구리보다 100배이상 전기 잘 통하고
실리콘보다 100배이상 빠른 전자 이동
지구상 가장 강하면서 유연한 물질
고효율 태양전지 등 이용분야 다양
2030년 시장규모 600조원 예상
미국의 경영자겸 금융전문가이며, 세계적으로 '투자의 귀재'로 유명한 짐 로저스(Jim Rogers) 회장은 그동안 많은 경제전망과 예측을 해 왔다. 그런 투자에 능통한 짐 로저스 회장이 "4차 산업 혁명을 이끌 핵심 소재는 그래핀이 될 것이다"라고 하며 세계적으로 그래핀의 투자가치에 대해 권고한 바 있다. 짐 로저스는 필자와 두 번의 만남 자리에서도 그래핀에 대해 많은 설명을 했다.
'왜 짐 로저스 회장은 그래핀이라는 물질을 4차 산업혁명의 핵심이라고 보는 것인가?'라는 의문에 답하기 위해서는 그래핀이 무엇인지 알아볼 필요가 있다. 그래핀은 선사시대부터 우리 곁에 있어 왔던 물질로 2004년도 영국 맨체스터 대학의 안드레 가임(Andre Geim) 연구팀과 러시아 콘스탄틴 노보셀로프의 체르노골로브카(Chernogolovka) 마이크로일렉트로닉스 연구팀에 의해 발견되었고 6년 뒤인 2010년에 노벨물리학상을 수상하게 되었다. 이들의 그래핀 발견은 아주 간단한 실험에서 시작되었다. 연필심에 스카치테이프를 '붙였다 떼었다'하는 방식으로, 최종적으로 단일 탄소원자의 한 층을 떼어 낼 수 있었던 것이다. 연필심 입자 간의 결합력보다 스카치테이프와 연필심 사이의 접착력이 더 강하여, '붙였다 떼었다'를 반복하면서, 스카치테이프로 그래핀을 분리해낼 수 있었다. 이러한 단순한 과정을 통해 떼어낸 연필가루가 그래핀이다.
그래핀의 과학적 정의는 탄소원자들이 육각형 벌집구조로 연결되어 2차원 평면 구조를 이루는 고분자 탄소동소체이다. 그래핀이 4차 산업혁명을 이끌 물질로 주목받는 이유는 구리보다 100배 이상 전기가 잘 통하고, 반도체로 주로 쓰이는 실리콘보다 100배 이상 빠르게 전자를 이동 시킬 수 있다. 강도는 강철보다 200배 이상 강하고, 최고의 열전도성을 자랑하는 다이아몬드보다 2배 이상 높으며, 빛을 대부분 통과시키고, 놀랍게도 늘리거나 구부려도 전기적 성질이 사라지지 않는 지구상에서 현재까지 발견된 물질 중 가장 강하면서 유연한 물질이라 할 수 있다.
2014년 개발에 성공한 그래핀 방제장치는 탄소 복합체로 탄소 원자들이 벌집 모양으로 연결된 형태로 기름은 잘 흡수하나 물과는 섞이지 않는 특성을 가지고 있어, 앞서 2007년 충남 태안의 국내 최악의 유류 오염 사고에 그래핀 방제 장치가 있었더라면 효과적으로 유류를 방제 흡착할 수 있었을 것이다.
이처럼 그래핀은 방제장치 기술뿐만이 아니라 터치패널, 플렉서블 디스플레이, 고효율 태양전지, 고효율 방열 필름, 코팅재료, 초박형 스피커, 바닷물 담수화필터, 소재의 경량화, 이차전지용 전극, 초고속 충전기, 전도성플라스틱, 고강도 복합소재 등 이용분야가 너무나도 다양하다. 그래핀 시장은 매년 22%씩 성장할 것으로 예상하고 2030년에는 시장규모가 600조원에 다다를 것으로 예상한다.
이제는 그래핀 기술처럼 신소재 신제품 개발을 통해 산업 초기에 세계적 경쟁력의 확보 또는 시장을 주도할 수 있는 퍼스트 무버(first mover)형 신산업을 육성하여 대한민국의 미래 산업의 먹거리를 창출하기 위해 노력해야 한다. 미래신소재 산업에 대한 연구개발과 연구에 대한 적극적인 지원 및 관심을 통해 대한민국이 미래신소재 산업 선도국이 될 날을 기대해 본다.
/박관민 미단시티개발(주) 대표