꿈의 소재 '그래핀' 한국의 예상밖 발표에 세계가 주목

제2 반도체라 불리는 꿈의 소재 '그래핀' 상용화가 속속 이뤄지며 한국 경제에 파랑불이 켜지고 있습니다

 

핵융합 기술에 이어서 또한번 한국의 연구진과 산업계가 세계를 놀라게 하고 있습니다
'그래핀'이란 연필심에 사용되어 친숙한 흑연은 탄소들이 벌집 모양의 육각형 그물처럼 배열된 평면들이 층으로 쌓여있는 구조인데 이 흑연의 한 층을 '그래핀(Graphene)' 이라고 부르고 있습니다 탄소원자가 구형이기 때문에 뭉치면 '플러린', 원기둥 모양으로 말리면 '탄소나노튜브', 펼치면 '그래핀'이라고 부르는 것입니다

미래 투자의 귀재로 세계적으로 유명한 짐 로저스 회장은  "그래핀 산업 선도국은 영국도 중국도 아닌 한국이다"라고 말했습니다 그는 "머잖은 미래에 그래핀은 인터넷보다 인류에게 더 중요한요소가 될 것"이라고 공언했습니다

그래핀은 0.2nm(나노미터) 두께로 물리적으로 화학적으로 안정성이 매우 높습니다 그럼에도 강철보다도 200배 강하고 구리보다도 100배 이상 전류가 잘 통하고 반도체로 주로 쓰이는 실리콘 보다 140배 이상 전자의 이동성이 빠릅니다 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드 보다 2배 이상 열전도성이 높으며 빛을 98% 통과시킬 정도로 투명하고 신축성이 뛰어납니다 예를 들어 플라스틱에 0.1%의 그래핀을 투입하면 내열성이 30% 향상되고 1%를 섞으면 전기가 통하는 플라스틱을 만들어 낼 수가 있습니다 이러한 그래핀의 활용 분야는 매우 다양합니다 높은 전기적 특성을 활용한 초고속 반도체, 투명 전극을 활용한 휘는 디스플레이, 고효율 태양전지, 신발소재 등등 무궁무진합니다 

이처럼 실리콘 반도체를 대체할 수 있는 유력 소재로 손꼽힐 정도로 놀라운 꿈의 소재 그래핀이 처음 발견된 것은 16년 전 일이었습니다 지난 2004년 영국 맨체스터대학의 안드레이 가임 교수와 콘스탄틴 노보셀로프 박사는 흑연에서 그래핀을 분리해 내는데 성공했던 것입니다 오랫동안 영국 맨체스터대학에서 함께 신소재 연구에 매진해 왔던 러시아 태생의 두 사람은 2010년 노벨 물리학상을 수상했습니다

매체들은 20세기 과학기술과 산업의 원동력이 '석유'였다면 21세기 가장 강력한 파워를 가지게 될 소재는 '그래핀'이라고 말하기도 합니다 이때문에 전세계 각 국에서는 '그래핀' 소재의 광범위한 특성을 파악하고 다양한 영역의 개발에 뛰어들었습니다 종주국 영국은 물론이고 특히 중국은 막대한 예산을 쏟아부었고 우리나라 또한 이 대열에 뛰어들었습니다 중국 정부는 2015년 발표한 첨단기술 육성책에서 중국 내 시장 규모만 2020년 1조7000억대에서 5년후 2025년 약 17조원 성장을 전망했습니다

 
그러나 그래핀이 발견된 지 올해로 16년째 모든 산업을 뒤집어 놓을 것으로 기대를 모았지만 아직도 본격적인 상용화단계로 넘어가지 못하고 있었습니다 그런데 여기서 한국이 세계 여러 나라들과 경쟁하며 놀라운 성과를 내고 있습니다 한국이 현재 세계가 인정하는 최정상급 그래핀 기술을 가지게 됐다는 것입니다 짐 로저스는 한반도는 자원은 물론 대량생산 능력도 갖추고 있다고 강조했습니다 

지난 5월19일 한국화학연구원은 국내 엘브스지켐텍과 함께 그래핀을 세계 처음으로 올해 안에 양산하게 됐다고 발표했습니다  전 세계에서 지난 10년 간 뚜렷한 대량생산 연구성과가 없는 가운데 본 연구팀은 '차세대 전기화학 박리공정'을 적용해 1시간만에 고품질의 '그래핀' 생산을 이뤄냈습니다 특히 엘브스지켐텍 측은 국내 흑연광산의 채굴권을 확보해 올해부터 그래핀의 원료인 흑연 채굴에 들어가 중국수입 대신 저렴하게 공급할 수 있게 됐습니다 대량생산되는 그래핀은 우선 스마트폰, 디스플레이, 2차전지의 부품 재료로 쓰일 예정이라고 합니다

또한 한국과학기술연구원(KIST)은 인공번개의 일종인 '아크방전'을 이용해서 그래핀을 대량 생산하는 기술을 개발했습니다 그래핀은 기계적 물성이 우수하고 에너지 저장능력도 기존 탄소전극보다 약 3배 높기 때문에 '초고용량 축전지(슈퍼커패시터)' 용량증가에 크게 기여하게 됐습니다

국내에서는 이같은 기술들을 이용해서 그래핀을 활용한 전기차 배터리를 개발하고 있다고 전해지고 있습니다
삼성전자 종합기술원은 이미 2017년부터 기존 리튬이온전지 보다 충전 용량을 45% 높이고 충전속도를 5배이상 빠르게 하는 배터리 소재 '그래핀 볼'을 개발했습니다 고속 충전을 이용해 기존 1시간 걸리던 충전시간을 12분으로 단축하면서도 단점이었던 섭시 60도까지 고온 안전성을 갖춰 전기자동차에 적용할 것으로 보입니다

리튬이온전지는 1991년 최초로 상용화된 이후 전 세계 모바일기기와 전기차 등에 널리 활용됐지만 최근 세계 전기차 제조기업들은 리튬이온전지의 용량의 한계와 오랜 충전시간 등 혁신이 필요한 시점입니다 최근 현대기아자동차는 전 세계 전기차 판매 순위가 지속적으로 상승하며 사상 처음으로 2위로 올라섰다는 보도가 이어지고 있습니다

친환경시대를 맞아 유럽, 중국, 미국의 자동차 시장은 코로나 사태로 더욱 확고히 저탄소, 재생에너지에 대한 필요성과 완전한 변화가 요구되는 상황입니다 한국의 자동차산업은 자체 배터리산업 경쟁력이 더해져 향후 10년 내 세계 1위 수성도 가능할 것이라는 낙관적인 전망도 제기되고 있습니다 2016년 한국의 <스탠다드그래핀>에 투자하고 고문으로 있는 짐로저스는 아직 잭팟을 터뜨린 곳은 없다며 한국이 세계의 리더가 될 것이라고 말했습니다

스탠다드그래핀 대표와 짐로저스 회장

스탠다드그래핀은 전 세계 최초로 수처리 기술에 대한 NSF인증도 취득했습니다 취득한 인증은 NSF42와 NSF61 2종입니다NSF42는 가정용 정수기 소재로 사용할 경우이고 NSF61은 정수처리장 등 식수시설의 수처리 소재로 사용할 경우 인체에 해가 없다는 검증기술입니다 NSF(National Sanitation Foundation)는 세계보건기구(WHO)에서 공식 지정한 정수 및 식수 공인 인증기관입니다 까만 잉크가 섞인 물이 신소재 슈퍼그래파이트 필터를 지나자 순식간에 깨끗한 물로 바뀌었습니다 천연비누에 그래핀 기술을 적용하니 강도도 세지고 미백과 탈취 등의 기능도 향상되었습니다

스탠다드그래핀사는 자사가 만든 그래핀 소재를 미국 국제화장품원료집(ICID)에 '그래핀'이라는 이름으로 등재하는 데도 성공했다고 밝혔습니다 ICID는 전 세계 화장품 원료 선택의 기준이 되는 주요 지표입니다 해당사는 이번 등재를 통해 그래핀이 화장품 재료로 새롭게 전 세계에 조명되면서 화장품과 마스크 제품 개발에 스탠다드그래핀의 제품이 폭넓게 사용될 것이라며 지속적으로 그래핀 제조기술연구와 응용분야 활용방안을 모색할 것이라고 말했습니다

세계1위 자동차기업 테슬사 회장

일부 매체에서는 현재 세계 1위인 테슬라가 그래핀으로 인해서 망할 수 있다 개발 경쟁력에서 빠르게 뒤쳐질 것이다 라는 소식도 전하고 있습니다  테슬라는 지금 어느때 보다도 리튬이온 배터리에 회사의 역량을 올인했기 때문에 경쟁사들이 그래핀 배터리 전기차를 양산화한다면 밀릴수 밖에 없다는 것입니다 그러나 종합적인 기술합력체인 자동차 산업에 있어서 발빠른 테슬라는 한국에
먼저 그래핀 기술제휴 혹은 투자의사 등을 타진할 가능성도 전망될 수 있습니다

현재 한국의 '그래핀'은 어느 나라보다도 활발한 응용 연구개발이 이뤄지고 있으며 특히 제2의 반도체 가능성 또한 개발속도와 양산측면에서 선두를 달리고 있습니다 세계를 깜짝 놀라게 했던 한국의 핵융합기술력과 함께 반세기 한국의 국가경제를 받쳐주었던 반도체 처럼 꿈의 소재 한국산 '그래핀'의 미래가 기대되고 있습니다