90% 수입 건식진공펌프… "2배 성능 국산제품 개발 박차" ['경제안보' 과학기술이 지킨다]

<3> 스마트펌프 첨단소재 연구단
반도체 등 여러 분야 제조과정 사용
현재 日제품 등 7000RPM 최고 속도
1만5000RPM 속도·소형화 개발 목표
주요 소재 베어링도 국산화 연구 중

강상우 한국표준과학연구원 스마트펌프 첨단소재 연구단장(오른쪽)과 라인텍 박종호 대표가 건식 진공펌프에 들어가는 베어링과 부품에 대해 논의하고 있다. 사진=김만기 기자

"첨단 산업에 사용하는 건식 진공펌프는 수입 비중이 90%가 넘고 그것도 절반을 일본에서 수입해 온다. 우리가 성능을 2배로 끌어올리면서도 소형화로 개발해 시장에 내놓겠다."

스마트펌프 첨단소재 연구단을 이끌고 있는 한국표준과학연구원 강상우 단장은 5일 대전 읍내동에 위치한 라인텍의 연구현장에서 이같이 밝혔다. 스마트펌프 첨단소재 연구단은 반도체 공정에 사용하는 고성능 건식 진공펌프와 펌프에 들어가는 소재, 부품 연구개발(R&D)이 한창이다.

과학기술정보통신부는 과학기술로 경제안보를 강화하기 위해 지난해부터 '소재혁신선도프로젝트' 연구단을 가동했다.

총 17개의 연구단은 각각의 핵심 소재와 부품을 국산화하고 미래 소재시장을 선점할 수 있는 R&D사업을 진행하고 있다.

■베어링부터 진공펌프까지 국산화

진공펌프는 회전과 직선왕복운동을 하면서 공기를 빼낸다. 이때 마찰을 감소하기 위해 윤활제를 쓰면 오일 진공펌프, 소재를 강화해 윤활제를 쓰지 않으면 건식 진공펌프다.

건식 진공펌프는 디스플레이, LED 및 태양 전지를 비롯해 의약품, 식품, 안경, 형광등 등 여러 분야의 제조과정에 사용하고 있다.

예를 들어 진공펌프를 이용해 형광등 내부 공기를 완전히 뽑아내고 수은과 아르곤 가스를 집어 넣는다. 이 물질이나 공기가 들어가면 형광등이 까맣게 변하면서 수명이 짧아져 진공펌프의 성능이 중요한 이유다.

소형 스마트 건식진공펌프 개발을 담당하고 있는 라인택 김용태 연구소장은 "현재 진공펌프 속도는 일본제품을 비롯해 7000RPM이 최고인데 우리는 1만5000RPM으로 만들 것"이라고 말했다. 김용태 연구소장은 진공펌프 분야에서 40년 넘게 일해 온 장인이다. 김 연구소장은 일본제품을 뛰어넘는 펌프개발이 목표다.

진공펌프 시장은 2020년 45억달러 규모에서 연평균 6% 성장해 2025년에는 70억달러에 달할 것으로 전망된다. 진공펌프 시스템 시장은 일본, 독일, 프랑스, 미국 등이 원천기술에 대한 특허를 보유하고 있어 약 90%에 달하는 시장을 선점하고 있으며, 우리나라는 약 50% 정도가 일본에서 수입해오고 있다.

고속으로 회전하는 펌프가 고장없이 작동하기 위해서는 베어링의 내구성이 가장 중요하다. 고성능 펌프에 들어가는 베어링도 아직 소재 자체를 국산화하지 못해 베어링 또한 개발중이다.

베어링 시장은 2014년 793억달러 규모에서 연평균 7.5% 성장하면서 2022년 1400억달러로 예측되고 있다. 관세청 통계자료에 따르면 베어링 대일의존도는 33%, 베어링용 특수금속은 약 70%다.

■개발부터 제품 인증까지 가능

연구단은 우선 내년까지 재료연구원이 보유한 소재기술로 외국산 제품과 성능이 동등한 진공펌프를 개발한 뒤, 2024년까지 완전히 새로운 개념의 건식 진공펌프를 개발할 계획이다.

이 연구단의 가장 큰 매력은 국내외 기업들이 인정하는 제품성능 측정이다. 표준과학연구원은 그동안 펌프 성능을 평가하고 측정하는 데이터가 축적돼 있어 해외기업들도 연구원의 평가를 신뢰한다.

표준과학연구원 임종연 박사는 "우리연구원이 성능을 평가해 인정해주면 국내 뿐만아니라 해외에서도 인정을 받을 수 있어 수출에 도움될 것"이라고 설명했다.

연구단의 1세부 과제는 한국재료연구원이 동의대와 디에티신소재와 함께 신소재를 개발한다. 소형 건식 진공펌프는 소재의 특성과 질에 따라 시스템이 완전히 바뀌기 때문에 소재 개발이 우선이다.

2세부 과제를 담당한 표준과학연구원은 1세부에서 개발한 신소재로 아이브이티와 함께 부품을 만들고 성능을 평가한다. 3세부 과제에서는 라인텍이 군산대, 진흥주물과 함께 건식 진공펌프를 만들고, 기계연구원이 첨단 센서를 장착해 디지털트윈이 가능하도록 개발한다.

진공펌프가 완성되면 최종적으로 표준과학연구원이 성능을 평가해 인증하는 순서로 R&D가 진행된다.

[e-mail] 김만기 기자