그래핀스퀘어, 타임지 최고의 발명품에 선정 … UM, 파일럿 공장 가동

그래핀(Graphene)은 완전 상용화가 다가오고 있다.
그래핀은 탄소 원자가 6각형 벌집 모양으로 결합해 원자 1개 두께의 얇은 막을 이룬 물질로 전기가 구리보다 100배 이상 잘 통하고 전자가 반도체에 쓰이는 실리콘(Silicone)보다 100배 이상 빠르게 이동하며 강도가 강철의 200배에 달하는 점이 특징이다.
꿈의 신소재로 불리며 신재생에너지, 배터리, 양자컴퓨터, 바이오 신약 등 다양한 분야에서 주목받고 있다.
국내 벤처기업 그래핀스퀘어는 그래핀 조리기가 미국 타임지(Time)의 2024년 최고 발명품으로 선정됨으로써 2022년 그래핀 키친스타일러, 2023년 그래핀 라디에이터에 이어 3년 연속 선정되는 성과를 거두었다.
그래핀스퀘어는 그래핀 대량합성 기술을 구현하고 상용화해 실생활에 응용하고 있으며 2023년 6월 포항블루밸리 국가산업단지에 롤투롤 그래핀 필름 및 모듈 양산공장을 착공하고 글로벌 시장 진출을 위해 노력하고 있다.
일본에서는 최근 제지용 안료 메이저 Fimatec이 캐나다 스타트업 Univesal Matter(UM)와 연계해 그래핀 사업을 추진하고 있다.
Univesal Matter는 리사이클, 바이오매스 베이스 등 다양한 탄소 원료로부터 고순도 그래핀을 생산하는 기술을 보유하고 있다.
양사는 2023년 10월 기술 협약을 체결했으며, Fimatec은 Univesal Matter가 생산하는 그래핀이 타이어·고무제품·페인트 등의 성능 개선과 장수명화, 탈탄소화에 기여하는 보강재와 첨가제로 수요가 상당할 것으로 기대하고 가공기술을 접목시켜 시장을 개척할 방침이다.
Univesal Matter는 2024년 7월 캐나다 온타리오주(Ontario)에서 하루 생산능력 1톤 파일럿 플랜트 가동을 시작했다. 2026-2027년에는 15톤 양산설비를 건설할 계획인 것으로 알려졌다.
그래핀은 플래스틱과 고무, 페인트, 콘크리트, 아스팔트 등에 배합하면 강도와 수명을 개선할 수 있으나 기능을 끌어내기 위해서는 모재의 분산성을 높이는 노력이 요구된다.
Fimatec은 수요기업이 그래핀을 쉽게 사용할 수 있도록 제지용 안료와 수지 등에 배합하는 기능성 충진재 분야에서 축적한 가공기술을 응용할 계획이다. 분쇄 및 표면처리를 통해 수지, 고무, 물 분산체 등으로 가공도를 높여 공급하는 사업을 구상하고 있다.
Univesal Matter는 기술 고문이자 소재과학 분야에서 세계적인 권위를 지닌 미국 라이스(Rice)대학의 제임스 투어 교수가 개발한 FJH(Flash Joule Heating) 기술을 바탕으로 그래핀 양산을 추진하고 있다. 
탄소 소재를 충진한 얇은 배관 양쪽을 전극으로 감싸 전압을 가하면 순간적으로 섭씨 2700도까지 가열돼 고순도 그래핀을 생산할 수 있는 것으로 알려졌다.
일반적인 그래핀 생산기술인 화학적 기상증착법(CVD), 승화법, 기계적 박리법 등은 코스트 약점이 있는 반면, FJH는 에너지 이용 효율이 높고 산업용으로 적합해 경쟁력이 우수한 그래핀을 공급할 수 있는 것으로 평가된다.
Univesal Matter는 북미에서 폐타이어 등 다양한 원료를 조달해 적극 활용할 방침이다.
특히, 리사이클 및 바이오매스 원료를 사용하면 현재 생산능력 기준 이산화탄소(CO2) 감축 효과가 자동차 50만-95만대가 배출하는 수준이 될 것으로 판단하고 있다.
또 자동차용 폐플래스틱 부품, 폐타이어 등으로 만든 그래핀을 충진재와 보강재로 재이용하면 업사이클 및 탈탄소 가치도 제고할 수 있을 것으로 기대하고 있다.
Univesal Matter는 이미 대표적인 그래핀 라인업인 Genable를 고무 마스터배치에 배합할 때 가공조건 등에 영향을 미치지 않으면서 내마모성과 인열강도가 향상됨을 확인해 전기자동차 경량화를 위한 타이어 솔루션의 가능성을 제시했다.
Fimatec은 타이어·고무·페인트·플래스틱 등에 배합하는 보강재와 첨가제, 충진재용 수요를 기대하고 그래핀 솔루션을 본격화할 계획이며 수요기업의 평가에 맞추어 일본에 가공체제를 갖출 방침이다. (윤우성 선임기자)