전도성 고분자와 유화기술 연구로 박사 학위를 받은 조규진 교수는 우리나라 인쇄전자 분야 연구 1세대로 17년째 인쇄전자 기술을 연구하고 있다. 처음엔 전자재료, 전자디바이스를 연구하다 펩(FAB•반도체 제작시설)을 인쇄기술로 대체하려는 시도가 인쇄전자를 본격적으로 연구하게 된 계기다.

특정 신기술 분야를 지방 대학에서 학과로 만들어 운영하게 된 사연이 궁금하다.
2005년 신기술 기반산업을 육성하고 세계적인 신기술 가진 지역 대학을 키우자는 취지로 전라남도 테크노파크가 생겼다. 당시 시작한 연구가 인쇄전자다. 지역의 기업과 산학협력을 구상했는데 파루가 적극적이었다. 연구소를 설립한 파루는 학교 연구실과 따로 구분하지 않을 정도였다. 회사에서 향후 인쇄전자를 담당할 연구원을 육성하기 위해 직원으로 채용하여 학교에서 전일제 학생으로 인쇄전자 관련 연구를 수행하며 학위를 받도록 지원하여 선 취업 후 학위의 산학 모델, 학교로 보내 연구하도록 지원했다. 인건비, 생활비까지 파루가 부담하면서 산학협력이 궤도에 올랐다. 해외에서 인쇄전자 기술이 소개된 게 1995년이었는데 우리나라는 2000년에 도입됐다. 이후 파루와 연구를 함께 하다 2008년에 세계수준의 대학으로 인쇄전자 학과가 선정되면서 대학원 중심의 학과가 개설 되었다. 학과 인원은 평균 26명 정도다. 1년에 SCI에 28편 정도 연구 성과를 등록하고 있다. 취업도 100%다. 산학협력은 진짜 교육이다. 학교에서 배운 것을 재교육할 필요가 없다.

인쇄전자 기술은 다양한 분야가 융합된 기술이다.
기초 지식을 위해 학부를 만들고 학과를 더 육성해야 하지 않나?
기계분야 및 자동제어 분야, 회로 디자인, 전자물리 등 기본 지식을 알아야 한다. 이를 위한 교육과정이 체계적으로 마련된 곳은 우리 학교뿐이다. 하지만 우리나라는 아직 학벌을 중시하고 지방 대학을 꺼리는 문화가 남아있다. 학과를 더 키우고 육성하는데 한계가 있다. 파루와 산학협력을 시작 할떄 인쇄전자 만으로 지역에 매출 2000억을 올리는 기업으로 성장하는 비젼을 가지고 했는데 아직은 지역의 한계를 느낀다.

파루와 최근 진행중인 연구 주제는 무엇인가?
환경오염 없고 저렴한 금속잉크를 개발하고 있다. 또 스마트폰과 연동 가능한 RFID를 개발중에 있다. 처음 파루와 NFC센서태그를 인쇄전자 기술로 만들 당시엔 스마트폰이 없었다. 인쇄전자 기술을 다양한 분야에 적용하려면 다른 기술과 디바이스의 발전 속도도 잘 챙겨야 한다. 인쇄전자 기술의 수율 즉 안정성을 높이기 위해서도 계속해서 연구하고 있다.

인쇄전자 기술의 안정성 확보가 과제인 셈인가?
부품이 곧 제품의 수명을 결정한다. 소자 하나를 인쇄하더라도 최소한의 수명, 안정성이 보장돼야 하는 이유다. 인쇄전자 기술의 안정성을 높여야 더 많은 분야로 확대할 수 있다. 안정성만 담보된다면 인쇄전자 산업은 가성비가 매우 뛰어난 산업으로 자리잡는데 어려움이 없을 것이다. 펩 시설을 위해 수 조원이 필요한데 인쇄전자 기술을 적용하면 수백억원대로 가능하기 때문이다.

인쇄전자 기업 중엔 대기업이 없다. 대기업이 진출하지 않는 이유는?
시장에 확신을 심어줄 만한 확실한 대표 제품이 아직 없기 때문이다. 게다가 인쇄전자는 전자적인 회로도 알아야 하고 잉크도 알아야 한다. 디바이스에 대한 이해도 높아야 하고 인쇄공정도 알아야 한다. 오죽하면 인쇄 트랜지스터를 이용한 인쇄전자 산업은 아직 하얀 까마귀와 같다 라고 부를까. 전세계적으로 이 모든 파트를 이해하고 있는 전문가 또는 기업은 드물다. 대기업에도 이를 아는 사람 드물다. 순천대와 파루는 이 전반의 과정을 잘 이해하고 있다.

세계에서 우리나라 인쇄전자 기술 수준은?
우선 국내 인쇄전자 상용화 기술은 파루의 기술 수준이다. 다만 인쇄전자 분야에서 선두권에 있는 일본의 경우 정부에서 구성한 컨소시엄이 역할을 톡톡히 하고 있다. 기업으론 토판 프린팅이 대표적이다. 다음으로 영국이 유기 반도체 분야에서 앞서 있다. 반면 중국은 이제 인쇄전자 기술 확보에 뛰어들었다. 우리나라로 치면 KIST와 같은 인쇄전자연구원도 설립했다. 핀란드에서 인쇄전자 기술로 배터리를 만드는 전문가를 영입해 해당 분야 기술 확보에 주력하고 있다. 우리나라 역시 인쇄전자 산업이 발전을 위해 정부에서 이미 기술을 가진 중소기업 중심으로 인쇄전자 제품 양산 애로 기술 및 표준화를 위한 컨소시엄을 구성하면 좋겠다.

앞으로 인쇄전자 산업 시장을 전망한다면?
1960년대에 브라운관 TV가 일본에서 처음 나왔을 당시 미국에선 이미 LCD로 갈 수 있는 원천 기술을 개발해 연구하고 있었다. 하지만 LCD가 시장에 도입된 건 1980년대다. 20년 동안 제품 가격, 내구성, 안정성 등 시장에 기술이 안착되기 위한 숨고르기가 진행됐다. 당시 LCD 개발 회사는 이 기간 동안 망해서 사라졌다. 대신 파나소닉이 기술을 상용화해 성공을 거뒀다. 인쇄전자 기술 역시 시간이 필요하고 다양한 시도를 하며 가격, 안정성, 내구성을 검증 받아야 한다. 이 기간 동안 살아남도록 정부나 업계가 관심을 가져야 한다.

2007년 파루에 입사해 은나노잉크 개발에 참여했다. 이후 은나노잉크 상용화에 주력, 필름히터를 만들었다. 2017년 은나노 필름히터를 냉장고에 적용, 세계 최초 필름히터 상용화에 성공했다. 현재 인쇄전자사업부에서 R&D 기획팀을 이끌고 있다.

파루가 인쇄전자 기술 개발에 뛰어든 이유는?
순천대학교에서 시작한 인쇄전자 연구를 파루가 돕기 시작하면서부터다. 농기계 전문기업으로 친환경 기술, 신기술에 관심을 가지고 있다 인쇄전자 기술로 다양한 분야에 적용할 수 있을 것 같아 관련연구원들을 채용, 2005년부터 본격적으로 인쇄전자 사업을 시작하게 됐다.

파루가 상용화에 성공한 필름히터의 강점은?
기존 카본, 애칭 필름과 비교해 공정 과정이 단조롭고 그만큼 단위 시간당 생산량도 많고 빠르다. 부식, 애칭과 같은 공정이 필요 없어 친환경적이란 점도 빼놓을 수 없는 강점이다. 또 은이 열전도율이 높고 발열속도도 빠르다. 이러한 특성 덕분에 에너지 절감효과가 뛰어나다. 면으로 되어 있어 열이 고르게 전달된다는 점도 장점이다. 기존 히터는 화재발생의 위험성이 있다. 이를 피하기 위해선 센서를 부착해야 해 비용도 높다. 반면 이번에 선보인 필름히터는 40~80℃의 열을 지속적으로 발열하도록 설계됐다. 150℃를 넘어서면 저절로 필름이 끊어진다. 셀프 퓨즈 기능을 가지고 있는 셈이다. 또한 필름히터는 면으로 된 만큼 작업을 빠르고 정밀하게 할 수 있어 원가뿐 아니라 제작비용 절감 면에서도 경쟁력을 갖췄다.

필름히터는 최대 몇 도까지 발열이 가능한가?
은나노 제품의 경우 600℃까지 가능하다. 하지만 필름히터의 경우에는 재질에 따라 현재는 200℃ 이하까지 가능하다. 200℃ 이상의 히터는 필름만으로 구성하기 어렵기 때문에 고온에 견딜 수 있는 유리, 세라믹 또는 철판에 은나노를 인쇄하는 기술을 개발중이다. 히터를 제작하는데 있어서 잉크만큼 중요한 것이 기판 재질이다. 때문에 새로운 재질의 기판도 병행하여 연구하고 있다.

대량생산도 필름히터의 강점이라 들었다.
인쇄롤이 500m인데 기계를 멈추지 않고 교체가 가능하다. 때문에 시간당 900m까지 생산이 가능하다. 폭은 1300mm까지 가능하다. 이를 제품으로 환산하면 냉장고 도어는 2000개, 손바닥 크기의 히터는 10만개 정도 생산 가능한 양이다.

필름히터가 적용된 냉장고 제조 업체의 반응과 관련 업계의 반응이 궁금하다.
기존 냉장고에 사용하고 있는 열선이 부착된 알루미늄박은 적용된 지 20년이 넘었다. 관련 업계는 대체재의 필요성을 인식하고 있었다. 필름히터가 냉장고 도어에 적용됐다는 소식에 업계가 큰 관심을 가진 이유다. 또 필름히터가 기존 제품과 동일하게 또는 그 이상으로 지속적인 성능을 유지할 수 있을지 궁금해 하더라. 냉장고 업계뿐 아니라 방한이 필요한 분야 기업들과 계속해서 필름히터 적용 가능성을 두고 연구를 진행하고 있다.

기존 열선과 비교해 필름히터의 내구성은 어느 정도인가?
내구성을 검증하기 위해 온도, 전력 등 다양한 가혹테스트를 거쳤다. 수명 실험의 결과는 기존 제품 대비 20%이상 높다. 필름히터는 완성품에 들어가는 부품이다. 부품이 완성품의 수명을 좌우한다는 점에서 완성품의 내구성 역시 더 높아질 것이라 생각한다.

전기가 열로 바뀌는 필름히터의 핵심은 은나노 잉크다. 은나노 잉크의 특성은?
먼저 은이라는 물질은 구리, 니켈과 같은 다른 금속에 비해 전기전도, 열전도가 우수하다. 게다가 경시성 그러니까 시간이 지나면서 나타나는 저항의 변화 가능성, 산화 가능성도 낮다. 나노의 특성은 박막두께가 얇고 미세한 패턴 인쇄도 가능하다. 은나노 잉크는 이런 은과 나노의 특성을 종합해 가지고 있다. 또 저온에서 제조가 가능해 타 금속보다 공정비용도 낮다. 다만 나노입자끼리 달라붙는 성질이 강해 은나노 관리가 어려웠고 잉크로 만들기 까지 오랜 시간이 걸렸다.

은나노잉크로 인쇄한 필름히터의 다음 과제는 무엇인가?
시장의 신뢰다. 상용화 폭이 확대되는 시점 역시 마찬가지라고 본다. 제품의 신뢰성을 측정하기 위한 표준안이 필요하다. 현재 목표 온도까지의 도달 시간, 필름을 연결하는 전선과의 결합 성능을 측정하기 위한 표준안을 마련•발의한 상태다. 이런 세부 표준안을 통해 업계에선 리더십, 시장에선 신뢰를 얻는다면 인쇄전자는 가능성이란 꼬리표를 떼고 산업 패러다임을 바꾸는 현실이 될 것이다.

2016년 9월 자신의 땅에 농업용 태양광 발전 시설을 설치한 김효섭(46ㆍ전라남도 순천시)씨의 얘기다. 김씨는 농사를 짓던 2644㎡(약 800평)의 땅에 또 다른 수익을 창출할 수 없을까 고민했다. 그러던 중 농업용 태양광 발전 설비에 대해 알게 됐고 2013년 전기사업허가를 받았다. 그는 “신재생 에너지 관련 규제가 완화된다는 소식을 듣고 2016년 개발을 진행했다”며 “현재 총 7기의 태양광 시설에서 연간 96.48kw의 전력을 생산한다”고 말했다.

2016년 9월 12일부터 발전을 시작한 후 그의 통장엔 매월 230만원이 입금되고 있다. 김씨는 “지난 10월에 비가 많이 내렸고 날이 흐렸는데도 전력 생산에 차질이 없었다”면서 “태양을 따라 움직이는 양축트래커를 설치했더니 고정식에 비해 30% 정도 전력 생산이 늘어났기 때문”이라고 설명했다. 그러면서 “양축 추적식의 경우 기둥이 적고 태양광 패널이 더 높게 설치돼 있어 경관도 좋고 농기계 활용이 쉽다”며 “고정식에 비해 설치 비용은 좀 더 들었지만 앞으로의 전력 생산을 생각하면 꾸준한 수익을 올리는데 더 낫다고 판단했다”고 덧붙였다.

태양광 발전 시설을 설치한 밭에서 콩을 제배하던 김씨는 연간 400~500만원 정도의 수익을 올렸다. 그는 “콩 재배는 손이 많이 안 가서 상대적으로 관리가 편했다”며 “여기에 태양광 이모작이 가능해지면서 수익에 대한 부담이 줄어 지난해 겨울 보리를 심었다. 보리를 걷으면 봄엔 벼를 심어 농사 다변화도 계획하고 있다”고 했다.

김씨는 농업용 태양광 발전 시설이 농가의 미래가 될 수 있다고도 했다. 농촌의 경우 자연재해가 발생해 농사를 망치면 수입이 사라지고, 한꺼번에 모든 자본을 투입해 가을에 수확하는 농사의 특성상 비수기 동안 수입이 생기지 않아서다. 그는 “농촌은 현재 고령화와 귀농현상이 복합적으로 진행되고 있다”며 “태양광발전이 노인들에겐 노령연금이 될 수 있고, 귀농을 선택한 40대의 젊은층에겐 시골에 들어와 살아도 수익을 보전해줘서 시골 생활의 안전성을 높일 수 있다”고 말했다.

파루는 세계 12개국에서 865MW 이상의 태양광 발전시스템 설치 실적을 보유하고 있다. 특히 태양을 따라 모듈을 상하, 좌우로 움직이는 양축 트래커 부분에서는 세계 최고 수준의 기술력을 인정받았다. 지난 2016년 완공된 세계 최대 규모(400MW)의 양축추적식 발전소인 미국 텍사스주 알라모 태양광 발전소에 파루 양축 트래커가 적용됐다.

이 발전소 중에는 2017년 투자의 귀재로 불리는 워렌 버핏에 인수돼 화제가 됐다. 류영조 파루 신재생에너지사업팀장은 “실시간 태양을 추적하는 트래커 분야에서 파루 제품의 전력 생산 효율이 가장 좋다”며 “태양의 입사각을 계속 추적해 발전하는 방식이라 다른 트래커에 비해 효율이 5~10% 정도 높다”고 했다.

파루의 태양광 트래커는 자연재해에도 강하다. 태풍 등 악천후가 발생할 경우 모듈이 수평 상태로 자동전환되는 안전모드 기능을 갖추고 있다. 류 팀장은 “미국에 설치된 3만기의 트래커는 연 평균 기온이 섭씨 40도 정도인 사막 지역에 있는데 3년이 지났지만 고장 등 문제가 발생하지 않았다”며 “강원도에 납품한 제품은 영하 30도에서도 고장이 없을 정도로 내구성을 인정받았다”고 설명했다.

그러면서 “2016년부터 시작한 농업용 태양광 발전소를 농지뿐만 아니라 수상이나 가정과 같이 다양한 환경에 적용할 수 있는 연구를 진행 중”이라며 “생활과 더 밀접하게 태양광 에너지를 사용할 수 있도록하는 것이 목표”라고 했다.