창문으로 전기 만들고 실내온도 높인다… 노벨상 물질이 이끌 가전·난방 혁명 [창간기획 : 초인류테크, 삶을 바꾼다]

입력
2024.06.07 04:30
5면
오지혜 기자
<3>어디서나 전기 쓴다
"그래핀이 금보다 더 각광 받을 것"
에너지 효율과 편의성 높일 신소재
합성기술 현재 한국이 세계 상위권
결점 없는 단결정 만들어야 상용화

편집자주

AI와 첨단 바이오 같은 신기술이 인류를 기존 한계를 넘어서는 초인류로 진화시키고 있습니다. 올해로 일흔 살이 된 한국일보는 '초인류테크'가 바꿔놓을 미래 모습을 한발 앞서 내다보는 기획시리즈를 총 6회에 걸쳐 보도합니다.

"지금까진 기대에 못 미쳤지만, 30년 뒤에는 그래핀이 금보다 더 주목받으며 활발하게 쓰일 겁니다. 그래핀 덕에 자동차나 비행기, 건축 소재 등이 훨씬 가볍고 강해질 테니까요. 낮 동안 창문으로 쏟아지는 햇살을 모아 전기를 생산하고, 어떤 창문은 터치 스크린으로 사용할 수 있을 거에요."

로드니 루오프 기초과학연구원(IBS) 다차원 탄소재료 연구단장은 미래 인류의 생활이 그래핀을 통해 많이 바뀔 것이라고 내다봤다. 2004년 등장 이후 전례 없는 속도로 6년 만에 노벨상을 거머쥔 이 물질이 머지않은 미래에 에너지 효율과 편의성을 눈부시게 향상시킬 거란 예상이다.

부엌부터 바꾸기 시작한 그래핀

탄소 원자들이 육각형으로 연결돼 평면을 이루는 2차원 물질인 그래핀은 '꿈의 신소재'라는 별칭을 얻었다. 두께가 원자 하나 정도로 얇아 쉽게 구부릴 수 있는데도 강도는 철의 200배나 되고 전도성은 구리의 100배나 좋아서다. 세상에 처음 알려진 지 20년이 지났는데, 그래핀 가루를 섞은 칫솔이나 옷 같은 '로우엔드' 제품은 시장에 나왔지만 획기적인 '하이엔드' 제품은 소식이 없었다.

그러다 2022년과 지난해 미국 시사주간지 '타임'이 기대감을 다시 끌어올렸다. 국내 벤처기업 '그래핀스퀘어'가 만든 키친 스타일러(주방용 조리기구)와 라디에이터(휴대용 난방기)를 2년 연속 '올해 최고 발명'으로 선정한 것이다. 이들 제품은 그래핀의 특성을 살려 가전과 난방의 혁명을 꾀했다는 평가를 받았다.

핵심 기술은 구리 위에서 합성해 얻어낸 그래핀을 유리에 입히고 전류를 흘려 열을 내는 것이다. 그러면 그래핀이 투명해 유리에서 열이 나는 것처럼 보인다. 그래핀의 전도성이 좋기 때문에 발열 효율이 높아 전기도 덜 소모되니 친환경적이기도 하다. 이 기술을 적용한 조리기구는 20분 만에 5~6인분의 밥(400와트 기준)을 지을 수 있다. 홍병희(서울대 화학과 교수) 그래핀스퀘어 대표는 "현재의 코일 히터 방식을 그래핀으로 대체하면 전자파 발생 문제가 없다"며 "창문 크기로 그래핀을 코팅하면 창문 자체를 난로로 쓸 수도 있을 것"이라고 예상했다.

그래핀을 태양전지 전극이나 디스플레이 발광 소자에 활용하기 위한 연구도 활발하다. 수소에너지 생산에 필요한 촉매, 전기 저장장치인 슈퍼커패시터의 소재 등에 그래핀을 적용하려는 기술 역시 많이 시도되고 있는 만큼, 미래 에너지 산업에 미칠 영향이 작지 않을 거란 전망이다.

고부가가치 그래핀 산업 언제쯤

그래핀을 이용해 다양한 고부가가치 상품을 시장이 수용 가능한 가격으로 만들기 위해서는 결함 없는 단결정 형태로 많이 생산해야 한다. 단결정이란 내부 구성 원자가 일정한 축을 따라 규칙적으로 배열된 고체로, 어떤 물질을 단결정으로 만들면 고유의 성질을 극대화할 수 있다. 2021년 세계 최초로 28㎠짜리 단결정 그래핀을 만들어낸 루오프 단장은 "(단층 단결정 그래핀을 잘 만들게 되면) 2중층, 3중층으로도 합성할 수 있어 더 다양한 재료로 사용될 것"이라고 했다.

홍병희 대표 역시 "실리콘 활용도 '잉곳(고온에 녹인 고순도의 실리콘을 결정으로 성장시킨 물질)'을 만드는 데서 시작했듯, 그래핀도 웨이퍼(반도체 기판)만한 크기의 단결정을 결점 없게 만들 수 있어야 한다. 하지만 매우 힘든 일이라, 10~20년은 더 걸릴 것"이라고 전망했다. 정재일 서울시립대 물리학과 교수는 "한국은 그래핀 합성 기술로 보면 세계 상위권에 있다. 젊은 연구자들 유입이 더 필요한 시점"이라고 말했다.

목차별로 읽어보세요

  1. ① <1>반도체 생태계의 진화
    1. • '인간 한계 도전' SF 같은 신기술 7개는 무엇?
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  3. ② <2>안 아프고 100세까지
    1. • "치매도 정복"… 기적의 맞춤약 'RNA 처방' 시대 성큼
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    2. • 엑소좀 '초소형 주머니'에 약물 담아… 치료 필요한 조직에 총알배송
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    3. • 신약 개발 '눈'의 진화… AI 현미경, 구글 지도 보듯 세포 들여다본다
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024052421080003272)
  5. ③ <3>어디서나 전기 쓴다
    1. • 우주에서 만든 전기 우리 집에서 받아 쓰는 세상 올까
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024051214240000312)
    2. • 물 밖으로 안 나오고 배터리 충전하는 무인잠수정 만든다
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024051214410005414)
    3. • 30초 충전해 수백km 가는 슈퍼캡 열차 달린다... 전기배, 전기비행기도 가능
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024041911160005163)
    4. • 창문으로 전기 만들고 실내온도 높인다… 노벨상 물질이 이끌 가전·난방 혁명
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024042514310003400)
  7. ④ <4>AI 대 AI, 인간 대 AI
    1. • 화이트도 블랙도 없다… “아무것도 믿지 말라” 보안이 곧 생존
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024060614240003594)
    2. • 사람인 척 심리 공격까지… 뛰는 AI 위에 나는 '보안 전문가' 키운다
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024042614300002959)
  9. ⑤ <5>통신, 경계가 사라지다
    1. • 달 기지에서 OTT 본다?... 6G 넘어 7G, 8G 통신 시대
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024052917210000902)
    2. • 원격수술과 홀로그램 실현할 초공간 네트워크, 'AI 지휘관' 없이는 불가
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024053115060003189)
  11. ⑥ <6>에필로그 : '서아의 사춘기'
    1. • 뇌 스캔해 딸의 기억 물려받은 가상인격에게도 사춘기가...
      (www.hankookilbo.com/News/Read/A2024052816410005762)


오지혜 기자

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채상병 수사외압 의혹
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군검찰, '채 상병 사망' 박정훈 대령에 징역 3년 구형..."매우 중대한 범죄, 엄벌 필요"
군검찰이 항명 및 상관명예훼손 혐의로 기소된 박정훈 전 해병대 수사단장(해병 대령)에게 징역 3년을 구형했다. '채 상병 사망사건'의 초동 조사 수사단장인 박 대령은 "조사 결과의 민간 경찰 이첩 보류 명령를 명확히 지시받은 적 없다"며 무죄를 주장했다. 군검찰은 21일 오후 서울 용산구 중앙지역군사법원에서 진행된 결심공판에서 "군의 기강을 담당하는 군사경찰 고위장교라는 점을 감안하면 매우 중대한 범죄"라고 지적한 뒤, "군 전체의 기강에도 큰 악영향을 끼쳤다는 점을 고려할 때 엄벌이 필요하다"며 징역 3년의 실형을 재판부에 요구했다. 항명죄를 규정한 군형법 제44조에서 전시 등을 제외한 '그 밖의 상황'에 적용되는 최고 형량을 제시한 것이다. 박 대령은 지난해 7월 19일 발생한 채 상병 순직 사건의 조사 결과 보고서를 같은 달 30일 이종섭 전 국방부 장관에게 대면 보고했다. 이 전 장관은 보고서를 결재했다가 돌연 경찰 이첩 보류를 지시했지만, 박 대령은 8월 2일 관련 서류를 관할인 경북경찰청에 인계했다. 군검찰은 이 과정에서 민간 경찰 이첩을 보류하라는 김계환 해병대사령관의 명령에 따르지 않고, 언론 발언 등을 통해 상관인 이 전 장관의 명예를 훼손한 혐의로 박 대령을 지난해 10월 재판에 넘겼다. 박 대령은 그러나 항명 혐의에 대해 극구 부인했다. 그는 이날 최후 변론을 통해서 "김 사령관은 이첩 보류 명령이 명시적이거나, 구체적이거나, 어떤 내용으로든 이첩 보류를 명령한 사실이 없다"며 "사건 이첩을 중단시킬 그런 명확한 의사도 없었다"고 말했다. 이어 "(검찰은) 김 사령관이 이첩 보류 명령을 7월 31일부터 8월 1일까지 3회에 걸쳐서 했다고 하는데, 3회에 걸친 명령을 수명하지 않았는데 적절한 조치가 취해지지 않은 것 자체가 명령이 없었다는 방증"이라고 주장했다. 박 대령은 이 전 장관에 대한 상관명예훼손 혐의에 대해서는 "(군)검찰의 자의적이고 잘못된 입건이자 기소"라고 반박했다. 박 대령은 "처음엔 항명죄로 해오다가 구속영장을 청구하면서 예비적 창구로 검찰이 상관명예훼손을 갖고 나왔다"며 "상관(이 전 장관)이 명예훼손당했다는 진술서 한 장 없는 경우가 어딨느냐"고 말했다. 이어 "장관의 명예를 훼손시킬 고의나 목적, 의도는 전혀 없었다"고도 덧붙였다. 이날 결심공판에는 조국 조국혁신당 대표와 추미애 더불어민주당 의원 등 야당 의원들도 대거 방청했다. 마침 박 대령 생일이기도 해, 그의 어머니도 방청석에 자리를 함께했다. 박 대령을 응원하기 위해 온 해병대 예비역 연대, 현역 장병 부모 모임 등 시민들도 있었다. 100여 명이 방청할 수 있는 법정이 가득 차면서, 일부는 통로에 앉거나 서서 재판을 지켜봤다. 검찰의 징역 3년에는 방청석 곳곳에서 고성과 야유가 터져 나왔다. 박 대령에 대한 선고는 이르면 다음 달 이뤄질 전망이다.