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[우연소]치약 속 F, 반도체·배터리 핵심소재였다

계면재료 화학공정 연구센터는 국내에서 유일하게 특수한 불소 화합물을 전문적으로 연구하는 핵심 기관입니다. 이곳에서는 불소 화합물의 설계와 합성뿐만 아니라 제조 공정의 스케일업까지 전 과정을 통합적으로 다루며, 독보적인 기술력을 바탕으로 국가 산업의 기초를 다지고 있습니다. 불소 소재는 다루기 매우 까다로운 특성이 있어 고도의 전문성이 요구되지만, 센터는 이를 안전하게 제어하고 혁신적으로 활용하는 기술을 보유하고 있습니다. 이러한 전문성을 바탕으로 국내 소재 강국의 기틀을 마련하는 데 중추적인 역할을 수행하며 국가 경쟁력을 높이고 있습니다. 불소 소재는 반도체, 디스플레이, 이차전지, 자동차 등 대한민국의 핵심 전략 산업 전반에 걸쳐 광범위하게 활용되는 필수 자원입니다. 지난 2019년 갑작스러운 수출 규제 사태가 발생했을 때, 센터는 그동안 묵묵히 축적해온 연구 성과를 바탕으로 산업계의 막막함을 해소하고 발 빠른 기술 대응에 앞장섰습니다. 당시의 성과로 다수의 정부 표창을 받는 등 연구 역량을 입증했으며, 현재는 정부와 민간 기업 모두가 신뢰하는 국가적 핵심 연구소로서 확고한 입지를 굳혔습니다. 이러한 책임감을 바탕으로 센터는 국가 공급망 안정화를 위해 끊임없이 정진하고 있습니다. 연구소 내부의 실험실에서는 고온과 고압을 견디는 특수 반응기와 안전 박스형 후드를 이용해 정밀한 화학 합성이 이루어집니다. 불소계 고분자 소재의 원료는 주로 가스 형태이기 때문에, 위험 요소를 차단하면서 고압의 환경에서 안정적으로 소재를 합성해내는 기술이 센터의 핵심 역량입니다. 이렇게 개발된 고분자 소재들은 자동차나 항공 우주 산업의 내구성 강한 부품으로 응용될 뿐만 아니라, 반도체 및 디스플레이 공정에서 필수적으로 사용되는 식각 가스의 원천 기술이 됩니다. 이는 첨단 산업의 정밀도를 결정짓는 중요한 요소로서 산업 현장의 고도화를 직접적으로 이끌고 있습니다. 실험실 규모의 기초 연구를 넘어, 파일럿 동에서는 상업화의 가교 역할을 하는 스케일업 연구가 본격적으로 진행됩니다. 이곳에서는 열분해 장치를 가동하여 TFE나 VDF와 같은 불소 화학 산업의 핵심 단량체를 직접 제조하고, 증류탑을 활용해 불순물을 제거하는 고순도 정제 과정을 거칩니다. 이 과정은 연구실 단계의 소량 합성 기술이 실제 산업 현장에서 대량 생산으로 이어질 수 있도록 검증하고 최적화하는 필수적인 단계입니다. 고품질의 불소 소재를 안정적으로 양산할 수 있는 공정 기술을 확보함으로써 국내 불소 산업의 자립화를 실현하는 중요한 기반이 되고 있습니다. 최근에는 이차전지 바인더와 분리막, 태양전지 소재로 각광받는 PVDF 생산 기술뿐만 아니라, 환경 문제 해결을 위한 폐자원 재활용 연구에도 역량을 집중하고 있습니다. 사용 후 폐기되는 불소 고분자를 열분해하여 다시 깨끗한 원료 상태인 단량체로 되돌리는 기술은 환경 오염을 방지하고 자원 순환을 극대화하는 혁신적인 솔루션입니다. 진입 장벽이 매우 높은 불소 화학 분야에서 원료 생산부터 완제품 제조, 재활용까지 이어지는 독자적인 밸류체인을 구축함으로써, 대한민국이 글로벌 소재 시장에서 확실한 주도권을 잡을 수 있도록 연구에 매진하고 있습니다.

한국화학연구원

화학
융합
공학·기술

[생기원 기업지원] 반도체 전략 핵심소재 자립화 기술 및 장비 개발사업

몰리브덴은 반도체 공정과 같이 열적 부하가 큰 환경에서도 뛰어난 안정성을 유지하는 핵심적인 고융점 금속 소재입니다. 내식성과 내열성이 우수하며 비열 특성이 좋아 전기가 빈번하게 오가는 극한의 상황에서도 변형 없이 안전하게 성능을 유지하는 특성을 지닙니다. 특히 유사한 특성을 지닌 다른 금속들에 비해 상대적으로 가격 경쟁력이 높아 산업 현장에서 널리 선택되고 있습니다. 이러한 물리적 특성 덕분에 몰리브덴은 현대 첨단 산업의 근간이 되는 반도체 장비와 부품의 신뢰성을 보장하는 중요한 밑바탕이 되고 있습니다. 고순도 몰리브덴을 얻기 위해서는 전자빔 용해 공정을 통해 불순물을 제거하고 거대한 잉곳 형태로 주조하는 정제 과정이 필수적입니다. 하지만 이 과정에서 활용되는 전자빔 용해 기술은 대외적으로 기술 공개가 제한적이며, 운용 과정에서 자칫하면 폭발과 같은 대형 사고가 발생할 위험이 상존합니다. 장비 운용의 난도가 매우 높고 국내 기술 문헌이 부족하여 연구진들은 외국 업체와 협의하며 조심스럽게 기술력을 쌓아가고 있습니다. 이는 소재 강국으로 거듭나기 위해 반드시 넘어야 할 기술적 장벽이기도 합니다. 현재 전량 수입에 의존하고 있는 몰리브덴과 같은 희소금속 소재의 국산화는 국가 산업 경쟁력 강화를 위한 시급한 과제입니다. 한국생산기술연구원과 민간 기업의 공동 연구 개발은 소중한 인력과 재원을 투입하여 기술 혁신을 이루기 위한 필사적인 노력의 일환이라 할 수 있습니다. 이러한 기술적 성공은 단순한 소재 생산을 넘어 국내 공급망의 안정성을 확보하고 글로벌 시장에서의 입지를 다지는 중요한 계기가 될 것입니다. 나아가 양산 체계 구축을 통해 소재 분야의 기술 혁신을 선도하는 것이 궁극적인 목표입니다.

한국생산기술연구원

화학
융합
공학·기술

[KRISS 인터뷰 뒷이야기] 산업용독성가스분석표준팀 오상협 책임연구원

일본의 수출 규제 조치 이후 반도체 제조의 핵심 소재인 불화수소의 국산화가 중요한 과제로 떠올랐습니다. 당시 국내 산업계는 불화수소의 순도를 객관적으로 검증할 수 있는 시설이나 전문 기관이 부족해 큰 어려움을 겪었습니다. 대부분의 기업이 공급업체에서 제공하는 성적서에만 의존해 왔으나, 국가 차원의 공인된 분석 시스템이 없어 신뢰성 확보가 시급한 상황이었습니다. 이러한 배경 속에서 국내 연구진은 불화수소 순도 분석을 위한 전문적인 시험 평가 및 품질 평가 서비스 구축에 본격적으로 착수하게 되었습니다. 고순도 가스 분석 시스템을 구축하는 과정에서 가장 큰 과제는 기술력보다는 안전한 분석 환경을 조성하는 것이었습니다. 불화수소는 부식성이 매우 강하고 인체에 치명적인 독성을 지니고 있어, 기존의 일반적인 실험실 시설로는 취급이 불가능했기 때문입니다. 이에 연구소 측은 약 15억 원의 예산을 투입하여 만일의 노출 사고에 대비한 안전장치를 마련하고 전용 분석 장비와 클린룸을 설치했습니다. 약 1년여의 준비 기간을 거쳐 완성된 이 시설은 독성 가스를 안전하게 분석할 수 있는 최적의 기반을 갖추게 되었습니다. 수입선 다변화를 꾀하는 기업들에게는 공신력 있는 분석 기관의 존재가 무엇보다 중요합니다. 기존의 일본산 제품 외에도 중국이나 러시아산 불화수소를 도입하려 할 때, 각 업체가 제시하는 성적서의 기준이 서로 달라 이를 정밀하게 비교 분석할 기준이 필요하기 때문입니다. 공인된 검증 기관이 부재한 상황에서는 데이터에 대한 신뢰를 확보하기 어렵습니다. 연구소는 이러한 산업계의 요청을 수렴하여 각기 다른 분석 절차를 하나로 통일하고, 누구나 신뢰할 수 있는 공인 성적서를 발행할 수 있는 국가적 공인 시스템을 정립해 나갔습니다. 분석 기술의 표준화는 국내 소재 산업의 자생력을 키우는 핵심 열쇠입니다. 기업마다 각기 다른 경험과 외국 기술에 의존해 오던 분석 절차를 표준화하고, 이를 상세한 절차서로 만들어 배포하는 작업이 진행되었습니다. 또한 정확한 정량 분석의 기준이 되는 표준 물질과 표준 가스를 개발하여 공급함으로써, 어느 실험실에서 분석하더라도 동일하고 정확한 결과를 도출할 수 있는 토대를 마련했습니다. 이러한 표준화 작업은 단순히 분석을 대행하는 수준을 넘어, 국내 기업들이 스스로 품질을 관리하고 개선할 수 있는 기술적 지표를 제공합니다. 독성 가스 분석 기술은 산업용 소재 국산화를 넘어 환경 규제 대응 측면에서도 큰 의미를 지닙니다. 대기 오염을 유발하는 염화수소나 불화수소 등 배출 가스에 대한 규제가 점차 강화되는 추세에 따라, 이를 정밀하게 측정할 수 있는 표준 가스 개발의 중요성이 날로 커지고 있습니다. 이번 사태를 계기로 확보된 분석 인프라는 국내 가스 소재 산업이 외부 환경 변화에 흔들리지 않는 기술 자립화를 이루는 데 기여할 것입니다. 고순도 가스의 제조 기술과 분석 기술의 상호 피드백을 통해 대한민국 소재·부품·장비 산업의 경쟁력은 한층 견고해질 전망입니다.

한국표준과학연구원KRISS 연구자 인터뷰

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