미국 국방부, NIH(미국립보건원), 존스홉킨스대, 우주기업도 앞다퉈 찾는다. 미래 주력 분야 발굴을 준비하는 대기업들의 협업 요청도 쇄도한다. 꿈의 신소재로만 여겨졌던 그래핀을 현실화하며 탄소시대를 주도하고 있는 '그래핀스퀘어(대표 홍병희 서울대 교수)'. 

그래핀스퀘어는 2012년 수도권에서 시작했다. 하지만 최근 본사를 경기권에서 포항으로 이전했다. 다가오는 25년 기업가치 1조원, 1000여명의 고용창출을 수도권이 아닌 지역에서 이뤄내겠다는 의지다. 꿈의 소재를 현실화한 것은 물론 지역주도의 성장 모델로 누구도 가보지 않은 길을 지방에서 만들어 가겠다는 포부다.

홍병희 대표는 27일 오전 7시 30분 대덕연구단지 내 기관장들이 참석한 가운데 열린 대덕혜윰포럼에서 그래핀 상용화 상황, 바이오 응용, 지방시대, 벤처시대를 열어가고자 하는 계획을 밝혔다.

그는 화학을 전공했다. 그는 "화학에서 가장 중요한 것은 변화라 할 수 있다. 석기, 청동기, 철기 등 소재의 전환을 통해 인류의 문명 발전을 일으켜 왔다"면서 "앞으로는 철의 시대를 지나 고분자 시대, 반도체 시대를 넘어 그래핀 중심의 탄소시대가 미래를 주도할 것"이라고 소개했다. 

홍 대표는 우선 영화 속 미래 기술들이 속속 상용화 되는 사례를 들었다. 일본공각기동대(1995년), 마이너리리포트(2001년), 아바타(2009년), 승리호(2020년) 등 영화 속 홍체인식 기술, 투명하고 휘어지는 디스플레이, 변화하는 인쇄기술, 그래핀 기술 등이 하나둘 시제품으로 나오고 있다.

그는 "홍체 인식 기술은 이미 스마트폰에 적용돼 있고 투명 디스플레이는 시제품으로 나오며 창문, 자동차 등에 접목되고 있다"면서 "소비자들은 영화를 통해 기대하게 된다. 2016년 투명디스플레이가 시제품으로 소개됐는데 창문, 자동차 등에 적용되고 판매되기도 한다. 승리호 속 가장 강한 도끼에는 탄소소재가 포함돼 있다"고 설명했다.

기존 기술은 제품이 사용자를 강제한다면 미래 제품은 인간 중심이다. 홍 교수는 "인간 중심의 사용하기 편리한 제품으로 가기위해서는 무엇보다 소재가 중요하다. 4차산업혁명 핵심 기술에 나노기술이 포함된 것도 그 때문"이라고 강조했다.

그래핀은 흑연 결정의 한 원자층이다. 벌집모양의 평면은 그래핀, 동그랗게 쌓으면 CNT(탄소나노튜브)가 되는 특징을 갖는다. 홍 대표는 김필립 교수 랩의 첫번째 포스닥으로 연구에 참여했다. 그는 "당시 흑연에 스카치테이프를 붙여 한층을 분리하며 그래핀을 발견했다. 나중에 노벨상을 받았다"면서 "우리는 대면적 그래핀을 만들고 산업에 응용하는 기술을 개발해 네이처에 게재했다. 100원짜리 동전만한 그래핀을 대전시만하게 키운 성과"라고 말했다.

그래핀스퀘어는 그래핀 소재를 활용해 터치스크린, 투명 플렉시블 히터, 그래핀 LED, 휘어지는 그래핀 OLED, 투명 QLED, 터치스크린 휴대폰 등으로 상용화하는데 기여했다. 이들의 성과는 2010년 노벨상위원회에 소개됐다.

홍 교수는 "플렉시블 디스플레이 활용 영상을 찍어 ****에 올렸는데 지금도 많이 회자 된다. 그 속의 접는 디스플레이, 손목에 차는 디스플레이 등 하나 둘 현실로 이뤄지고 있다"면서 당시를 회상했다.

또 홍 대표는 "당시 김필립 교수도 노벨상을 받을 것으로 예상됐는데 우리 영상으로 실용화 과정 개념이 제외된 것 같아 아쉬움이 있다. 결국 그래핀을 발견한 두분만 노벨상을 받은 것 같다"며 "노벨상을 받은 가임 교수는 우리 덕분에 노벨상을 일찍 받았다며 우리의 주주와 자문으로 참여해 도움을 주고 있다"고 덧붙였다.

◆ 그래핀 상용화 길 연 논문, 지역인재 역할 커

 대표의 그래핀 논문은 지금도 상용화 가능성을 연 논문으로 가장 많이 인용되고 있다. 물리, 화학, 바이오 분야에 인용되며 그래핀 상용화 길을 만들어 가고 있다.

논문이 나오기까지 홍 대표는 제자의 역할이 컸다고 밝혔다. 그는 "제자 중에 지역 대학 출신이 있다. 처음에는 안 뽑으려 했는데 이 친구가 스타크래프트 전국 4강까지 올라갔다고 하더라. 게임은 전략, 지략, 창의, 민첩성이 필요한데 그 점에서 가능성을 믿고 뽑았다"면서 "이 학생이 정말 엉뚱하고 새로운 것을 잘 발견하며 연구를 잘했다. 그러면서 기념비적 논문이 나왔다. 그 뒤로 지방에 대한 선입견이 없어졌다"고 변화 동기를 설명했다.

이어 그는 "실제 노벨상을 받은 연구자도 천재적 인물보다 엉뚱한 연구자가 많이 받는다. 가임 교수 역시 이그노벨상을 받기도 했다"면서 "우리나라 인재들 우수하다"고 강조했다.

그래핀의 응용 다양성과 가능성도 역설했다. 홍 대표는 "그래핀 응용분야는 잉크소재, 반도체 부품, 에너지전극, 방열소재 등 다양한다. 아직 킬러 애플리케이션이 안나왔지만 큰 산업군을 이룰 것"이라면서 "각국의 그래핀 연구개발 투자는 크게 이뤄지는데 아직 제조분야는 약하다. 반도체 강국인 우리나라가 상당히 유리하다. 상용화를 위한 집중 투자가 필요하다"고 조언했다.

롤투롤 그래핀 연속 생산기술 필요성도 언급했다. 이를 활용하면 30~40배정도 생산성이 높아진다는 것이다. 홍 대표는 "그래핀 관련 기계를 팔지않아 우리가 장비도 개발해 만들었다. 우리 그래핀 성능이 좋다며 장비를 사고 싶다는 요청에 20여개국에 판매한다. 신소재는 이처럼 소재와 장비가 같이 간다"고 밝혔다.

그래핀 상용의 핵심은 균일성, 반복성, 지속성이다. 이를 확인할 장비도 필수다. 그래핀스퀘어는 이처럼 장비도 개발, 아무도 가지 않는 길을 가고 있다. 그래핀스퀘어는 이같은 그래핀 공정 전반을 포항에서 시작키로 했다.
홍병희 그래핀스퀘어 대표.[사진= 대덕넷]

홍 대표는 "내년 1월 포항에서 포럼을 할 것이다. 고무적인것은 제자 중 대기업에 합격했지만 우리 회사를 선택했다. 스톡옵션 성공사례도 나왔다"면서 "제자들의 연구도 상용화 중심이다. 제자들의 회사 참여도 늘고 있다"고 힘주어 말했다.

이어 그는 "포스텍 출신으로 우리는 박태준 장학금을 받고 공부했다. 그분의 정신이 자연스럽게 몸에 배었고 부채의식을 갖고 있다"면서 "우리회사의 직원 70%는 포항이 처음이다. 하지만 포항의 인프라(포스코, 포스텍, RIST, 포항시), 인력, 지자체의 적극적인 지원 등으로 순조롭게 가고 있다"면서 포항에서의 미래를 기대했다.

그래핀스퀘어는 미 국방부의 연락으로 그래핀 방탄복 상용화에 성공했다. 또   EUV Pellicle, 2차전지용 집전체, 투명전극 상용화, 자동차용 앞유리 히터 제품을 위해 굴지의 기업들과 협력하고 있다. 그래핀을 활용한 투명 토스터 제품은 내년 CES에서 선보일 예정이다. 바이오그래핀 분야는 NIH, 존스홉킨스, 서울대 등과 파킨슨, 치매 파이프라인을 갖고 연구개발 중이다.

홍 대표는 "최근 누리호 발사 장면을 보면서 가슴이 뛰었다. 소재의 필요성 때문이다. 바이오그래핀 분야는 안전성, 표준 등 다양한 접목이 필요하다"면서 대덕연구단지와의 협력도 제안했다.

한편 11월 대덕혜윰포럼은 24일(수) 오전 7시 20분 한국화학연구원 앞 디딤돌프라자에서 열릴 예정이다.

홍병희 그래핀스퀘어 대표이면서 서울대 교수가 그래핀 상용화 상황, 지역으로 본사 이전, 앞으로 계획을 소개하고 있다