강철보다 200배 강하고 구리보다 100배 빠른 꿈의 신소재 그래핀! 전 세계가 실패한 대량 양산 기술을 포항의 한 벤처기업이 최초로 성공한 비결과 일상을 바꿀 적용 사례를 풀어봅니다.
혹시 꿈의 신소재 그래핀(Graphene)이라는 물질에 대해 들어보셨나요?
공상과학 영화에서나 나올 법한 스펙 때문에 ‘꿈의 신소재’라는 별명이 붙은 녀석인데요. 그런데, 이 꿈이 실험실을 벗어나 드디어 대량 생산의 현실이 되었다는 충격적인 소식이 들려왔습니다.
그것도 전 세계 강대국들이 수백억 달러를 쏟아붓고도 실패했던 일을, 바로 대한민국 포항의 한 토종 벤처기업이 해냈습니다!
오늘은 이 놀라운 ‘K-그래핀 혁명’의 주인공과 기술, 그리고 이 소재가 우리 일상을 어떻게 바꿀지 쉽고 재미있게 파헤쳐 보겠습니다.
그래핀, 대체 뭐길래 전 세계가 열광할까요?
그래핀은 탄소 원자들이 벌집 모양으로 연결되어 있는 단일 원자층 두께의 2차원 물질입니다. 이 얇고 투명한 막이 가진 능력은 거의 ‘치트키’ 수준인데요. 2010년 이 물질을 분리해 낸 과학자들이 노벨 물리학상을 받았을 정도로 혁명적인 발견이었죠.
‘꿈의 신소재’라 불리는 그래핀의 특성과 장점
간단한 비교표를 통해 그래핀의 괴물 같은 스펙을 확인해 보세요. 일반적인 물질들과 비교하면 얼마나 대단한지 감이 오실 겁니다.
| 특성 | 그래핀의 능력 | 비교 대상 |
|---|---|---|
| 강도 | 강철보다 약 200배 강함 | |
| 전기 전도성 | 구리보다 100배 이상 빠름 | |
| 두께 | 원자 1개 층 (약 0.2nm) | 머리카락의 50만 분의 1 |
| 열 전도성 | 현존 물질 중 최고 수준 | 다이아몬드 |
이런 놀라운 특성 덕분에 그래핀은 투명 디스플레이, 초고속 반도체, 고성능 배터리, 웨어러블 기기 등 미래 산업의 판도를 바꿀 핵심 소재로 주목받았습니다. 하지만, 문제는 이 꿈을 현실로 가져오는 것이었습니다.
전 세계가 15년 동안 좌절한 ‘양산의 벽’
실험실에서 그래핀을 만드는 것은 비교적 쉬웠습니다. 실제로 노벨상 수상자들이 처음 그래핀을 분리해낸 방법은 연필심(흑연)에 스카치테이프를 붙였다 떼어내는 방식이었죠. 하지만 이 방법으로는 겨우 수 마이크로미터(μm) 크기밖에 만들 수 없었습니다.
산업에 사용하려면 최소 수십 센티미터 이상의 대면적이 필요하고, 무엇보다 중요한 것은 균일한 품질로 반복 생산하는 능력, 즉 재현성과 수율이었습니다.
가장 어려운 숙제, CVD 방식의 난제
대면적 그래핀을 만들기에 가장 유망한 기술은 화학 기상 증착법 (CVD: Chemical Vapor Deposition)이었습니다.
이는 가스 상태의 탄소 원료를 이용해 금속 기판 위에 그래핀 필름을 성장시키는 방식인데요. 문제는 이것을 공장 레벨로 확장하는 것이었습니다.
- 극도의 정밀 제어: 온도, 압력, 가스 농도 중 하나라도 틀어지면 그래핀 필름의 품질이 엉망이 됩니다.
- 균일도 문제: 넓은 면적에 걸쳐 원자 하나 두께의 막을 완벽하게 똑같은 품질로 만드는 것이 불가능에 가까웠습니다.
미국, 중국, 유럽의 수많은 기업과 연구소가 수백, 수천억을 쏟아부었지만, 15년 동안 이 벽을 넘지 못하고 대부분 연구용 샘플 수준에 머물렀습니다.
당시 업계의 공통된 인식은 “그래핀? 노벨상은 받았지만, 대량 생산은 불가능한 꿈같은 이야기”였습니다.
포항에서 피어난 K-그래핀의 기적
전 세계가 포기하던 바로 그때, 서울대 화학과 홍병희 교수가 창업한 벤처기업 그래핀스퀘어가 세계 최초로 화학 기상 증착(CVD) 방식의 그래핀 필름 양산 체계를 완성한 것입니다.
불과 얼마 전인 2025년 10월, 포항 블루밸리 국가산업단지에 연간 30만 제곱미터 규모의 그래핀 필름 양산 공장 준공식을 가졌습니다.
세계가 인정한 독보적인 기술력
그래핀스퀘어의 기술력은 세계적으로 검증되었는바,
- 개발된 CVD 기술은 세계 최고 권위의 과학 학술지인 ‘네이처(Nature)’에 보고되어 세계적으로 인정받았고,
- MIT, 듀크대학교 등 세계 최고 수준의 연구 기관들이 한국 벤처기업에 그래핀 샘플과 제조 장비 공급을 요청했고, 2023년에는 듀크대와 약 7.8억 원 규모의 장비 수출 계약까지 체결했죠!
그래핀, 우리 일상을 어떻게 바꿀까요?
이미 CES, 타임지 등에서 그 가능성을 인정받고 있는 그래핀 기술은 프리미엄 조리 가전, 발열 유리, 뷰티/헬스케어 기기, 항공우주 부품까지… 그래핀의 응용 분야는 정말 무궁무진하게 확장될 전망입니다.
- CES에서 최고 혁신상을 받은 그래핀 라디에이터와 멀티쿠커가 대표적입니다. 기존 히터 대비 에너지 효율이 30% 이상 향상되었고, 전자파도 발생하지 않습니다. 특히 투명한데 열을 내는 발열 유리 기술은 그야말로 황당할 정도의 혁신입니다.
- 삼성전자 생산 기술 연구소와는 EUV 공정용 웨이퍼 히팅 스테이지 개발을, 현대모비스와는 라이더 센서 히팅 윈도우 개발을 협력하고 있습니다. 그래핀의 초고속 전도성을 반도체 공정에, 발열 특성을 자율주행차의 핵심 센서 보호에 적용하는 것입니다.
- 전국의 난방기구가 그래핀 제품으로 대체된다면, 국가 전체의 전력 소비가 크게 절감됩니다. 이는 탄소 중립 시대에 이보다 완벽한 솔루션이 없다는 평가를 받고 있습니다.
그래핀 Q&A (FAQ)
Q1. 그래핀과 흑연은 무엇이 다른가요?
A. 흑연은 탄소 원자층(그래핀)이 여러 겹 쌓여 있는 덩어리입니다. 반면, 그래핀은 흑연의 한 층만을 분리해낸 것입니다. 이 단 한 층이 믿을 수 없는 강도와 전도성을 발휘합니다. 마치 종이와 종이 묶음의 차이라고 생각하시면 쉽습니다.
Q2. 그래핀 양산 성공이 왜 그렇게 대단한 일인가요?
A. 앞서 말씀드렸듯이, 기존의 그래핀은 ‘실험실 크기’로만 만들 수 있었습니다. 산업 현장에 쓰려면 큰 면적이 필요한데, 고품질 대면적 그래핀을 대량으로, 그리고 동일한 품질로 반복해서 만들 수 있는 시스템을 세계 최초로 구축했다는 점이 핵심입니다.
Q3. 정부는 이 기술을 어떻게 지원하고 있나요?
A. 산업통상자원부는 그래핀스퀘어의 CVD 및 롤-투-롤 연속 생산 기술을 ‘첨단 기술’로 공식 지정했습니다. 이는 국가가 산업 기술 보호법에 따라 핵심 기술로 보호하고, 투자 지원, 세금 감면 등 전폭적인 지원을 약속했다는 의미입니다. 심지어 ‘초격차 신경제 선도 프로젝트’로까지 지정하며 국가 차원의 전략 육성 의지를 보여주고 있습니다.
K-클라쓰의 도전, 포항을 주목하라!
반도체, 디스플레이, 2차전지에 이어 이제 우리나라는 그래핀이라는 네 번째 첨단 소재 분야에서 세계를 선도하게 되었습니다.
포항 공장에서 2026년부터 본격적으로 쏟아져 나올 그래핀 제품들은 전 세계 산업 생태계를 뒤흔들 잠재력을 가지고 있습니다.