그래핀, 3D 프린팅, 페로브스카이트 태양전지, 초전도 첨단 신소재를 중심으로
4차 산업혁명을 재정의하다!

스위스 다보스에서 클라우스 슈밥 세계경제포럼 회장이 ‘4차 산업혁명의 도래’를 이야기한 지 2년이 지났다. 그동안 4차 산업혁명의 정의부터 시작해 어떻게 이를 준비해야 하는지에 대한 논의로 전 세계가 뜨겁게 달아올랐다. 과학기술계 석학 저마다 의견을 내놓았고, 각국 정부 및 모든 산업 분야도 4차 산업혁명을 대비한 정책과 미래 전략을 잇달아 세웠다.
기본적인 개념조차 분분했던 초기의 혼란을 지나 이제는 어느 정도 방향이 잡혀 가고 있다. 결국 4차 산업혁명의 키워드인 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능과 각 산업의 특성이 조화롭게 융합돼야 하는 것이다. 그리고 많은 전문가가 지적하듯 4차 산업혁명이 단순한 유행으로 끝나지 않기 위해서는 위의 세 가지 키워드를 뒷받침할 에너지 분야의 신소재 기술을 개발하는 것이 시급하다.
가령 사물인터넷에 사용되는 에너지를 자급자족하기 위해서는 에너지 하베스팅이 필수이며, 이를 현실화해 줄 기술이 바로 3D 프린팅이다. 전력 산업 분야에서는 신재생 에너지, 에너지 저장, 고효율의 전력 전송이 중요한 역할을 한다. 이와 관련해 핵심적인 역할을 하는 것이 바로 투명 태양광, 그래핀 에너지, 초전도 케이블이다. 이 4가지 신소재가 전력 산업과 융합하는 순간, 에너지 분야의 4차 산업혁명을 주도하게 될 것이다.
대한민국 미래 전력 산업의 R&D 허브 역할을 해 온 한국전력공사 전력연구원이 4가지 핵심 신소재인 3D 프린팅, 페로브스카이트 태양전지, 그래핀, 초전도에 대한 최신 정보를 쉽게 설명한 본서는 미래를 준비하는 모든 이에게 유익한 가이드북이 될 것이다.



그래핀, 3D 프린팅, 페로브스카이트 태양전지, 초전도
첨단 신소재를 중심으로
4차 산업혁명을 재정의하다!



스위스 다보스에서 클라우스 슈밥 세계경제포럼 회장이 ‘4차 산업혁명의 도래’를 이야기한 지 2년이 지났다. 그동안 4차 산업혁명의 정의부터 시작해 어떻게 이를 준비해야 하는지에 대한 논의로 전 세계가 뜨겁게 달아올랐다. 과학기술계 석학 저마다 의견을 내놓았고, 각국 정부 및 모든 산업 분야도 4차 산업혁명을 대비한 정책과 미래 전략을 잇달아 세웠다.

기본적인 개념조차 분분했던 초기의 혼란을 지나 이제는 어느 정도 방향이 잡혀 가고 있다. 결국 4차 산업혁명의 키워드인 사물인터넷, 빅데이터, 인공지능과 각 산업의 특성이 조화롭게 융합돼야 하는 것이다. 그리고 많은 전문가가 지적하듯 4차 산업혁명이 단순한 유행으로 끝나지 않기 위해서는 위의 세 가지 키워드를 뒷받침할 에너지 분야의 신소재 기술을 개발하는 것이 시급하다.

가령 사물인터넷에 사용되는 에너지를 자급자족하기 위해서는 에너지 하베스팅이 필수이며, 이를 현실화해 줄 기술이 바로 3D 프린팅이다. 전력 산업 분야에서는 신재생 에너지, 에너지 저장, 고효율의 전력 전송이 중요한 역할을 한다. 이와 관련해 핵심적인 역할을 하는 것이 바로 투명 태양광, 그래핀 에너지, 초전도 케이블이다. 이 4가지 신소재가 전력 산업과 융합하는 순간, 에너지 분야의 4차 산업혁명을 주도하게 될 것이다.

대한민국 미래 전력 산업의 R&D 허브 역할을 해 온 한국전력공사 전력연구원이 4가지 핵심 신소재인 3D 프린팅, 페로브스카이트 태양전지, 그래핀, 초전도에 대한 최신 정보를 쉽게 설명한 본서는 미래를 준비하는 모든 이에게 유익한 가이드북이 될 것이다.


4차 산업혁명에서 중요한 역할을 할 4가지 핵심 신소재 기술에 대한 최신 정보를 많은 이와 공유하기 위해, 관련 연구를 수행하는 과제 책임자가 쉽게 풀이한 책을 준비했습니다. 미래를 준비하는 모든 이에게 유익한 가이드북이 되리라 기대합니다.
한국전력공사 전력연구원장 배성환

인간과 환경이 동시에 중심이 될 수 있는 에너지 시대를 만드는 것이 공학과 과학을 하는 사람의 임무라면, 그 출발점은 4차 산업혁명과 친환경 에너지를 융합하는 첨단 신소재를 개발하고 적용하는 일일 것입니다.
그래핀은 배터리, 근접통신용 안테나 등 다양한 곳에 활용되는 첨단 신소재입니다. 3D 프린팅 기술은 다양한 신소재와 융합해 에너지 하베스팅을 위한 발판이 될 것입니다. 페로브스카이트는 차세대 태양전지로 큰 주목을 받고 있습니다. 초전도는 그 가능성이 무한해 앞으로 어떤 활약을 할지 아직 아무도 모릅니다.
이러한 새로운 소재의 독특한 특성을 이해하고 다른 분야와 융합함으로써 혁신 산업을 개발하는 일은 연구자에게만 해당하는 이야기가 아니라고 생각합니다. 이 책에서 소개하는 내용을 바탕으로 더 많은 아이디어가 나오기를 기원해 봅니다.
- 9쪽

인류사를 되돌아보면 인간의 삶이 한 단계 발전하는 사건에는 항상 신소재가 있었다. 굳이 인류사를 들먹일 것까지도 없다. 전 세계가 경기 침체에 허덕이고 있지만, 독일이나 일본 같은 소재 강국은 탄탄한 제조업을 기반으로 굳건하게 버티고 있다. 반도체 소재인 실리콘을 기반으로 형성된 산업 단지 실리콘밸리를 중심으로 세계 경제를 이끌고 있는 미국 역시 소재 강국이다.
이렇게 신소재는 한 나라의 번영을 이끄는 좋은 기반 기술이다. 하지만 이 신소재를 개발하기 위해서는 많은 시간과 비용을 투자하고, 시행착오를 수없이 거듭해야 한다. 그래서 세계적으로 뛰어난 신소재 기술을 확보한 독일, 일본, 미국 같은 신소재 강국들은 자신들의 우월한 지위를 유지하기 위해 국가적인 차원에서 전략적으로 신소재를 개발하고 있다.
예를 들어 미국은 2011년에 ‘소재 게놈 이니셔티브(Materials Genome Initiative: MGI)’를 발표했다. 신소재 연구를 집중 지원해 신소재를 발견, 개발, 제조할 때까지의 기간을 대폭 단축한다는 것이 골자다. 유럽도 이와 비슷한 프로그램인 NOMAD(NOvel MAterials Discovery)를 2015년부터 추진하고 있으며, 일본 역시 ‘정보 통합형 물질 재료 개발 이니셔티브(Materials research by Information Integration
Initiative, MI2I)’를 2015년에 발족했다.
이들 국가들은 빅데이터를 활용해 새로운 신소재 및 부품 소재를 개발하는 데 드는 시간과 비용을 획기적으로 줄여 왔다. 이와 같은 신소재 개발을 둘러싼 엄청난 변화는 빅데이터, 인공지능 그리고 IoT의 융합으로 대변되는 4차 산업혁명의 핵심 역량인 차세대 로봇, 반도체, 디스플레이, 3D 프린팅 소재 개발에 혁신을 몰고 올 것이다. 그리고 이것이 4차 산업혁명을 성공적으로 이끌며 인류 발전에 기여할 것이다.
- 12~13쪽

추천사 | 첨단 신소재로 4차 산업혁명을 주도하다
소개글 | 신소재 발굴의 길은 누구에게나 열려 있다
프롤로그 | 4차 산업혁명의 성장 동력, 신소재

Part 1 미래를 이끌 꿈의 신소재, 그래핀
01 그래핀이란 무엇인가
02 그래핀의 발견
03 전기적 성질을 가진 그래핀의 활용
04 가볍고 넓고 빠른 성질을 가진 그래핀
05 그래핀을 만드는 방법
06 그래핀은 어디에 사용되는가
07 그래핀 슈퍼커패시터의 모든 것
08 그래핀의 미래

Part 2 세상 모든 것을 만들다, 3D 프린팅 기술
01 3D 프린팅이란 무엇인가
02 3D 프린팅으로 제품을 만드는 방법
03 모든 것이 3D 프린팅의 소재
04 보다 나은 3D 프린팅 기술을 위해
05 3D 프린팅의 미래

Part 3 미래 에너지의 핵심, 페로브스카이트 태양전지
01 페로브스카이트 태양전지란 무엇인가
02 페로브스카이트 태양전지를 만드는 방법
03 더 나은 기술을 개발하기 위한 노력
04 태양 전지 사업 곳곳에서 활용되는 페로브스카이트 태양전지
05 페로브스카이트 태양전지의 미래

Part 4 미래 시장을 개척하는 초전도 소재
01 초전도란 무엇인가
02 전류를 이용한 초전도의 특성
03 고온 초전도체의 개발
04 초전도체는 어떻게 활용되는가