산업통상자원부가 '꿈의 신소재'로 불리는 그래핀의 상용화를 본격적으로 추진한다. 산업부는 7월 8일 일산 킨텍스에서 그래핀 산·학·연 전문가들이 참여한 가운데 '그래핀 산업화 네트워크' 착수 회의를 열고, 그래핀 상용화 기술로드맵을 공개했다.
그래핀은 탄소 원자가 육각 벌집 모양으로 연결된 원자 한 층 두께의 2차원 나노소재다. 열전도성은 구리보다 13배 이상, 전기전도성은 은보다 1.6배 이상, 강도는 강철보다 200배 이상 뛰어나다. 이런 특성 덕분에 반도체, 이차전지, 디스플레이 등 첨단산업의 핵심 기반 소재로 주목받고 있다.
그러나 그래핀은 뛰어난 물성에도 불구하고 상용화에 여러 난제가 있었다. 수요기업이 원하는 품질과 물성을 대량으로 안정적으로 생산하기 어렵고, 실제 산업 현장에 적용하기 위한 실증과 표준화도 부족했다. 이번에 출범한 '그래핀 산업화 네트워크'는 이런 문제를 해결하기 위해 수요기업, 공급기업, 연구기관이 함께 협력하는 구심점 역할을 한다.
산업부는 이날 회의에 앞서 지난해 10월부터 업계 의견을 수렴해 마련한 '그래핀 상용화 기술로드맵'도 공개했다. 로드맵은 그래핀의 탁월한 전도성을 활용해 첨단산업의 열 문제, 즉 방열 문제를 해결하는 것을 첫 번째 목표로 삼았다. 반도체와 이차전지 등 첨단산업에서 부품이 초미세·고집적·밀폐화되면서 발생하는 열이 성능과 신뢰성을 떨어뜨리는 주요 병목으로 지목됐기 때문이다.
로드맵은 크게 세 단계로 구성된다. 1단계(2026년~)는 열관리 문제 해결에 집중하고, 2단계(2027년~)는 인공지능(AI) 병목 대응형 기술을 개발하며, 3단계(2028년~)는 산업 전반으로 적용 범위를 확장한다는 계획이다. 이를 위해 그래핀 소재 초격차 확보, 첨단산업 기술 한계 해소, 수요주도형 생태계 확장 등 3대 전략을 추진한다.
구체적으로 그래핀 원소재 품질을 고도화하고 층수와 분산성을 제어하는 기술을 확보하며, 대량생산과 중간재 가공기술을 발전시킨다. 또 전기차 인프라 부품, AI 서버와 데이터센터용 방열·차폐소재, 전력반도체와 AI 반도체용 열관리 소재 등 첨단산업의 기술 한계를 해소하는 데 초점을 맞췄다. 장기적으로는 그래핀과 다른 나노소재를 결합한 하이브리드 소재 개발과 글로벌 밸류체인 진입도 추진한다.
이날 회의에서 참석자들은 그래핀이 다양한 물성을 지녀 응용 가능성이 넓은 만큼, 로드맵에 담긴 방향 외에도 산업 현장의 새로운 수요와 응용처를 지속 발굴할 필요가 있다는 데 공감했다. 그래핀 산업화 네트워크를 통해 수요기업의 요구 물성과 품질 기준을 파악하고, 공동 실증 과제를 발굴하며, 상용화 애로를 해소하는 방안을 함께 논의하기로 했다.
산업부 최우혁 첨단산업정책관은 "그래핀은 첨단산업을 혁신할 잠재력을 지닌 소재"라며 "이 잠재력이 산업 현장으로 이어지도록 오늘 공개한 로드맵과 산업화 네트워크를 출발점으로 실증과 초기 수요 창출을 밀착 지원해 나가겠다"고 밝혔다.
그래핀 산업화 네트워크는 크게 세 가지 역할을 수행한다. 첫째, 수요기업이 요구하는 물성과 품질 기준에 맞춰 수요기업과 공급기업이 함께 실증 과제를 발굴하고 지원하는 '공동 실증'이다. 둘째, 수요기업과 공급기업을 연결하고 새로운 응용처를 지속 발굴하는 '수요 연계'다. 셋째, 실증 과정에서 제기되는 표준·인증·규제 등 상용화 애로를 발굴하고 개선을 건의하는 '애로 해소'다.
이번 로드맵은 그래핀 상용화를 위해 3대 전략을 제시했다. 첫 번째 전략은 '그래핀 소재 초격차 확보'다. 고품질 그래핀 원소재 생산기술을 확보하고, 층수와 결함, 분산성을 정밀하게 제어하는 기술을 개발하며, 대량생산과 중간재 가공기술을 고도화하는 내용을 담았다. 현재 플레이크 형태 그래핀은 연간 2톤 생산에서 2030년까지 10톤 이상으로, CVD(화학기상증착) 방식 그래핀은 월 1,000제곱미터에서 1만 제곱미터 이상으로 생산 규모를 확대한다는 목표다.
두 번째 전략은 '첨단산업 기술 한계 해소'다. 전기차 배터리와 충전 인프라용 고열전도·경량 복합소재, AI 서버와 데이터센터용 방열·차폐소재, 전력반도체와 AI 반도체용 고열전도 인터페이스 소재(TIM) 등을 개발한다. 특히 반도체와 이차전지 등 첨단산업에서 공통적으로 발생하는 방열 문제를 그래핀으로 해결하는 데 주력한다.
세 번째 전략은 '수요주도형 생태계 확장'이다. 그래핀과 다른 나노소재를 결합한 하이브리드 소재를 개발하고, 글로벌 밸류체인에 전략적으로 진입하며, 미래 수요를 창출하는 상용화를 촉진한다. 소재-부품-제품 간 협력 체계를 구축하고 국제 인증과 표준 대응을 통해 글로벌 시장 진입 기반도 마련할 계획이다.
산업부는 이번 로드맵과 네트워크를 바탕으로 2030년까지 그래핀 분야에서 5건 이상의 사업화 실적을 달성하고 1,000억 원 이상의 시장을 창출한다는 목표를 세웠다. 그래핀 산업화 네트워크는 앞으로 정기적으로 회의를 열어 수요기업과 공급기업 간 협력을 강화하고, 실증과제 발굴과 상용화 애로 해소를 지속적으로 지원할 예정이다.
