첨단 소재 중 최근에는 특히 순환형 사회를 실현할 수 있고 기후변화에 대한 영향을 최소화할 수 있는 것과 같이 사회 문제 해결에 부합하는 소재의 개발이 빠르게 진행되고 있다. 지속가능성을 중요시하는 트렌드가 소재 업계의 새로운 성장기회로 연결되고 있다는 견해도 있다.

소재는 제조를 지탱하는 근간 기술이고 부가가치 높은 소재 개발은 제조업의 국제경쟁력 향상, 나아가 국가의 경쟁력 강화로 연결되고 있어 각국 정부가 과학기술이나 산업정책에서 소재의 연구개발에 힘을 싣고 있다.

제조 분야의 첨단 소재 관련 10개 카테고리에서 각 카테고리당 주목 받고 있는 스타트업을 각각 2개사씩 소개한다.

1 모빌리티

경량화에 따른 연비 향상과 온실가스 배출 저감, EV화 등 모빌리티 분야에서는 특히 환경 대응을 의식한 차세대 자동차의 실현에 도움이 되는 재료의 개발이 적극적으로 진행되고 있다. 또 드론이나 항공우주산업 기술혁신을 지원하는 소재에도 주목이 모이고 있다.

모빌리티 카테고리의 첫 번째 스타트업은 Arris Composites (https://arriscomposites.com/) 이다. 이 스타트업은 2017년 설립되었고 미국 버클리에 위치하며 총 6,410만 달러를 조달했다(시리즈 B). Alumni Ventures Group, New Enterprise Associates, Robert Bosch Venture Capital 등이 투자했다.

플라스틱 성형과 비슷한 비용과 생산속도를 가지면서 티탄보다도 강도가 높은 탄소섬유 기반의 고기능 복합 소재를 개발하고 있다. 용도에 맞춰서 금속, 플라스틱, 유리섬유, 수지 등과 조합할 수 있다. 3D 프린터를 이용한 적층조형의 소재로도 사용 가능하다. 자동차, 항공우주 외에 일렉트로닉스, 스포츠용품 분야에서의 이용도 기대된다.

두 번째 스타트업은 전자부품 등의 내구성을 향상시키는 나노 구조합금을 개발하는 Xtalic (https://www.xtalic.com/) 이다. 이 회사는 미국 멜버른에 위치하며 2005년 설립되었다. Matrix Partners, North Bridge Venture Partners 등으로부터 총 1,830만 달러를 조달했다.

MIT에서 소재 연구로 태어난 나노머티리얼 코팅 기술을 주요 사업으로 하는데 부재료의 경도, 강도, 내식성 및 온도안정성을 향상시킬 수 있다. 예를 들어 전기자동차(EV) 부품의 수명을 늘리거나, 리사이클 가능하지만 강도가 떨어지는 알루미늄 소재의 고강도화를 실현할 수 있다. 그 외에 스마트폰의 방수 기능, 웨어러블 기기의 안전성 향상 등에도 응용 가능하다.

2 일렉트로닉스

디지털 기기용을 중심으로 디스플레이, 전자부품, 반도체, 동체, 배터리 재료 등 다양한 소재 기술의 개발이 진행되고 있다. 플렉서블 디스플레이나 MEMS 디바이스 등 고성능 디바이스의 보급을 위해서도 혁신적인 소재가 없어선 안 된다.

첫 번째 스타트업은 2015년 설립되었고 미국 샌디에이고에 위치하는 Grolltex (https://grolltex.com/) 다. 이 회사는 170만 달러를 Tech Coast Angels, Vertical Venture Partners 등으로부터 유치했다(시드 단계).

고기능 소재 그래핀과 그 유사구조를 가진 h-BN(육방정 질화붕소)를 합친 2D 시트를 개발하고 있다. 강도와 도전성이 높은 그래핀에 h-BN을 조합하여 이동성을 향상시킬 수 있다. 이에 의해 스마트폰 화면을 구부리거나 잘 손상되지 않게 할 수 있고 전자기기에 신축성을 줄 수 있다. 이 회사의 단층 그래핀 제조 기술은 센싱이나 바이오센서, 물 여과 등에도 응용 가능하다.

두 번째 스타트업은 Nanosys (https://www.nanosysinc.com/) 다. 2001년 설립되었고 미국 캘리포니아 밀피타스에 있다. Intel Capital, Docomo Innovations, Venrock 등으로부터 2억1,830만 달러를 유치했다.

발색성이 뛰어난 액정 디스플레이 특화의 무기양자 도트를 개발한다. 동사의 양자 도트는 액정 디스플레이에 적용한 경우 밝기, 색감, 영상의 매끄러움을 현저히 높일 수 있다. 액정 디스플레이에 더하여 OLED, microLED, 인쇄 가능한 일렉트로루미네센스 디스플레이까지 모든 디스플레이의 기술 플랫폼이 되는 것을 목표로 한다.

3 에너지

연료의 저장 기술이나 리튬의 추출을 효율화하는 기술 등 에너지 분야에서는 탈화석연료화에 기여하는 소재 기술을 가진 스타트업이 많이 생기고 있다. 또 풍력발전용 블레이드나 태양광발전 패널 등의 재료도 진화를 하고 발전효율 향상에 공헌하고 있다.

우선 2015년 설립되어 영국 캠브리지에 위치하는 Immaterial Labs (https://immaterial.com/) 라는 스타트업이다. 시드 단계로 TechX, Government of UK, EIT Climate-KIC, Royal Academy of Engineering 등으로부터 50만 달러의 투자를 유치했다.

이 회사는 MOF(금속유기구조체)를 이용한 물질의 저장, 우송, 분리 솔루션을 개발한다. 무수한 작은 구멍을 가진 MOF는 구조 내에 물질을 담는 특징으로 흡착이나 분리 방법의 활용이 가능하다. MOF 분말의 펠렛(고체)화에도 성공하여 저장 능력을 분말에 비해 4배로 향상시켰다. 수소의 저장도 가능하고 자동차의 연료 저장 기술로도 주목받고 있다.

그 다음 스타트업은 Lilac Solutions (http://www.lilacsolutions.com/) 다. 2016년 설립되었고 미국 오클랜드에 있다. 시리즈 A 단계로 Breakthrough Energy Ventures, Lowercarbon Capital, The Engine 등으로부터 2,360만 달러를 유치했다.

이 스타트업은 소금물에서 리튬을 추출하는 이온교환 기술을 개발한다. 독자적인 이온교환물질(비즈 형태)과 소금물처리 시스템을 결합시켜 고순도의 리튬을 생산한다. 기존의 증발 프로세스를 이용하는 방법에 비해 회수율을 2배 높이면서 물사용량과 리튬추출에 소요되는 시간을 큰 폭으로 줄일 수 있다. 남미의 소금호수에서 여러 개의 파일럿 프로젝트를 실시하고 있다.

4 지속가능

해양 플라스틱 쓰레기나 지구온난화 문제에 대한 의식이 높아지면서 소재 분야에서도 환경부담을 낮추거나 지속가능성에 대한 배려가 중요시되고 있다. 비석유계 재료에 의한 석유대체제품의 개발, 폐기 플라스틱을 재이용한 순환형 이코노미의 형성 등이 세계 각지에서 추진되고 있다.

첫 번째 스타트업은 Sustonable (https://www.sustonable.com/) 다. 2014년 설립되었고 네덜란드 암스테르담에 있다. 시드 단계로 220만 달러를 EASME - EU Executive Agency for SMEs, BOM, Dekker Zevenhuizen 등으로부터 유치했다.

석영과 페트병을 원료로 했고 고강도에 얇고 가벼운 석재를 개발한다. 강도는 화강암 이상이며 석재를 박육화해도 일정 강도를 유지하므로 경량화도 실현했다. 박육화에 의해 원재료의 사용량도 기존의 1/5로 억제하고 가공시에 발생하는 먼지도 1/10로 억제했다. 유해한 화학물질도 포함하지 않으므로 100% 재이용 가능한 복합석재로 되어 있다. 컬러라인업의 폭도 넓고 보기에 좋아 타일이나 유리의 대체품으로서 이용할 수 있다.

두 번째 스타트업은 Newlight Technologies (http://newlight.com/) 다. 2003년 설립되었고 미국 얼바인에 위치한다. 시리즈 F로 총 1억660만 달러를 유치했으며 투자처는 밝혀져 있지 않다.

공기중에 방출되는 온실가스로부터 대체 플라스틱을 제조하는 기술을 개발한다. 해양미생물이 소금물에 녹아 있는 CO2와 메탄을 흡수하여 PHB(폴리하이드록시부티르산)를 생성한다. PHB는 셀룰로오즈 이상의 생분해성을 가지므로 폐기 플라스틱 문제의 해결에 공헌할 것으로 기대된다. 현재는 동사의 대체 플라스틱을 사용한 칼집이나 패션웨어를 판매함과 동시에 비료 등의 개발도 하고 있다.

5 환경 엔지니어링

생활활동과 함께 생기는 오염수나 배기가스로부터 효율적으로 유해물질을 제거하고 또는 세정하여 재이용하기 위한 솔루션이 많이 나오고 있는데, 그 분야에도 첨단재료나 나노기술이 필수불가결하다.

첫 번째 스타트업은 Cerahelix (https://www.cerahelix.com/) 다. 2011년 설립되었고 Plug and Play Tech Center, National Science Foundation, Propel(X)로부터 650만 달러를 유치했다(시리즈 B). 특허취득이 끝난 독자적인 프로세스에 의해 세라믹 막에 나노세공을 형성한다. 세라믹 막이 가지는 견고하고 내구성 있는 성질을 살리면서 전처리가 필요없고 하우링에 강하고 신속하게 세정 가능한 나노 여과막을 개발한다. 전처리 비용을 줄일 수 있고 여과 처리 프로세스가 간단해져 설비 투자의 경감도 기대할 수 있다.

두 번째 회사는 Svante (https://svanteinc.com/) 다. 2007년 설립되었고 캐나다에 있다. Chevron Technology Ventures, Temasek Holdings, Mitsui Global Investment 등으로부터 1억3,590만 달러를 유치했다(시리즈 D 단계).

산업플랜트에서 발생하는 배기가스로부터 CO2를 직접 분리/회수할 수 있는 나노재료를 이용한 경제적이고 스케일러블한 탄소회수기술을 개발했다. CO2를 흡수하는 능력이 매우 높은 독자적 나노재료(고체흡착제)를 사용한다. 연도가스로부터 CO2를 잡아내고 농축한 후 저장이나 산업 이용을 위해 안전하게 방출하는 데 필요한 시간은 60초밖에 되지 않는다.