[화공생물공학 종합설계] CNT 대량생산 공정의 타당성 분석

1. CNT 대량생산 공정 개요

탄소나노튜브(CNT)는 뛰어난 전기전도성, 열전도성, 강도 및 유연성을 갖춘 나노물질로서 다양한 분야에 활용 가능하기 때문에 그 대량생산이 중요한 연구 주제이다. CNT의 대량생산 공정은 크게 화학기상증착(Chemical Vapor Deposition, CVD), 아크방전법, 용액법 및 레이저 소멸법으로 나눌 수 있다. 이 중에서도 가장 널리 사용되는 방법은 CVD 방법이며, 이 방법은 높은 수율과 우수한 품질의 CNT 생산이 가능하여 상업적으로도 적합하다. CVD 공정은 실리카 또는 탄소 섬유 촉매 위에 가스상 전구체인 메탄(CH4), 에틸렌(C2H4), 아세틸렌(C2H2) 등의 탄소원과 불활성 기체(주로 질소 또는 수소)를 혼합하여 고온에서 촉매 표면에 가열하는 방식이다. 반응 조건은 대개 700~1000도씨 범위이며, 촉매는 주로 철, 코발트, 니켈 등이 사용된다. 이러한 조건 하에서 가스 내의 탄소 성분들이 촉매 표면에서 흡착·확장되며, 나노 크기의 튜브 형태로 성장한다. 글로벌 시장 조사에 따르면, 2022년 기준 CNT 시장은 약 7억 달러 규모이며, 연평균 성장률이 12% 이상으로 예상돼 점차 수요가 증가하고 있다. 생산량으로는 세계 최대 생산국인…