그래핀시장 분석 및 경쟁우위를 갖추기 위한 방안

 

 

 

□ 그래핀(Graphene)이란?

 

 ○ 그래핀은 ‘꿈의 신소재’로 탄소 원자가 2차원 상에서 벌집모양의 배열을 이루면서 원자 한층의 두께를 가지는 전도성 물질

 

 ○ 현존하는 가장 얇고 강성이 높은 소재로 알려져 있으며, 높은 전하 이동도, 열 전도율 및 허용 전류 밀도를 가지고 있음.

 

 ○ 휘어지는 성질로 인해 Flexible display나 이차전지, 자동차, 광 검출기등에 적용될 차세대 소재로 주목받고 있음. 뛰어난 전기적, 기계적, 열적, 및 광학적 특성을 바탕으로 응용 분야와 성장성이 무궁무진함.

 

그래핀의 화학적·물리적 성질 및 특성

성질	특성	비고
전기적 성질	전하 이동도	실리콘의 100배, 구리의 150배
	최대허용 전류밀도	구리의 100배
	면 저항	구리의 35% 미만
	밴드갭(eV)	0~0.3(실리콘의 경우 1.11)
기계적 성질	강도	강철의 200배, 다이아몬드의 2배
	유연성/신축성	원면적의 20%(ITO의 경우 1%)
열적 성질	열 전도율	다이아몬드의 2배
광학적 성질	투명도	98%/층(ITO는 80%)

 

□ 그래핀 시장 현황

 

 ○ 시장규모 및 성장성

  - 그래핀 시장 규모는 2104년 기준 2000만 달러에서 2024년 3억9000만 달러까지 증가할 것으로 전망(IDTechEx 자료)

 

그래핀 시장 전망

(단위: US$ 백만)

자료원: IDTechEx Graphene Markets, Technologies and Opportunities 2014~2024

 

  - 그래핀은 현행 상용화를 위한 연구 중에 있으며, 상용화 시 디스플레이, 반도체, 이차전지, 자동차, 광 검출기, 기능성 잉크, 레이저 산업 등 적용분야가 광범위해 폭발적인 시장잠재력을 보유하고 있다고 평가

  - 단, 그래핀의 상용화가 터치패널분야와 2차 전지분야로 국한될 경우 시장규모가 2024년 기준 1억4100만 달러 정도로 축소될 것이라는 전망치도 존재(Yole Development, Graphene Materials for opto & electronic applications 자료)

 

  자료원: Yole Development, Graphene Materials for opto & electronic applications

  - 그래핀 상용화 시점은 2019년으로 2013년부터 2019년까지는 주로 연구 목적으로 수요가 한정돼 연평균 18.5%의 성장률을 보일 것이고, 2019년 이후에 응용분야가 점차 확대돼 2024년까지 연 37.5%의 성장세를 보일 전망임.

  - 결론적으로 시장의 잠재적 성장성은 큰 반면, 상업화 시점 및 적용 분야의 범위에 따라 시장 성장규모가 큰 편차를 보일 것으로 분석됨.

 

 ○ 공급망 현황

 

그래핀 서플라인 체인 현황

자료원: Grephene Tracker http://www.graphenetracker.com/invest/

 

  - 그래핀은 다양한 구조와 형태로 제어될 수 있으며, 각각은 다른 미세구조, 층 수, 산소 함유량 등 상이한 성질을 가지고 있어 적용될 수 있는 시장 분야가 상이함.

  - 각 분야에 적용될 수 있도록 하는 기술적 요구사항이 다르기 때문에 그래핀 공급시장 역시 적용분야에 따라 세분화될 것이며, 결론적으로 그래핀시장은 여러 하부 시장구조로 분할될 것으로 전망됨.

   (1) 위 그림은 그래핀 하부시장별 대표적인 생산업체를 도식화한 것임.

   (2) 대표적인 그래핀 연구 및 생산 기업으로 케나다의 Nano Integris, 미국의 XG Sciences, Angstron Materials, 한국의 Graphene Square, 중국의 Ningbo Morsh Technology사 등이 있음.

   (3) 세계 최초로 그래핀 상업 생산에 성공한 XG Science는 한화, 포스코 등이 지분을 갖고 있으며 올해 초 Samsung Venture Capital Investment로부터 투자를 유치함.

   (4) IBM, Samsung 등의 회사가 곧 그래핀을 적용한 제품을 생산할 것으로 예상됨.

 

 ○ 세계 각국 정부도 신소재인 그래핀에 큰 관심

  - 한국 정부는 ‘그래핀 소재 부품 상용화 기술개발사업’에 2100억 원을 지원키로 발표했으며, 이는 역대 최대 규모의 연구개발사업(산업통상자원부 자료)

  - EU는 향후 10년간 그래핀 상용화 연구를 하는 기업 및 연구소에 10억 유로를 지원키로 결정함. 대표적인 기업으로 Nokia, Airbus, Philps, Repsol 등이 있음.(Bloomberg Businessweek 자료)

  - 영국 정부는 맨체스터 대학에 6000만 파운드를 투자해 GEIC(Graphene Engineering Innovation Center)를 개설(2014년 9월 10일)키로 결정(HEFCE 자료)

  - 싱가포르는 5년간 1000억 원 규모의 그래핀 관련 투자를 계획, 그래핀 상용화에 관심(HEFCE 자료)

 

□ 그래핀시장에서 경쟁우위를 갖추기 위한 방안

 

 ○ 한국 기업 및 기관의 그래핀 관련 특허보유 현황은 글로벌 Top 10 기관 중 4개가 포진(2014년 4월 기준)

 

 ○ 특허출원 건수를 기준으로 하면 미국, 일본을 제치고 1위를 차지하고 있어 현 그래핀 연구개발 수준은 이미 선진국 수준이며 그래핀이 응용될 수 있는 반도체 및 디스플레이, 2차 전지산업에서 한국이 강점을 갖고 있기 때문에 향후 시장 성장잠재력도 높다고 평가됨.

 

자료원: Reuters

 

 ○ 단, 그래핀의 형태나 구조에 대한 원천 특허에 비해 이를 제작하고 적용할 수 있는 '응용기술'에 대한 특허는 상대적으로 미흡함.

  - 특허에서의 우위가 제품 생산 우위로 연결되지는 않기 때문에 현행 한국의 그래핀 관련 발명품 수는 중국과 미국에 이어 3위에 위치함. 그래핀의 응용범위는 점차 확대되고 있기 때문에 이를 상용화하는 기술에 대한 연구가 활발히 이루어져야 시장 선점 및 수익원 창출에 유리할 것으로 판단됨.

 

국별 그래핀 발명품 수

자료원: Reuters

 

 ○ 현재의 높은 생산비용은 그래핀 상업화에 걸림돌이 돼 향후 기술개발은 고품질의 그래핀을 낮은 원가에 대량생산을 가능하게 하는 기술 및 관련 생산 절차가 될 것임.

 

 ○ 현재 국내 업체 중 그래핀의 대량 생산에 성공한 업체는 없으며, 대부분이 소량의 파일럿 제품 생산에 그침.

 

향후 그래핀 가격 예측

(단위: Euro/㎠)

자료원: Graphena

 

 ○ Graphena에 따르면 그래핀 대량생산체제가 갖춰져 가격 측면에서 터치패널 제작에 필수 소재인 ITO를 대체할 수 있으리라 예상되는 시점은 2022년 경임. 그래핀의 대량생산에 대한 연구가 소재의 상용화에 핵심인 만큼 이 부분에 대한 특허권을 우선 확보하는 것이 타 기업대비 경쟁우위를 차지하는데 중요한 요소로 부각됨.

  - 이를 위해 핵심기술 개발 및 생산원가 감축을 위해 기업 간의 파트너십 및 M&A 등이 더 활발해질 것으로 예상됨.

 

 ○ 소재는 다양한 산업에 포괄적으로 적용될 수 있어 국가 산업경쟁력을 높히는데 중요한 분야임. 그간 소재산업분야에서 한국의 경쟁력이 상대적으로 낮았으나 그래핀은 한국이 세계시장을 리드할 수 있는 소재분야로 평가되는 만큼 정부와 민간에서 꾸준한 연구와 투자를 아끼지 말아야 할 것임.

 

 

자료원: IDTechEx, Yole Development, Reuters, Graphene Tracker, Graphenea

작성자 : KOTRA 실리콘밸리무역관 권용범

감수자 : 실리콘밸리무역관 김필성 차장