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[Future Sketch] 에너지 산업 패러다임 바꿀 3차원 그래핀, 상용화를 향한 전진
조해진 기자|jhj@kidd.co.kr
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[Future Sketch] 에너지 산업 패러다임 바꿀 3차원 그래핀, 상용화를 향한 전진

㈜안머터리얼즈 안호선 대표이사 “엔지니어가 개발한 기술은 세상에 도움이 돼야 한다”

기사입력 2022-10-17 17:25:10
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[산업일보]
엑스선(X-ray), 벨크로(찍찍이), 안전유리 등 이 발명품들의 공통점이 있다면 ‘우연한 발견’에서 시작했다는 것이다. 물론, 발견이 인류의 편리를 증진시키는 이로운 발명으로 이어지려면, 상용화를 향한 끊임없는 연구와 개발을 거쳐야만 한다.

㈜안머터리얼즈는 안호선 대표이사(現 인천대학교 기계공학과 교수)가 3차원 그래핀 기술을 바탕으로 창업한 대학창업기업이다. 발견한 현상에 대해 꾸준히 연구를 진행한 결과를 바탕으로 상용화를 위해 노력하고 있는 그를 만나 기술 개발에 대한 이야기를 나눴다.

3차원 그래핀의 발견과 연구

열전달 분야를 연구했던 안호선 대표는 지난 2013년 포스텍(POSTECH) 연구팀 소속일 때 핵비등(Nubleate Boiling) 방법으로 3차원 그래핀을 합성할 수 있다는 사실을 발견했다.

그래핀이 담겨있는 용액을 끓여 3차원 그래핀을 생산할 수 있다는 사실은 당시 화제가 됐지만, 생산성이 낮아 그 불씨가 이어지지 못했다. 그러나 안 대표는 3차원 그래핀 연구를 놓지 않았고, 3년 전 3차원 그래핀 생산 원천 기술을 확보했다. 현재는 수소 저장과 리튬금속 배터리의 음극재로 사용할 수 있음을 확인, 시제품 제조 및 양산화를 향해 박차를 가하고 있다.

[Future Sketch] 에너지 산업 패러다임 바꿀 3차원 그래핀, 상용화를 향한 전진
(주)안머터리얼즈 안호선 대표(現 인천대학교 기계공학과 교수)

안 대표는 “마이크로, 메소, 마크로 기공을 동시에 가지는 계층적(Hierarchical Multi-pore) 3차원 그래핀을 제조할 수 있는 원천 기술을 확보했다”며 “제조 장비는 외부에 맡길 것도 생각했지만, 기술 유출을 우려해 제조 장비도 직접 개발했고, 특허도 있다”고 말했다.

기계공학과답게 3차원 그래핀 제조 장비까지 개발하며 3차원 그래핀 연구에 힘을 쏟은 안 대표가 우선 활성화하려는 사업은 수소 저장 카트리지(Cartridge, 용기) 사업이다.

기존의 수소 저장 방식은 가스를 압축해서 저장하거나, 액화시켜서 저장한다. 가스를 압축하려면 약 700바(1bar=약 1기압)의 높은 압력을 유지해야하는데, 이를 위해 많은 에너지와 내구성이 강한 카트리지가 필요하다. 액화를 시키는 경우도 수소의 액화점인 –253℃까지 온도를 낮춰야 하기 때문에 그 과정이 결코 쉽지 않다.

반면, 3차원 그래핀에 수소를 저장하는 등의 방식은 물질 저장 방식으로, 기존의 방식보다 낮은 100바 정도의 압력으로도 수소를 저장할 수 있어, 카트리지의 무게도 줄일 수 있다.

안 대표는 “미국 에너지부(DOE)의 리포트는 물질 저장 방식으로 세계 수소 경제를 만드는 것이 중요하다고 강조하고 있다”며 “현재 수소 저장 기술 수준은 수소 생태계를 만들기 부족한 상황이다. 그러나 3차원 그래핀 기술은 수소 경제를 12단계로 나눈다면 6단계까지 끌어올릴 수 있다”고 기술력을 자신했다.

수소 저장을 상용화하려면 3차원 그래핀을 담는 카트리지가 필요하다. 기계공학과에서 출발한 기업인 만큼, 안머터리얼즈는 3차원 그래핀을 담을 수 있는 카트리지도 직접 설계·제작했다.

안 대표는 3차원 그래핀이 낮은 압력에서도 높은 수소 저장량을 갖기 때문에 시장성과 안전성을 확보할 수 있음을 강조하며, 콜라캔 크기의 휴대용부터 대형 트레일러용까지 카트리지 시제품을 제작하기 위해 펀딩 및 투자자들을 만나고 있다고 밝혔다.

[Future Sketch] 에너지 산업 패러다임 바꿀 3차원 그래핀, 상용화를 향한 전진
지난 9월 2022 환경산업&탄소중립 컨퍼런스 및 전시회에 참가한 (주)안머터리얼즈 연구원들이 수소 저장 카트리지와 리튬금속배터리 음극재를 소개했다.

상용화에 대한 꿈…투자가 절실

새로운 기술을 활성화하는데에는 투자가 필수다. 그리고 투자를 위해서는 확실한 이론적, 실증적 근거가 필요하다. 그러나 3차원 그래핀이 가지는 수소 저장 능력은 일반적인 상식을 벗어나는 수준이다. 실험을 통해 수소 저장량에 대한 데이터는 나오는데, 그 원리를 증명하기 어렵다보니 의심의 눈초리를 보내는 이들도 있었다.

안 대표는 “3차원 그래핀은 다른 경쟁 물질보다 공간이 작은데도 불구하고 더 많은 수소 저장 용량을 가진다. 사실 데이터만 보면 어떻게 이런 결과가 나오는지 스스로도 놀랍다”면서 “3차원 그래핀이 가지는 특징이자, 3차원 그래핀이 형성될 때의 메카니즘에 비밀이 있을 것으로 유추만 하고 있는 상황이다. 교수로서 원리를 증명하기 위해 노력하는 중”이라고 밝혔다.

이 연구가 산업화 하기 위해서는 원리 증명보다 결과에 대한 검증을 우선해야 한다고 생각한 안 대표는 창업진흥원 등 국가에서 지원하는 펀드를 이용해 약 3년 동안 기술에 대한 검증을 마무리했다.

그러나 기술 검증이 이뤄졌다고 해서 투자가 쉬운 것은 아니다. 한국에서 대부분의 투자자들은 이미 있는 시장에 사업을 바로 적용할 수 있기를 바라고, 대기업과 협업을 하고 있는지를 가장 중요한 기준으로 보고 있기 때문이다.

안 대표는 “미국과 같이 기술만으로도 투자가 이뤄지는 문화가 있다면 좋겠다”고 말했다.

[Future Sketch] 에너지 산업 패러다임 바꿀 3차원 그래핀, 상용화를 향한 전진
(주)안머터리얼즈가 개발한 건식 3차원 그래핀

3차원 그래핀의 미래

수소와 배터리 등 3차원 그래핀의 기술적 가치가 무궁무진하다고 생각한다는 안 대표는 “저는 엔지니어다. 엔지니어에게 가장 중요한 것은 자신이 개발한 기술이 세상이 도움이 돼야 한다는 것”이라며 “실생활에 가까운, 실용화가 가능한 연구를 해야 한다”고 소명의식을 드러냈다.

정부나 지자체에서 지원하는 프로그램들이 많이 있어 연구 개발에 이를 적극적으로 활용하고 있다는 안 대표의 목표는 ‘제2의 테슬라’다.

향후 사업 확장을 위해 2024년 CES에 수소 저장 카트리지와 배터리 음극재 시제품을 출품하고, 이미 시장이 활성화된 배터리 분야에 진출하기 위해 직접 공장을 설립해 전지 기업으로의 도약도 고려하는 등 큰 포부를 품고 있다.

안 대표는 “무엇보다 아직 시장이 크지 않은 수소 분야에서 3차원 그래핀 수소 저장 기술로 시장을 선점해 파급 효과를 누리는 것이 가장 큰 목표”라고 덧붙였다.

4차 산업혁명 시대, 산업전시회와 기업의 발전 양상을 꼼꼼히 살피며 현장의 목소리를 듣겠습니다.


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