안녕하세요. 이수민 전문가입니다.
탄소가 다양한 형태를 갖는 건 결합 방식이 세 가지로 갈리기 때문이에요. 네 방향으로 결합하면 다이아몬드처럼 단단한 3차원 구조가 되고, 세 방향으로 결합하면 흑연과 그래핀 같은 평면 구조가 돼요. 같은 원소인데 결합 각도 하나로 세상에서 가장 단단한 물질과 연필심이 갈리는 거예요.
상용화된 사례부터 보면 탄소섬유가 가장 성숙해요. 항공기 동체와 자동차 부품, 골프채와 자전거 프레임에 이미 널리 쓰여요. 탄소나노튜브도 실제 제품에 들어가는데, 배터리 전극에 소량 섞어 전도성을 높이는 도전재로 쓰이는 게 대표적이에요. 국내 기업들이 이 분야에서 생산 능력을 갖추고 있어요. 그래핀은 기대만큼 빠르진 않지만 방열 시트와 복합재 첨가제 형태로 제품에 들어가기 시작했고, 최근에는 주방가전 방열부품과 기능성 의류 쪽 적용이 늘고 있어요.
연구 방향은 세 갈래로 보여요. 첫째는 대면적 양산 기술이에요. 그래핀을 결함 없이 넓게 만드는 게 아직 가장 큰 벽이라, 여기를 푸는 쪽에 힘이 실려 있어요. 둘째는 에너지 분야예요. 배터리 음극에 실리콘과 탄소를 섞는 복합재, 슈퍼커패시터 전극, 수소 저장 소재 연구가 활발해요. 셋째는 반도체 대체 가능성인데, 탄소나노튜브로 트랜지스터를 만들어 실리콘의 한계를 넘어보려는 시도가 이어지고 있어요.
여기에 요즘 두드러지는 흐름이 하나 더 있어요. 대기 중 이산화탄소를 포집해 탄소 소재로 바꾸는 연구예요. 폐기물이자 온실가스인 탄소를 원료로 되돌리는 방향이라 환경 정책과 맞물려 투자가 늘고 있어요 :)