한국화학연구원의 한 연구원이 꿈의 신소재로 잘 알려진 나노 소재 그래핀을 제조하고 있다. /사진제공=한국화학연구원

21세기의 양대 화두는 정보기술(IT)과 에너지다. 때문에 디스플레이ㆍ반도체ㆍ2차전지ㆍ태양전지 등 전자·에너지 분야의 기술혁신이 가속화하고 있으며 산업 파급력 또한 날로 커지고 있다.

한국과학기술정보연구원(KISTI)은 최근 마켓리포트에서 이 같은 시대적 트렌드가 앞으로도 지속될 것이라며 신성장동력 창출에 목마른 중소기업들의 미래 캐시카우로 나노융합 신소재를 지목했다.

초소형이나 초경량의 구현은 물론 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 컴퓨터, 손목시계 스마트폰 등 혁신제품 개발의 단초가 된다는 이유에서다. 나노융합 신소재는 나노기술(NT)을 접목해 기존에는 지니지 못했던 기능이나 기술적 효용성을 제공하는 신소재를 말한다.

글로벌 리서치기업 프리도니아그룹이 내놓은 분석보고서에 따르면 전세계 나노융합 신소재 시장규모는 지난 2008년 14억달러에서 올해 35억달러로 급성장할 것으로 전망된다. 또한 2018년 90억3,500만달러 시장을 형성한 뒤 2025년에 이르면 이보다 4배 가까이 늘어난 343억달러를 돌파할 것으로 내다봤다. 가히 비약적인 성장을 거듭할 것이라는 얘기다.

그러나 국내에서는 소재 산업의 괄목할 만한 외형적 성장에도 불구하고 나노융합 신소재 부문의 해외의존도가 높다. 장기간의 연구와 막대한 투자비가 요구되는 반면 성공 가능성은 매우 낮아서다.

유선희 KISTI 산업시장분석실 연구원은 "나노입자는 우주항공, 자동차, 코팅, 위생, 복합체, 건설, 화장품, 에너지, 환경·수처리, 의료, 바이오, 섬유 등 사실상 거의 전산업 분야에 응용될 수 있다"며 "이 중 가장 성장성이 높은 영역은 에너지 분야"라고 설명했다.

유 연구원은 이어 "에너지 분야에 국한하면 앞으로 4~5년은 나노입자 기반 리튬이온 배터리가 시장을 주도할 것"이라며 "연료전지와 태양전지 분야 역시 향후 10년간 상업성을 갖추면서 나노 촉매제 등의 시장이 고도성장을 구가한다는 게 지배적 시각"이라고 전했다.

KISTI는 신재생에너지와 관련해 태양전지, 메탄 연소, 폐기물의 연료 변환 같은 기술에 나노 소재를 적용할 수 있다고 밝혔다. 이미 이산화티타늄(TiO2) 나노입자가 염료 감응형 태양전지의 핵심 소재로 활용되고 있으며 연잎과 유사한 자가세정(self-cleaning) 기능을 갖는 나노 코팅 기술을 태양전지에 채용하기 위한 연구도 전세계적으로 활발한 상태다.

리튬이온 배터리는 나노결정 재료와 탄소나노튜브를 이용함으로써 전력밀도, 수명, 충·방전 속도를 월등히 개선할 수 있다. 또 하이브리드차 대중화의 난제 중 하나인 고효율ㆍ저비용 배터리팩 개발도 나노 소재를 통해 실현될 과제로 손꼽힌다.

유 연구원은 "앞으로 10년에 걸쳐서 연료전지와 태양전지 기술이 상업적으로 부각되면 나노소재를 사용하는 촉매제와 다른 성분에 대한 시장이 열릴 것으로 기대된다"고 말했다.