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현대로템 창원공장 가보니
터키·인도·말레이시아…
14개 프로젝트 동시 진행
수주 납기 맞추려 강행군
1분기 수주잔액 7조7천억
수소전기열차 개발도 한창
내년에 수소트램 선보여
현대로템 창원공장에서 최고 시속 260㎞로 달릴 수 있는 동력분산형 고속철인 EMU-250이 의장(조립) 작업을 받기 위해 대기하고 있다. [사진 제공 = 현대로템] "이곳에서 만든 열차는 그 도시에 가면 역사가 됩니다. 우리는 지금 이 순간에도 전 세계 수많은 도시의 역사를 새로 만들고 있습니다."
지난 12일 현대로템 창원공장을 방문했을 때 33만㎡(약 10만평) 규모의 공장 곳곳에서 14개 프로젝트가 숨 가쁘게 돌아가고 있었다. 도시를 달리는 전동차와 트램, 도시와 도시를 연결하는 고속철도와 기관차를 만드는 프로젝트다. 현대로템이 마산항에서 배에 실어 보내면 이 열차들은 한 국가나 도시의 새로운 역사가 된다.
김재수 현대로템 창원공장 철차공장장(상무)은 "지금까지 37개국 도시에 열차 4만2982량을 공급하며 새 역사를 만드는 한 축을 담당해왔다"며 "높은 품질, 맞춤형 제작, 짧은 공기 등이 현대로템만이 지닌 경쟁력"이라고 설명했다.
열차를 만드는 공정은 크게 '차체·도장·의장·대차·시운전' 등 5단계로 나뉜다. 이에 따라 현대로템 창원공장도 차체 공장, 도장 공장, 의장 공장, 대차 공장, 시운전 구간 등으로 구역이 나뉘어 있다. 전체적으로 자동차 생산 공정과 비슷한 단계를 거치지만 내용은 전혀 다르다. 자동차 공정은 소품종 대량 생산에 적합하지만 열차 공정은 주문하는 국가·도시마다 사양이 다르기 때문에 다품종 소량 생산에 맞게 설계됐다.
실제로 이날 가장 먼저 방문한 차체1공장에서는 2012년 수주한 홍콩 전동차 333량 중 283호차 차체가 제작되고 있었다. 맞은편에는 말레이시아 쿠알라룸푸르 2호선에 투입될 전동차 용접 작업이 한창이었다. 안쪽으로 발걸음을 옮기니 광주와 부산을 잇는 경전선에 투입될 준고속철 EMU-250을 작업자들이 360도로 회전시키며 용접 작업을 하고 있었다.
차체 공장을 지나 도장 공장으로 이동했다. 도장 공장에서는 마침 EMU-250 도장 작업이 한창이었다. EMU-250은 최고 시속 260㎞로 현대로템이 국내에선 처음 개발한 동력분산식 고속철이다. 현대로템은 2016년 코레일에서 EMU-250을 114량 수주하며 글로벌 규모가 확대되고 있는 동력분산식 고속철 시장에 첫발을 내디뎠다. 김 상무는 "KTX-산천, SRT는 동력장치가 열차의 맨 앞 칸과 뒤 칸에 집중되지만 EMU-250은 각 열차 하부에 동력장치를 분산 배치한다"며 "동력분산식은 가·감속 성능이 뛰어나고 동력장치용 열차가 필요하지 않아 모든 차량을 객실로 구성하기 때문에 더 많은 승객을 수송할 수 있다"고 설명했다.
EMU-250의 기본 도장 작업은 7축 로봇이 맡았다. 지난해 8월부터 도입한 새로운 자동화 시스템이다. 현대로템 관계자는 "로봇이 움직이면서 기본 바탕색을 도장하기 때문에 품질이 크게 향상됐고 비용도 30%가량 절감됐다"고 말했다. 자동차 도장 작업은 로봇이 고정된 상태에서 차체가 이동하지만 열차는 1량 크기가 20m를 넘을 정도로 크고 길기 때문에 로봇이 이동하면서 색을 칠하는 게 특징이다.
의장 공장에서는 EMU-250에 바퀴와 모터를 달고 시트를 장착하는 작업이 이뤄지고 있었다. 의장 작업이 마무리된 EMU-250 안을 둘러보니 모든 좌석에 휴대전화를 무선으로 충전할 수 있는 장치가 설치된 것이 눈에 띄었다. 객실 2개에서 나눠 쓰던 무선인터넷도 객실 하나에 2개를 설치해 사용 편의성을 높였다. 올해 초 나렌드라 모디 인도 총리가 시승하며 현대로템의 기술력을 극찬해 화제가 된 인도 무인전동차도 의장 공장에서 대기하고 있었다.
현대로템은 기관사 없이 운행할 수 있는 무인열차 시장에서 세계 5위권 점유율을 기록하고 있다. 캐나다 밴쿠버 전동차 40량을 시작으로 브라질 상파울루 4호선 전동차 174량, 홍콩 SCL 전동차 333량, 터키 이스탄불 전동차 300량 등 국내외에서 무인운전차량을 2000량 이상 수주했다. 이날 창원공장에서 직접 눈으로 확인할 수는 없었지만 현대로템은 현대자동차와 함께 수소전기열차를 개발하고 있다. 우선 도심에서 운영되는 트램부터 시작할 예정이다. 수소전기트램이다.
김 상무는 "수소전기트램은 1회 충전으로 200㎞ 이상 운행할 수 있어 해외는 물론 국내 지방자치단체에서 추진하고 있는 트램 노선의 본선·지선 운행에 투입될 수 있을 것"이라며 "내년에 처음 선보일 계획"이라고 밝혔다.
품질·기술 경쟁력을 앞세운 현대로템 철도 사업의 수주 잔액은 지난 1분기를 기준으로 7조7150억원에 이른다. 2015년 말 5조3900억원에서 2조3000억원 이상 증가했다.
[창원 = 문지웅 기자]
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[머니투데이 류준영 기자] [분당 12㎜ 씩 초고속 성장…그래핀 성장속도 최고기록 갱신 ]
연구진이 개발한 초고속 성장기술의 모식도
연구진은 2차원 그래핀 성장에 불소를 국소적으로 주입하는 방식의 초고속 대면적 성장기법을 개발했다. 금속불화불과 구리 박막 사이 좁은 틈에 갇힌 불소(F)는 메탄가스(CH4)를 더 쉽게 분해되는 형태의 기체로 변환시키고, 이 때문에 그래핀은 원료인 탄소를 쉽게 얻어 더 빠르게 성장할 수 있다/자료=IBS기초과학연구원(IBS)이 주도하는 국제공동연구진이 그래핀을 기존보다 빠르게 성장시키는 방법을 개발했다.
IBS 다차원탄소재료연구단 펑딩(Feng Ding) 그룹리더(UNIST 특훈교수)팀은 중국 연구진과의 공동연구를 통해 불소(F)를 주입해 기존보다 3배 빠른 속도로 그래핀을 성장시키는 데 성공했다고 16일 밝혔다. 이는 지금까지 학계에 보고된 최고 속도다.
원자 두께의 2차원 소재는 얇고 잘 휘면서도 단단한 특성을 지녀 차세대 반도체 소재로 각광받고 있다. 하지만 상용화가 가능할 정도로 크게 만드는 것이 난제다. 대면적 제작에 성공한 물질 자체가 드문데다 대면적화에 성공하더라도 긴 제조시간으로 인해 사실상 상용화가 어려웠다.
시간에 따른 그래핀의 크기 변화
시간에 따른 그래핀 크기의 성장을 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지. 성장 2초 뒤(a)에 비해 5초 뒤의 크기가 확연히 커졌음을 확인할 수 있다. 그래핀은 초당 200㎛ 이상의 속도로 빠르게 성장한다/자료=IBS물성이 우수한 2차원 소재를 활용하기 위해서는 제조시간 단축이 급선무인 것. 지금까지는 원료물질을 바꾸거나 온도를 조절하는 등 제조환경 자체를 바꾸는 방법이 시도됐다. 하지만 이 방식으로는 그래핀의 성장을 완전히 제어할 수 없어 근본적인 해결책이 필요했다.
공동연구진은 그 해결책으로 ‘불소’에 주목했다. 전기음성도가 높아 반응성이 좋은 불소를 합성 과정에 적용하면 2차원 소재의 빠른 합성에 유리할 것으로 예상했다. 전기음성도는 원자나 분자가 화학 결합을 할 때 다른 전자를 끌어들이는 능력을 말한다.
하지만 불소기체를 곧바로 주입할 경우 반응성이 큰 불소가 다른 물질과 결합해 독성물질을 생성할 위험이 있다. 이 때문에 연구진은 공간적으로 제한된 부분에서만 국소적으로 불소를 활용하는 방법을 고안했다.
연구진은 우선 대표적인 2차원 도체물질인 그래핀 성장에 불소를 적용했다. 일반적으로 그래핀 성장에는 화학기상증착(CVD)법이 쓰인다. 이는 금속기판 표면에 메탄가스(CH4)를 주입, 메탄 속 탄소(C) 원자가 금속기판에 흡착하는 식으로 그래핀을 형성하는 방식이다.
연구진은 금속기판으로 불소를 함유한 금속불화물(MF2)을 사용하고, 이 위에 얇은 구리(Cu) 필름을 올린 형태의 기판을 제작했다. 그리고 온도를 높여 불소가 금속불화물로부터 방출되게 했다.
불소는 금속불화물과 구리 필름 사이 10~20㎛(마이크로미터‧1㎛는 100만 분의 1m)의 매우 좁은 공간에서만 머물게 된다. 불소가 다른 물질과 반응하지 않도록 일종의 장벽을 세워 가둔 것. 이 틈 속에서 불소로 인해 메탄가스는 더 분해가 쉬운 형태의 기체(CH3F, CH2F2)로 바뀌고, 최종적으로 그래핀은 더 손쉽게 원료인 탄소를 얻어 더 빠르게 성장할 수 있다.
공동 제1저자인 루 치우(Li Qui) IBS 다차원 탄소재료 연구단 연구원(UNIST 박사과정생)은 “메탄분자와 불소가 반응해 생긴 기체들은 더 쉽게 분해되고, 이로 인해 탄소 공급이 가속화돼 더 빠르게 그래핀을 성장시킬 수 있는 것”이라고 설명했다.
새로 개발된 기술은 그래핀을 분당 12㎜의 속도로 빠르게 성장시켰다. 이는 지금까지 보고된 그래핀 성장 최고 속도였던 분당 3.6㎜ 보다 3배 이상 빠른 속도다. 가령 기존에 면적 10㎠ 그래핀 제조에 10분이 소요됐다면, 개발된 기술로는 이 시간을 3분 정도로 단축할 수 있는 셈이다.
[사진1] 펑딩 IBS 다차원 탄소재료 연구단 그룹리더(UNIST 특훈교수)/사진=IBS연구진은 이 기술을 대표적인 2차원 부도체 물질인 육방정계 질화붕소(h-BN)와 반도체 물질인 텅스텐이황화물(WS2) 성장에도 적용했다. 그 결과, 그래핀과 마찬가지로 주입된 불소가 성장속도를 크게 단축함을 확인했다. 불소가 다양한 2차원 소재들의 성장속도를 가속하는 상용화의 열쇠임을 증명한 것이다.
펑딩 그룹리더는 “2차원 물질의 성장과정에서 불소를 국소적으로 주입하는 간단한 방식으로 상용화의 걸림돌이 되던 성장속도 문제를 해결했다”며 “불소와 같은 반응성이 좋은 물질들로 다양한 2차원 물질을 더 향상된 속도로 합성할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 케미스트리’에 게재됐다.
류준영 기자 joon@
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