그래핀 관련주 국일제지, 그래핀 상용화 임박?

 최근 그래핀 관련주들이 일제히 폭등한 적이 있었습니다. 그래핀 관련주 종목들 중 대장주라고 볼 수 있는 국일제지의 주가그래프를 보면 1000원 이하였던 동전주가 5배까지 급증한 모습입니다. 국일제지가 갑자기 급등한 이유는 자회사인 국일그래핀이 그래핀 제조 기술 시연회에서 제조설비를 선보였는데 여기에 구글 관계자가 참여했기 때문으로 알려졌습니다. 그리고 기술 완성 후 '구글과 투자협의에 나설 것'이라는 발표를 내면서 주가는 연일 폭등합니다. 시장은 그래핀이 상용화될 거라는 기대감으로 인해 그래핀 관련주들은 일제히 상승했습니다. 한편 학계에서는 있을 수 없는 일이라며 '기술 검증'을 요구하는 목소리가 나오고 있기도 합니다. 그래핀이 도대체 무엇이길래, 주식시장에서 이렇게 논란이 되고 있는 것인지 자세히 알아보도록 하겠습니다.

 

그래핀이란? 그래핀의 발견

 그래핀은 탄소들이 6 각형 형태로 2차원 평면을 이루는 구조의 물질을 말합니다. 두께가 0.2nm로 원자 1개 두께이기 때문에 굉장히 얇습니다. 그리고 그래핀은 탄소 원자만으로 구성됩니다. 지구상에 탄소는 널리고 널렸지만, 탄소의 결합 형태에 따라 다양한 물질로 나타납니다. 이들은 탄소 동소체라고 부르는데 연필심에 있는 흑연, 반지에 있는 다이아몬드가 탄소 동소체 중 하나입니다. 그래핀의 존재는 굉장히 오래전부터 알려져 있었습니다. 1947년의 한 학자가 '흑연을 한 겹만 분리해내면 독특한 물리적 성징을 지닌 물질이 나타날 것이다.'라고 말했습니다. 흑연의 원자구조를 보면 탄소들의 6각형 형태로 2차원 평면이 층층이 쌓여 있습니다. 이 흑연에서 한 층만 떼어낸다면 지구상의 새로운 물질을 발견하게 되는 것으로 굉장히 쉬워보이지만, 많은 자들이 도전했으나 실패했습니다. 1962년 과학자들은 연필심이나 흑연을 이용해 극소량의 그래핀을 만들었던 적은 있었지만 그 이상의 연구 성과는 없었습니다.

 

 

 그러던 지난 2004년 영국의 맨체스터 대학의 안드레 가임과 노보셀로프 교수는 스카치 테이프를 이용해 그래핀을 만들어 냅니다. 그리고 2차원 물질을 발견했다는 획기적인 공로를 인정받아 노벨 물리학상까지 수상합니다. 그들이 그래핀 제조법을 발견하고 노벨상을 받을 수 있었던 방법은 정말 황당할 정도로 간단했습니다. 스카치 테이프에 흑연을 붙이고, 다른 스카치테이프로 붙였다 떼었다를 반복하는 것이었습니다. 흑연의 원자구조는 이러한데 한겹씩 벗겨내다보면 마침대 그래핀을 얻게 됩니다. 흑연이 강도가 낮은 물질이라는 특성을 이용한 방법입니다. 더 재미있는 것은 이 방법이 공식적인 실험에서 나온 것이 아니었다는 것입니다. 노벨상을 수상한 노보셀로프 교수팀은 금요일 저녁마다 엉뚱하고 기발한 실험을 했는데, 재미삼아 세상에서 가장 얇은 막 만들기를 하다가 그래핀이 실제 존재함을 증명하게 됩니다. 이후 그래핀은 본격적으로 세상에 물질로 등장하며, 한 차원 뛰어넘는 기술의 도약을 기대하게 합니다.

 

 

그래핀의 특징

 그렇다면 그래핀은 어떤 특징 때문에 이렇게 주목받는 것일까요? 첫번재 특징은 뛰어난 물리적 강도입니다. 그래핀의 물리적 강도는 강철보다 200배 이상 강합니다. 그래핀은 탄소 결합이 빼곡해서 무척 단단하기 때문입니다. 그래핀의 두번째 특징은 열 전도성이 우수하다는 것입니다. 열 전도가 우수하다고 알려진 구리나 알루미늄 같은 금속보다 10배 정도 높습니다. 그래핀이 원자의 진동을 쉽게 전달할 수 있기 때문입니다. 그래핀의 세번째 특징은 휘어지고 늘어나는 탄력성을 가진다는 것입니다. 그래핀을 20%까지 늘리더라도 그래핀의 고유한 특성은 변하지 않습니다. 높은 물리적 강도와 전기전도성을 잃지 않는다는 것입니다. 그래핀의 네번째 특징은 전자 이동시 저항이 낮습니다. 전자가 마치 질량이 없는 것처럼 움직여 기존 반도체보다 전기의 흐름이 빨라질 수 있습니다. 현재 반도체 소재인 실리콘보다 무려 140배나 전자가 빠르게 움직인다는 특징을 가져 반도체 기판을 대체할 수 있다는 것입니다. 이런 그래핀의 우수한 장점들로 인해 그래핀이 활용될 분야는 무척 다양하고 무궁무진할 것으로 기대하고 있습니다. 그래핀이란 새로운 물질의 출현에 다들 즐거운 상상력을 발휘하고 있습니다.

 

 

그래핀은 어떤 분야에 응용될까요?

 기존의 투명전극이나 투명 디스플레이를 대체할 것으로 내다보고 있습니다. 기존의 투명전극이나 디스플레이는 유연하게 휘는데 한계가 있습니다. 그래핀을 활용한 디스플레이는 휘어지기도 하고 늘어나기도 하고, 전자가 잘 이동하기 때문에 차세대 디스플레이로 제격입니다. 같은 원리로 투명 망토도 만들 수 있는데, 이를 방위산업분야로 접목하면 전투복 색깔을 카멜레온처럼 바뀌게 해주는 군복도 만들어집니다. 군복을 넘어 탱크에도 그래핀을 적용시키면 튼튼하면서도 주변 환경에 위장이 가능한 강력한 무기가 될 수 있습니다. 반도체도 한 단계 업그레이드 될 것입니다. 일단 저항이 낮기 때문에 열손실이 적어 반도체 기능을 한층 업그레이드 될 것입니다. 그 외에 연료전지 즉, 배터리에 그래핀이 쓰이면 기존 배터리보다 훨씬 빠르게 충전되고 더 많은 양을 저장할 수 있도록 성능이 개선될 것입니다.

 

 

국일제지 & 국일그래핀, 그래핀 상용화 임박 소식에 주가 폭등

 그렇다면 그래핀이 상용화가 되었을까요? 아직 일반인이 그래핀 제품을 이용할 단계는 당연히 아니지만 실험실에서는 계속 기술이 진일보하고 있는 것으로 보입니다. 싸게 많이 만들 수 있어야 하고 그 품질이 균일해야 양산이 가능한 것인데 아직까지는 양산이 되었다고 하기는 어렵습니다. 서로 자신의 기술이 양산에 근접했다고 기업들의 홍보가 한창인 상황입니다. 그래핀을 만드는 방식은 크게 두 가지 방식입니다. 흑연에서 직접 그래핀을 뽑아내는 방식인 일명 Top-down 방식, 그리고 탄소들을 증착시켜서 그래핀을 만들어내는 Bottom-up 방식으로 구분됩니다. Top-Down 방식은 다시 기계적 박리와 화학적 박리로 구분됩니다. 기계적 박리는 앞서 말한 스카치 테이프로 흑연에서 그래핀을 분리해내는 방법이라면, 화학적 박리법은 말그대로 흑연을 화학처리해서 그래핀을 분리하는 방식입니다. 기계적 박리법에서의 그래핀은 결과물은 좋지만 양산에 적합한 방식이라 할 수 없으며, 화학적 박리법은 플레이크나 용액형태로 대량생산이 가능하지만 품질이 낮습니다. 주로 고강도 강판을 만들 때 배합하거나 충전속도가 빠른 이차전지, 자동차나 비행기 경량화에 그래핀 플레이크가 쓰입니다. Bottom-up 방식은 대표적으로 CVD 방식이라고 해서 증착 방식을 말합니다. 탄소원을 기판 위에 증착시켜 만들어내는 기술입니다. 품질도 우수하고, 그래핀의 물성을 그대로 활용하여 다양할 곳에 쓰일 수 있어 각광받는 방식입니다. 결국 이 방식의 패권을 가져가는 기업이 그래핀 시장의 향방을 가를 것으로 보이며, 다행히 우리나라가 CVD 방식에서는 선도하고 있는 상황입니다. 최근 주식시장에 그래핀 붐을 일으킨 국일제지는 플라즈마를 활용한 CVD 방식인데, 우리나라 그래핀 권위자이자 그래핀 스퀘어라는 그래핀 제조사를 운영중인 홍병희 서울대 화학부 교수는 국일제지 측에 그래핀 기술 공개 검증을 요구하면서 진실이 무엇이냐하는 논란이 있기도 했습니다. 국일그래핀의 기술은 사외이사인 윤순길 충남대 재료공학과 교수의 논문에 근거한 기술인데, 국일그래핀의 입장은 '해당 기술 관련 미국 특허 등록을 완료한 상황이고 구글이 기술을 굉장히 좋게 봐줬으며 불량률도 낮고, 간편하고 축소된 제조공정으로 제조원가가 낮아 대면적 그래핀 상용화가 가능할 것이다.'라고 말하면서 이 소식이 들리자 주가는 4~5배가 오르며, 국일제지의 임원들은 스톡옵션을 행사해 그야말로 잭팟을 터트렸습니다.

 

 

정말 그래핀을 성공했을까?

 이에 대해 홍병희 교수 및 다른 그래핀 연구원 측은 대기업이 10년 매달려도 어려운 것이 그래핀 상용화이며, 그래핀 특허나 논문은 이미 수도 없이 많다면서 그 기술이 성공적이라는 객관적인 증거나 사실이 없다며 기술검증을 공개적으로 해보라고 의혹을 제기했습니다. 이에 국일제지는 일일이 대응하지 않겠다는 입장이며, 이는 구글에게 기술 시연을 잘하면 되지 왜 경쟁사에게 기술검증을 하냐는 속뜻이 숨겨져있는 것 같습니다. 누가 진실을 말하는 지는 시간이 지나봐야 알겠지만, 일각에서는 회사가 개인 투자자들을 호도하고 있다고 경고하고 있으며, 한쪽에서는 국내 그래핀 주류세력이 배아파서 질투하는 것이 아니냐는 시각도 있는 것 같습니다. 왜냐하면 의혹을 제기한 쪽이 순수 학계의 의견이라기보다는 자신도 그래핀 회사를 운영하고 있기 때문입니다. 이런 그래핀의 놀라운 잠재력과 상용화가 얼마 남지 않았다는 기대감에 그래핀과 조금이라도 관련있는 회사들은 그래핀 관련주, 그래핀 테마주로 묶여 주가가 요동치고 있습니다. 몇몇 회사들은 그래핀 사업을 철수했거나 특허만 있을 뿐 관련 사업이 없는데도 그래핀 테마주로 묶여있어 그래핀 관련주에 대한 묻지마식 투자에는 우려의 목소리도 들립니다. 그래도 그래핀 기술은 우리나라가 앞서가고 있는 것은 사실이며 기술 현장에서는 선의의 경쟁이 계속되어 다가올 미래에는 한국이 그래핀 분야에서 독점적 지위를 차지했으면 좋겠습니다.

 

과련 기사 링크

한국경제 - 그래핀 테마주 폭등...국일제지發 '진실게임'

연합뉴스 - 서울대 연구팀, 신소재 '그래핀' 상용화 기술 세계 최초 개발

 

 

 

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