160715_[연구소기업 성공사례] ④ 차세대소재연구소 | 나노복합소재의 신(新) 부가가치 창출

차세대소재연구소는 2014년 12월 부산연구개발특구인 부경대학 용당캠퍼스에 설립된 제94호 연구소기업이다. 기계부품, 자동차, 고속열차, 항공기 등에 쓰이는 금속·세라믹 복합 나노카본 소재와 응용 제품의 제조·판매·분석을 주 사업분야로 하는 나노기술 전문기업이다.

이 회사가 개발해 생산하고 있는 나노복합재료인 경사기능재료(FGM)는 스위스 군이 방탄복부터 항공기까지 각급 무기체계에 적용을 추진하는 등 고기능 첨단 신소재로서 세계에서 큰 주목을 받고 있다. 그동안 물과 기름처럼 잘 섞이지 않던 나노 카본과 금속류를 적절히 배합, 각 재료의 우수한 물성을 동시에 구현해낸 것이 FGM의 기술적 핵심이다.

권한상 차세대소재연구소 대표는 “지금은 마이크로에서 나노 기술로 변화하는 과정에 있기 때문에 나노 복합소재의 응용과 연구개발이 세계적으로 큰 이슈”라며 “나노 복합소재는 다양한 산업에서 고성능 맞춤형 신소재로 활용될 수 있는 만큼 향후 수요가 폭발적인 증가세를 보일 것으로 전망된다”고 밝혔다.

권 대표가 처음 FGM 소재의 사업화 아이디어를 떠올린 것은 일본 도호쿠대학에 유학 중이던 10년 전으로 거슬러 올라간다. 당시 FGM의 개념을 창안한 지도교수 아래서 연구를 시작한 권 대표는 프랑스로 건너가 인공위성과 고속열차를 위한 방열소재를 다루는 와중에 선진국의 창업 문화에도 눈을 떴다.

권 대표는 “적게는 4~5명의 직원만으로도 1,000억원대의 매출을 올리는 강소기업들을 많이 봤다”며 “우리나라에서 창업하면 기술만으로 평가받는 게 어려울 것이라는 의구심도 들었지만 한국의 기초소재 분야가 척박한 만큼 나노 복합소재를 국산화하면 새로운 부가가치 창출이 불가능하지만은 않겠다는 생각을 했다”고 말했다.

이에 권 대표는 자신의 관심사인 나노 탄소-금속 복합소재 연구를 계속할 장소를 물색했다. 그의 제안을 흔쾌히 받아들인 곳은 스위스연방재료연구소였다. 권 대표는 이곳에서 스위스 군의 지원으로 3년간 연구에 몰두한 끝에 FGM 소재 개발에 성공했다.

이후 한국으로 돌아와 모교인 부경대 신소재시스템공학과 교수로 자리 잡은 뒤 계속해서 사업화 가능성을 타진하던 그에게 창업의 문을 열어 준 것이 바로 연구소기업 제도다.

권 대표는 “일반 창업이었다면 아무리 좋은 기술과 제품을 싸들고 다녀도 십중팔구 문전박대 당하기 쉬웠을 것”이라며 “연구소기업이라는 브랜드 덕분에 초기부터 많은 관심을 받고 있는 만큼 해외 의존도가 큰 국내 기초소재 산업의 경쟁력 강화에 보탬이 되는 회사로 성장하고 싶다”고 밝혔다.

현재 차세대소재연구소가 국내외 특허를 출원 중인 기술은 크게 두 가지로 요약된다. 탄소나노튜브와 그래핀 등의 나노 탄소 재료를 금속과 균일하게 섞는 복합분말 제조 기술, 그리고 이 복합분말을 10분 내외의 짧은 시간에 덩어리로 만드는 소결 기술이다. 기계적·전기적·열적 성질이 뛰어난 탄소 재료를 알루미늄 등의 금속과 적당한 비율로 섞어 샌드위치 형의 다층구조 소재를 만드는 것이라 생각하면 된다.

이렇게 하면 알루미늄 고유의 가벼움과 유연성에 카본 특유의 강성이 더해진 전혀 새로운 복합소재가 탄생한다. 그리고 이 소재의 활용성은 그야말로 무궁무진하다. 고강도·고인성·초경량의 소재 특성을 필요로 하는 산업이라면 우주항공부터 기계, 수송, 전기전자, 플랜트, 건축, 조명, 레저 분야까지 FGM의 잠재적 고객이 될 수 있다.

권 대표는 “예를 들어 현재 해양경찰에서 사용하는 아라미드 섬유 소재의 방탄복은 무겁고 활동성이 떨어지는 데다 방검 기능도 취약하다”며 “나노카본 소재는 이런 단점을 모두 보완할 수 있음은 물론 군용 장비로 채택하면 레이더까지 피하는 이중 삼중의 효과를 누릴 수 있다”고 설명했다.


러시아·일본 등 해외시장 진출 본격화
권 대표는 “출발 원료가 분말이라 배합의 한계가 없고 조성 성분을 층별로 다르게 적층해 사용 분야별 맞춤형 특성제어도 가능하다”면서 “이것을 다시 고밀도 벌크로 만들어 기계 부품류로 가공할 수 있는 방전 플라즈마 소결 기술을 함께 보유하고 있다는 점이 저희 회사의 강력한 무기”라고 강조했다.

이런 이유로 차세대소재연구소에는 이미 꽤 많은 국내외 기업들의 러브콜이 이어지고 있는 상황이다. 권 대표에 따르면 최근 차세대소재연구소는 나노카본 원료제조 분야 세계 1위 기업인 러시아의 옥시알과 투자유치를 골자로 하는 양해각서(MOU)를 체결했다. 이번 MOU로 차세대소재연구소는 옥시알의 전략 제품인 나노카본 금속세라믹 복합소재의 국내 생산과 연구개발을 담당하게 되면서 신생 연구소기업의 세계 시장진출이라는 놀라운 성과를 창출할 수 있게 될 전망이다.

덧붙여 일본의 방전 플라즈마 소결장비 제조사들과 연내 대리점 계약 체결을 앞두고 있고, 몇몇 국내기업과는 기술이전과 합작 방안을 활발히 논의 중이라고 한다. 당연한 얘기겠지만 권 대표가 한동안 적을 뒀던 해외 연구기관들 역시 적극적 모습을 보이고 있다. 이에 따라 스위스연방재료연구소, 프랑스국립과학원, 일본 도호쿠대학과 해외 사무소 형태의 공동 연구와 기술협력을 위한 파트너 관계를 구축했다.

얼마 전에는 FGM의 본격적인 제품화도 시작됐다. 지난 6월부터 중간재 형태로 FGM을 판매하고 있는데, 가공성에서도 합격점을 받아 국내 자동차메이커의 헤드라이트용 방열소재로 채용될 예정이다.

특히 차세대소재연구소는 최근 에너지를 자유자재로 변환시켜 주는 신소재를 개발하는 성과를 올리기도 했다. FGM의 일종인 이 신소재는 권 대표와 연구진이 전도성 금속과 비전도성 세라믹이라는 이종(異種) 재료를 가지고 함유량을 달리해 혼합하는 실험을 수만 번이나 거듭한 끝에 완성됐다.

권 대표는 “이 소재는 빛과 전기를 자유자재로 변환시켜 산출하고 특정한 빛을 다른 형태로 변형시켜 출력하는 재료”라며 “단일 부품의 구현에 대한 높은 가능성을 처음으로 제시한 연구 결과”라고 밝혔다.

그는 또 “상용화가 이뤄질 경우 일상생활에서 쓰이는 센서와 광원들을 대체할 수 있어 파급력이 지대할 것으로 예견된다”면서 “향후 태양전지, 압전소자, 열전소재는 물론 집광과 발광, 집열과 발전을 동시에 구현함으로써 에너지의 자급 생산 구동이 가능한 전자 디바이스 소재(부품)로의 응용 가능성도 열려 있다”고 전했다.

이번 연구 성과는 세계적 과학저널인 네이처의 자매지 사이언티픽 리포트 최근호에 게재됐으며 현재 권 대표는 이 소재로 LED를 대체할 수 있는 제품 개발을 1차 목표로 시제품 제작과 성능실험을 계속하고 있다.




[MINI INTERVIEW] 권한상 차세대소재연구소 대표
“수만 번의 실험으로 조화와 균형을 찾는 여정”

“고강도, 초경량, 내마모, 방열 등 소재의 고기능화는 조선해양플랜트 기자재, 선박, 자동차, 열차, 우주항공과 같은 기간산업에서 필수적으로 요구되고 있습니다. 탄소 복합소재는 고기능 구조재와 열전도성 소재, 전기 전도성 소재 등에 매우 광범위하게 적용될 수 있어 파급력이 매우 클 것으로 예상됩니다.”

권한상 차세대소재연구소 대표는 기계, 자동차, 조선 등에서 기존 금속 소재를 대체할 고강도, 고인성, 초경량, 내마모 특성 등을 가지는 소재로서 탄소복합소재가 충분한 기능성을 갖추고 있다며 이렇게 강조했다. 

“제대로 된 재료 하나를 만들기 위해서는 섞고, 덜어내고, 붙이고, 떼어내며 수만 번의 실험을 거쳐야 합니다. FGM 역시 무려 10년이 넘는 반복된 실험 끝에 완성된 산물입니다.”

권 대표에게 있어 FGM은 꿈의 소재가 아니다. 세상을 바꿀 혁신적인 아이디어는 더더욱 아니다. 그에게 FGM은 오랜 시간 단점을 보완하려고 노력해온 결과물이다. 사업화의 과정 역시 비슷하리라는 게 그의 생각이다. 

“앞으로 얼마나 더 좋은 복합소재가 나올지 모르지만 중요한 것은 아무리 좋은 소재와 기능도 시장이 원하는 방향을 찾지 못하면 성공할 수 없다는 점입니다. 저희 소재 또한 이제부터 어떻게 시장과 조화를 이뤄낼지가 최대의 관건이라 다양한 분야에서 가능성을 찾고 있습니다.”

그가 현재 가장 유력한 아이템으로 관심 있게 바라보고 있는 분야는 송전용 전선이다. 기존의 알루미늄 송전선을 FGM으로 대체할 경우 열전도성과 경량성이 배가되면서 효율은 4배로 늘리고, 송전탑의 숫자는 4분의 1로 줄일 수 있기 때문이다.

“FGM의 강도가 세서 직경 4㎝의 전선을 1㎝로 만들 수 있습니다. 또 송전탑 사이의 간격을 지금의 1㎞에서 4㎞로 넓힐 수 있어 경제성뿐만 아니라 송전탑 주변 주민들의 환경문제에도 큰 도움이 될 것으로 사료됩니다.”


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｜주석｜
FGM Functionally Graded Material.

서울경제 파퓰러사이언스 편집부/대덕=구본혁 기자 nbgkoo@sed.co.kr