항공우주산업은 뛰어난 경량 특성을 활용하기 위해 탄소섬유를 채택한 최초의 산업 중 하나입니다. 석유·가스 산업에서 탄소섬유는 파이프라인과 케이싱의 보강에 사용되어, 부식을 줄이고 비용이 많이 드는 교체에 따른 환경적 영향을 저감합니다. 스포츠 장비 및 악기와 같은 제품을 생산하는 레크리에이션 산업은 전통적 목재 및 기타 소재에 대한 보다 안정적인 경량 대체품으로 탄소섬유를 채택한 반면, 고급 자동차 및 모터스포츠에서는 차량을 더 가볍고 안전하며 연료 효율적으로 만들기 위해 탄소섬유를 사용합니다.
그러나 탄소섬유 제조 공정은 어렵고 상대적으로 고비용이며, 일부 매스마켓 부문에서는 채택이 더딘 상황입니다. 따라서 탄소섬유의 생산 비용을 낮추면, 탄소섬유를 일반 승용차와 같은 비고급 산업 및 다양한 청정 에너지 응용분야에 적용 가능한 솔루션으로 활용할 수 있습니다. 여러 기술 제공업체의 지속적인 새로운 저비용 탄소섬유 복합소재 제품 도입 노력과 더불어, 아람코는 연구 이니셔티브를 통해 탄소섬유 소재의 고비용 문제를 해결하기 위해 노력하고 있습니다.
아람코의 활동
탄소섬유 생산에 많은 비용이 드는 주된 이유는 생산 과정에서 엄청난 양의 에너지가 소모되기 때문입니다. 현재 탄소섬유 정제를 위해서는 용광로 온도가 2,730°F (1,500°C)에 도달해야 합니다.
탄소섬유 또는 탄소섬유 기반 제품을 보다 저렴하게 생산한다면, 아람코는 이들 상품에 대한 새로운 시장을 창출하고 개발을 지원하는 주된 동력이 될 수 있는 기회를 갖게 됩니다.
아람코는 특정 등급의 탄소섬유 제조 비용을 50% 낮추는 것을 목표로 하여, 다수의 파트너와 협력하여 탄소섬유 생산에 필요한 에너지 소비를 저감하고 있습니다. 이러한 목표가 달성된다면, 고급 시장 외에서도 탄소섬유 채택을 가속화할 수 있습니다.
아람코는 또한 매스마켓 응용분야에서 폴리머 기반 기술에 대한 수요를 증가시키기 위해 독일 섬유기술연구소 (Institute of Textile Technology)와 협력하여, 비용 효율적인 탄소섬유를 시장에 출시하는 또 다른 방법을 모색하고 있습니다.
아람코 운영에서 탄소섬유는 어떻게 사용되는가?
아람코는 2017년부터 탄소섬유 기반 복합소재를 사용하고 있습니다. 이제 이러한 소재는 파이프라인과 다운홀 케이싱 수리를 포함하여 회사 운영 전반에서 다수의 응용분야에 사용되고 있습니다.
열가소성 복합 파이프
배관 시스템의 일종인 정두 라이저 (wellhead riser)는 새로 시추된 유정에서 적시에 석유를 확보하기 위해 중요하지만, 리그를 현장에서 제거한 후 설치되기 때문에 조립 시간이 길어지는 경우가 많습니다. 2018년에 아람코는 열가소성 복합 파이프 (TCP)라는 탄소섬유 강화 접착식 비금속 파이프를 정두 라이저로 배치했습니다. TCP는 전통적 비금속 복합소재 파이프 또는 기존 강철 기반 파이프라인보다 더 고압을 견딜 수 있습니다. 또한 개선된 유연성 및 단열성을 제공하며, 투과성과 이산화탄소 및 황화수소의 영향에 대한 높은 저항성을 제공합니다.
부식 방지
표면 파이프라인이나 다운홀 케이싱에 대한 금속 부식의 영향을 제어하기 위해서는 많은 비용이 소요될 수 있습니다. 아람코는 2018년 부식으로 인한 표면 케이싱의 구조적 무결성을 복구하고 복원하기 위한 수리를 진행하기 위해 탄소섬유를 사용하기 시작했습니다.
강화 열경화성 수지
비전도성 비금속 파이프를 통해 디젤 및 석유와 같은 정제된 제품을 수송하면, 파이프 연장을 따라 분산될 수 없는 정전기 축적이 발생할 수 있습니다. 아람코는 2020년에 탄소섬유가 내장된 강화 열경화성 수지 (RTR) 파이프를 시범 적용했으며, 이 파이프는 성공적으로 전하 축적을 줄이고 전반적인 시스템 무결성을 개선했습니다.
미래를 바라보다: 사우디아라비아 내 탄소섬유 생산 증대
석유화학 분야의 글로벌 선도사가 되기 위한 다운스트림 전략의 일환으로 아람코는 아미랄 (Amiral) 프로젝트에서 토탈 및 화학회사 이네오스와 협력하고 있습니다. 이 프로젝트를 통해 이네오스가 아라비아만 주바일에 건설 중인 신규 플랜트에 프로필렌이 공급될 것입니다. 프로필렌은 아크릴로니트릴의 제조에 사용됩니다. 아크릴로니트릴은 가장 일반적으로 사용되는 탄소섬유 원료인 PAN을 비롯한 많은 플라스틱의 필수 구성요소입니다. 이네오스의 아크릴로니트릴 제품은 더 낮은 비용으로 PAN을 생산할 수 있도록 해 주며, 이를 통해 결과적으로 탄소섬유의 생산 비용이 감소할 것입니다.
아람코 탄소섬유제조 투자팀은 사우디아라비아에서 탄소섬유 소재가 갖는 중요성을 인식하고, 현재 사우디아라비아 내 산업투자프로그램 (아람코 나맛)을 통해 탄소섬유 제조 시설 설립을 위해 잠재적 국제 파트너들과 협력하고 있습니다. 탄소섬유 활용을 통해 다수 산업 분야에 걸쳐 비금속 제품의 보급을 확대 및 가속화하고, 동시에 여러 기술적 도전과제를 해결하며 현지화 및 일자리 창출을 지원할 것입니다.
