[스타트업-ing] 레이븐머티리얼즈 “오염 정화하는 가시광촉매 ‘흑색산화티타늄’으로 신소재 유니콘 꿈꾼다”

[IT동아 김예지 기자] 공기청정기나 정수 시스템처럼 에너지 기반의 정화 기술은 널리 쓰이고 있지만, 전력 소모가 크고, 2차 오염을 유발할 수 있다는 한계가 있다. 특히 공기·수질 정화 분야에서는 장기간 안정적으로 작동하며 환경 부담을 최소화하는 친환경 소재의 중요성이 부각되고 있다.

이 가운데 2011년 학계에 처음 보고된 ‘흑색산화티타늄(Black TiO₂)’이 주목받는다. 이 소재는 차세대 흑색 안료(물, 기름에 녹지 않는 검은색 입자 형태의 착색제)로 활용되거나, 실내 조명이나 태양광 등 가시광을 흡수해 광촉매(빛을 받으면 반응을 일으켜 유해 물질을 분해하는 물질)로도 활용된다. 공기정화, 수질정화, 수소생산, 자가정화 기능을 갖춰 태양전지, 디스플레이, 반도체, 배터리, 방산 등 다양한 첨단 산업에서 사용되는 신소재다.

레이븐머티리얼즈는 흑색산화티타늄 제조 기술을 개발하는 화학소재 딥테크 스타트업이다. 김태준 레이븐머티리얼즈 대표는 해외 영업으로 경험을 쌓던 도중 발견한 소재를 사업화했다. 초기 공기 정화용 촉매 소재 기술 연구 개발을 시작으로, 지속적인 고도화를 통해 현재 분말형 흑색산화티타늄 제품을 개발했다.

가시광 흡수와 강력한 자가정화 촉매 기능

흑색산화티타늄의 적용 시장은 크게 두 가지다. 첫째는 가시광을 흡수하는 성질을 활용하는 흑색 안료 시장이다. 이 소재는 스텔스 군용 장비나 미사일처럼 빛을 흡수해 레이더 감지를 피해야 하는 방산 분야에서 특히 주목받는다. OLED 디스플레이의 흑색 재료로도 활용된다. 실제로 레이븐머티리얼즈는 독일 화학 대기업 E사, 국내 전자 대기업 L사와 함께 OLED 디스플레이용 흑색 소재 성능을 검증 중이며, 핀란드의 T사와 방위 산업용 차세대 흑색 안료로 소재를 시험 적용하고 있다.

다른 하나는 가시광촉매 시장이다. 흑색산화티타늄은 가시광을 받으면 표면에서 활성 산화물질(수산화라디칼)이 생성돼 유기물이나 세균 등을 분해한다. 이러한 특성을 활용해 공기 정화, 수질 정화, 수소 생산, 태양전지 효율 개선 등에 사용된다. 또한 소재 자체가 초친수성(물에 잘 퍼지는 성질)이 강해 빗물이나 습기만으로 표면의 오염 입자를 쉽게 씻어낼 수 있다.

덕분에 건물의 유리 외벽이나 건축 마감재 표면에 코팅을 해 햇빛만으로 항상 깨끗하게 유지되는 자가정화 외장재를 구현할 수 있다. 자동차 윈도우 필름, 태양광 패널, 선박이나 요트 선체 등에도 응용 가능하다. 레이븐머티리얼즈는 국내 건설사 H사와 빌딩 환기 유닛 내부 필터에 이 소재를 적용, 가시광 LED 조명만으로 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx)과 박테리아, 바이러스를 90% 이상 제거하는 성능을 입증했다.

특히 광촉매 분야에서 흑색산화티타늄은 환경 규제가 강화되는 ESG 시대의 혁신적인 대안으로 평가받는다. 기존 공기 정화에 쓰이던 UV, 플라즈마, 오존, 일반 광촉매 기술은 전력 소비가 크고 핵심 소재의 수입 의존도가 높거나 비용 부담이 컸다. 김태준 대표는 “태양광, 실내 조명을 활용하는 가시광촉매의 높은 효율 덕분에 전력 손실은 약 40배 줄이고, 필요한 소재 비용은 약 41배 저렴하게 만들 수 있다”고 강조했다.

경쟁사 대비 1300배 저렴한 경제성 확보

레이븐머티리얼즈의 가장 큰 차별점은 경제성이다. 김태준 대표는 “현재 흑색산화티타늄은 일본 미츠비시, 미국 에이씨에스머티리얼 두 곳에서 생산되지만, 상용화 기술 부재로 소량을 고가에 판매하는 수준이었다”며, “레이븐머티리얼즈는 독자적인 공정 개발로 생산 비용을 절감해 경쟁사 대비 1300배 저렴한 가격으로 99% 이상의 순도를 구현했다”고 강조했다.

이어 그는 “이러한 성과는 3년에 걸친 끈질긴 연구 끝에 탄생했다”고 밝혔다. “레이븐머티리얼즈는 3000가지 이상의 연구 데이터를 확보해 전처리, 열처리, 후처리 과정의 33가지 변수를 정밀하게 제어했다”며, “변수들은 정교하게 엮여 있어 하나라도 어긋나면 흑색으로 변하지 않는 예민한 소재인데, 스타트업으로서 오직 이 기술에만 집중할 수 있었던 게 성공 요인이었다”고 설명했다. 더불어 창업 초기 공기질 모니터링 소프트웨어를 개발했던 경험도 도움이 됐다. 실험 환경 조건을 모니터링하며 얻었던 데이터를 기반으로 정밀 분석이 가능했기 때문이다.

더불어 레이븐머티리얼즈는 흑색산화티타늄의 합성 과정에서 산소 결함의 정도를 정밀하게 제어하는 독자 기술을 보유하고 있다. 이를 기반으로 다양한 색상의 산화티타늄 개발도 추진 중이다. 김태준 대표는 “산소 결함 농도에 따라 검정, 회색, 청색 등 다양한 색상의 분말 제조가 가능하다”며, “색깔별로 쓰임새가 달라지는 만큼, 이를 활용해 적용처를 확대하는 것이 목표”라고 밝혔다.

글로벌 대기업 26곳과 동시 기술검증 진행

2020년 설립된 레이븐머티리얼즈는 3년간 개발한 흑색산화티타늄으로 글로벌 시장을 공략하고 있다. 현재 일본, 룩셈부르크, 미국, 프랑스, 스페인 등 세계 6~7개국 26개 글로벌 기업과 상용화 기술 검증을 진행 중이다. 기술성숙도(TRL) 7단계인 제품을 상용화 단계인 TRL 9단계로 끌어올리기 위해 현지 파트너사와 함께 국가별 규제 및 인증 절차를 밟고 있다. 내년 6월까지 생산 시스템을 구축하고, 하반기부터 본격 상용화를 통해 내년 매출 50억 원 달성을 목표한다.

특히 레이븐머티리얼즈는 내년까지 소재의 재현성(동일 조건에서 동일하게 제조할 수 있는 성질)을 99% 확보하고, 순도를 현재 99%에서 99.9%까지 끌어올려 소재 신뢰성을 극대화하는 것을 기술적 목표로 삼고 있다. 김태준 대표는 “화학 및 소재 분야에서는 1% 미만의 불순물도 성능에 치명적인 영향을 끼칠 수 있기 때문에 0.9%p의 순도를 높이는 것은 장인 정신으로 인정받을 수 있는 중요한 과제”라고 말했다.

레이븐머티리얼즈의 성장에는 서울창조경제혁신센터의 지원이 있었다. 서울창조경제혁신센터의 연결로 아시아 최대 규모 대기업 및 CVC 서밋인 ‘ILS(Innovation Leadership Summit) 도쿄’에 참가했다. 글로벌 톱 100 기업에 선정됐으며, 일본 주요 투자사의 검토도 동시에 받고 있다. 김태준 대표는 “서울창경의 사업 안내를 통해 얻은 기회가 좋은 성과로 이어져서 감사하다”고 말했다.

자동화 연속 공정으로 스케일업…2029년 IPO 목표

레이븐머티리얼즈는 2029년 기업공개(IPO)를 목표로 중장기적인 성장을 계획 중이다. 우선 적용 산업군별로 사업을 다각화할 방침이다. 김태준 대표는 연간 세계 가시광 촉매 및 흑색 안료 시장 규모를 약 1300만 톤으로 추산하며, 이중 10%인 130만 톤을 자사 제품으로 공급하기 위해 양산 공정 투자에 주력하겠다는 비전을 제시했다.

김태준 대표는 “이를 위해 가장 큰 도전 과제는 스케일업이다. 2026년부터 예상되는 월 2.2톤의 생산량을 대폭 늘려야 한다”며, “AI와 로봇을 도입해 24시간 연속 공정을 달성할 예정이다. 현재 일부 전처리 과정에 로봇 자동화 설비가 도입됐고, 5년 내 생산 자동화 공정 구축을 목표로 하며, 이것이 실현되면 대량 생산이 가능할 것으로 예상된다”고 전망했다.

마지막으로 그는 “현재 국내에서 화학·소재 분야 유니콘(기업 가치 10억 달러 이상 비상장 기업)이 없는 것으로 알고 있다”며, “국내를 넘어 세계 시장에서 직접 생산 및 유통을 선점하는 신소재 부문 유니콘 기업이 되겠다”고 말했다.

IT동아 김예지 기자 (yj@itdonga.com)