미래 신산업 대체 불가 나노소재 상용화, 수요·공급기업 협력 필수

▲ 나노소재 산업 활성화 포럼에 참석한 패널들이 여러 가지 주제로 토론을 하고 있다. (좌부터) 김유선 LG이노텍 책임, 유종호 롯데에너지머티리얼즈 상무, 송용설 아모그린텍 부사장, 윤덕우 현대차 PL, 조진우 한국전자기술연구원 소장, 김학성 한양대 교수

◆참석자

▷사회자: 조원일 과학기술연합대학원대학교 교수

▷패널: 김유선 LG이노텍 책임, 유종호 롯데에너지머티리얼즈 상무, 송용설 아모그린텍 부사장, 윤덕우 현대차 PL, 조진우 한국전자기술연구원 소장, 김학성 한양대 교수

■최근 주력·신산업 및 연구 분야에서 주목할 만한 첨단 나노소재 및 유망 나노기술은

▷김유선 책임: 반도체와 같은 첨단 공정 미세화로 인해 소재 크기가 매우 작아지고 있다. 그런데 소재를 측정해보면 방향(등방성, 비등방성 등)에 따라 소재 특성이 달라지기 때문에 나노 소재를 응용하는 입장에서 소재의 특성을 정의하는 자체가 어렵고 오차가 생기면 제품 신뢰성 문제가 발생하는 문제가 있다. 때문에 소재를 정의하고 공정에 적용할 수 있도록 나노소재 측정 기술이 요구된다.

▷유종호 상무: 전기차용으로 고성능 배터리가 요구되면서 고용량의 충방전이 가능한 실리콘(Si)을 음극재에 첨가하는 것이 기술 트랜드다. 그러나 실리콘은 리튬 저장 시 부피가 팽창하기 때문에 배터리 수명을 단축시키는 문제점이 있다.

현재 실리콘을 음극재에 5~15% 섞고 있는데 15% 이상을 넘기기 위해선 실리콘 나노화가 필요하다. 또한 실리콘 팽창을 방지하는 기술 중 하나인 카본 코팅 기술개발이 한창인데 이를 위해 그래핀, CVD(화학기상증착) 등 나노 소재 연구도 필요하다.

또한 실리콘 음극재 단점을 보완해 주는 CNT(탄소나노튜브) 도전재는 철(Fe)이 없어야 하고 분산이 잘돼야 하기 때문에 비철촉매 개발이 요구되며, 현재 도전재로 사용되고 있는 MWCNT(다중벽탄소나노튜브)를 대체할 수 있는 가격경쟁력을 확보한 SWCNT(단일벽탄소나노튜브) 개발도 필요하다. 이밖에도 최신 반도체 EUV(극자외선) 노광 공정에 필요한 EUV 마스크 재료로 그래핀 연구가 활발한데 이처럼 새로운 분야에서 초격차를 위한 기술개발이 요구된다.

▷송용설 부사장: 산업 트랜드가 빠르게 변하고 새로운 산업이 등장하면서 나노기술·소재로 해결할 수 있는가를 생각해본다. 일례로 제품 경박단소화로 인해 발생하는 열을 빠르게 방출할 수 있는 열관리가 매우 중요해졌는데 이를 해결하기 위한 전도성이 좋은 나노소재를 경쟁력 있는 가격으로 생산할 수 있는 기술을 확보해야 한다.

▷윤덕우 PL: 현대차는 빠르게 변하는 모빌리티 산업에서 소재 기술력이 완제품의 차별적 경쟁력으로 이어짐을 잘 알고 있기 때문에 업계를 선도할 수 있는 CNT, 그래핀 등 나노소재를 자체 개발 중이다.

CNT의 경우 분말 형태보다는 필름과 섬유에 첨가해 기능성을 높이는데 관심이 있다. 또한 모터에 들어가는 무거운 구리 와이어를 나노소재로 만든 초전도성 와이어로 대체한다면 자동차 경량화는 물론 UAM 등 미래 모빌리티 활성화에 기여할 수 있다. 또한 희토류를 전량 수입에 의존하고 있고 가격도 날로 비싸지고 있는 상황에서 희토류를 사용하지 않는 전기차용 영구자석 개발도 필요하다.

▷조진우 소장: 우리나라 나노산업이 지난 2001년 ‘제1차 나노기술종합발전계획’을 수립하면서 시작했는데 현재 상용화 된 나노소재 대부분은 분말형태로 항균 필름, 선크림 등으로 한정적이지만 앞으로는 반도체, 자동차, 배터리, 디스플레이 등 다양한 전방산업에 필요한 제품으로 확산되고 초격차를 달성할 것으로 기대되고 있다.

배터리 산업은 빠른 충전과 용량이 큰 배터리가 필요한데 이를 위해 퓨어 나노실리콘, CNT, 그래핀 등 개발이 요구된다. 스트래처블과 같은 미래 디스플레이에는 저전력·고휘도 소자인 양자점(퀀텀닷)이 필요하다. 태양광 산업에서는 기존 실리콘 태양전지의 광효율을 뛰어넘는 차세대 페로브스카이트 태양전지 개발이 한창인데 나노소재 기술 적용이 필수다.

이처럼 미래 산업에 대체 불가능한 나노소재를 발굴·분석하고 어떻게 적용할 것인가를 산학연관이 함께 고민해야 한다.

▷김학성 교수: 나노기술을 인쇄전자에 적용한 경험을 말해보면 오래전부터 구리 나노입자 광소결 기술개발이 활발히 진행됐으나 아직도 성공했다고 볼 수는 없는 상황이다. 그러나 이러한 기술개발 경험은 생각지도 못한 다른 분야에서 잘 응용되고 있어 나노기술은 산업에 미치는 파급효과가 크다는 것을 느꼈다.

현재 반도체 패키징 기술 확보가 매우 중요해졌는데 패키징에 필요한 평탄화 필름은 일본 기업이 독점하고 있다. 이 제품은 나노실리콘을 잘 섞어서 개질하는 것이 핵심이다. 이외에도 CMP 슬러리 등 반도체 공정 소재는 나노기술이 뒷받침하지 않으면 국산화가 어렵다.

■글로벌 공급망 이슈 및 기술 규제 대응 방안과 기술선점 및 국산화가 필요한 분야는

▷유종호 상무: 황화물계 전고체 배터리를 개발하는 과정에서 전해질에는 나노기술이 반드시 필요하다. 벌크 소재를 나노화 하면 특성이 바뀌게 되는데 이를 최소화하는 것이 중요하며 따라서 나노소재를 개발할 때 소재 자체가 아닌 물질 내에서의 나노 특성을 고려해 개발해야한다.

제품 상용화에 걸림돌이 되고 있는 나노소재의 분산과 코팅 기술도 매우 중요하다. 우리나라는 과거 세계 최고 수준의 CNT 기술을 가지고 있었으나 상용화에 실패하면서 사장된 사례도 있다. 이를 위해 정부가 상용화에 필요한 설비를 지원한다면 전고체 배터리와 같은 신산업 발전에도 도움이 될 것이다.

▷송용설 부사장: 20년간 나노소재 사업화를 해본 입장에서 수요·공급기업이 함께 긴 안목으로 자꾸 나노소재를 사용해보고 품질과 가격을 개선하는 과정을 거쳐야 성공할 수 있다.

나노소재가 제품에 적용돼 상용화되기 위해선 품질 개선 피드백을 할 수 있는 일정 크기 이상의 시장이 필요하고 나노기술이 꼭 필요한 사업 아이템을 발굴해야 한다. 이를 위해 정부가 수요연계 기술개발지원사업을 계획할 때 재현성, 양산성, 가격 경쟁력 등 실증이 가능한 시간과 기회를 줄 수 있는 방향으로 고려해줬으면 한다.

▷윤덕우 PL: 최근 중국 쑤저우에 위치한 탄소나노기술개발 연구소에 방문해보니 상용화 추진 력이 우리와 아예 다른 차원임을 보고 크게 감명했다. 우리와 적용 어플리케이션은 비슷한데 가능성 있는 아이템이 생기면 연구소 인근 기업에 넘기거나 바로 사업장을 만들어서 사업화를 진행한다.

현대차에서도 전동화 체제 전환과 탄소중립 등 한층 거세게 불고 있는 모빌리티 산업 변화를 선도하기 위한 해법으로 소재 기술을 점찍고 ‘나노 테크데이’를 개최해 기술소개와 네트워크 구축에 나서고 있다.

▷조진우 소장: 공급망 이슈에서 나노소재는 자유로운 편이지만 해외 의존도가 높은 SWCNT, 니켈나노분말, 단층 그래핀 등에 대한 국산화를 위해 정부의 지원이 필요하다. 차세대 유망 나노소재인 맥신, 페로브스카이트 등은 아직까지 누구도 선점하지 못한 무주공산이어서 상용화까지 필요한 10~20년의 시간을 단축시킬 수 있도록 지원해야 한다.

▷김학성 교수: 학교 실험실에서는 많은 기술개발이 시도되고 성과도 있지만 연구자의 개인적 흥미로 시작되고 끝나는 경우가 많아 상용화가 더딘 것이 사실이다. 이를 활성화하기 위해 연구자들과 업계 관계자들이 우선 만날 수 있는 계기를 마련했는데 예상보다 매칭이 잘 돼서 놀랐다. 때문에 실험실 기술이 밖으로 나오는 프로그램에 대한 지원이 필요하다고 생각한다. 어떤 의제를 가지고 만나는 것이 아니라 가볍게 만나 서로 요구사항을 살펴보는 운동장이 필요하다.

■나노기술·소재 사업화 애로사항 및 수요·공급기업간 협력 활성화 방안은

▷김학성 교수: 학교에서 창업이 실패하는 주요 요인은 자기 기술이 최고라고 생각하고 기술개발에만 몰두하는데 있다. 나노기술 개발과 상용화는 수요자 위주로 접근해야한다. 데쓰밸리를 넘을 수 있도록 수요기업과 연계하는 프로그램이 지원되길 바란다.

▷조진우 소장: 나노소재는 만들기도 쓰기도 어려운 것이 특징이다. 때문에 나노기술 공급자들은 수요산업의 요구를 정확히 파악해야 하며 비즈니스를 위해 반드시 실증이 수반돼야 한다. 공급자는 수요자와 만나 나노소재를 사출하는 과정에서 문제가 없는지를 논의해야하고 정부는 이런 협력 실증을 지원할 필요가 있다.

▷윤덕우 PL: 수요자와 공급자가 큰 간극을 줄여야한다. 수요자는 소재 전문가들에게 방향성을 줄 수 있는 전문가가 필요하다. 공급자는 부품 단위 시스템응용 전문지식과 함께 조직적으로 대응할 수 있는 조직이 요구된다.

▷송용설 부사장: 정부의 수요연계 지원사업을 기존 공급자 중심에서 수요자 중심으로 전환해야한다. 일례로 CNT 분산이 중요한데 수요 기업 입장에서는 공급 안정화를 위해 이원화가 필요하기 때문에 어느 곳에서 공급을 받아도 품질이 일정하도록 표준화가 필요하다. 이처럼 수요자가 쓸 수 있는 기술을 확보해야 한다.

▷김유선 책임: 10여건 이상의 나노소재 상용화 프로젝트를 추진하면서 당초 계획대로 적용이 안 되고 그동안 시장이 바뀌어 버린다는 어려움이 종종 발생했다. 중간에 다른 소재와 융복합을 통해 성공한 경험이 있는데 소재의 용도 변경을 위해선 역시 측정기술이 매우 중요하다고 강조하고 싶다.

▷유종호 상무: 나노기술 수요자와 시장의 소비자들은 요구하는 것이 서로 다르다. 이 때문에 특정 기술이 제품에 적용되는 기초연구에서 양산화 단계를 말하는 TRL(기술성숙도)에 대한 각 단계의 자원 배분이 달라져야 한다. 단기성과에 치우치는 정부과제는 아무 의미가 없기 때문에 장기적 관점에서 자원 배분과 지원에 나서야 한다.