구조의 손상 없이 액체를 제거해야 할 때 쓰입니다.
*계면장력 : 물질이 가지는 3가지 상태 중에서 서로 다른 2가지 상태의 물질이 서로 만났을 때의 경계면의 넓이를 감소시키려고 하는 일반적인 힘
액체(용매)가 포함된 젤을 압력용기에 넣고 고온, 고압 상태의 초임계* 이산화탄소를 흘려주면 젤 내부의 액체(용매)가 이산화탄소로 치환되고 다시 서서히 압력을 낮추어 주면 이산화탄소가 기체 상태로 날아가고 대기 중 공기가 유입되어 기공이 95% 이상인 다공성 에어로젤이 만들어집니다.
*초임계 : 액체와 기체가 구분되는 임계점 이상의 온도 및 압력에서 존재하는 물질의 상태
LG화학이 자체 기술로 개발한 에어로젤은 고온/저온 산업용 단열재(Aerogel Blanket)와 배터리 열차단 소재(Thermal Barrier)가 있습니다. 이렇게 개발된 에어로젤은 산업 현장의 배관 및 설비의 단열재로 사용해 열 손실을 최소화하고 배터리 열폭주를 차단하는 데 쓰입니다.
LG화학은 2024년까지 총 3,100억 원을 투자해 충청남도 당진시 석문국가산업단지에 국내 최초로 초임계 열분해 공장과 에어로젤 공장을 건설할 예정으로 석문국가산업단지 내 면적 약 24만㎡ 부지(약 7만 2천 평, 축구장 32개 크기)로 친환경 미래 사업을 키워 나갈 계획입니다. (관련 콘텐츠 보러 가기)
에어로젤은 친환경 에너지(액화수소) 수송∙보관 및 열 차단 등의 수요로 연평균 30% 이상의 시장 성장이 예상되는데요. 산업용(우주, 모빌리티, 에너지, 배터리 등) 단열재 수요 증가에 따른 시장 확대가 기대되는 차세대 소재입니다. LG화학은 충청남도 당진시에 자리 잡을 에어로젤 공장으로 친환경 소재 분야의 글로벌 메카로 나아갈 계획이며 지속가능한 발전과 탄소중립 목표를 달성하는데 앞장서겠습니다!
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